Uđite u bilo koji moderni objekat za fleksibilno pakovanje i gotovo sigurno ćete naći rolu dvobojne folije - na paleti negdje - prugaste zaštitne vreće, dvobojnu -poljoprivrednu malč ili ko-ekstrudirane vreće za kupovinu s bijelom jezgrom i obojenim vanjskim slojem. Svi su započeli život unutar aDvostruka-mašina za puhanje filma u boji. Ipak, proces koji pretvara dva odvojena toka pigmentirane smole u besprijekorno povezan, optički različit film daleko je nijansiraniji od jednostavnog ubacivanja dva spremnika u jednu matricu. Mehanizam fuzije uključuje pažljivo kontroliranu reologiju polimera, upravljanje toplinom, geometriju kalupa i nauku o međufaznoj adheziji. Ovaj članak detaljno opisuje svaku fazu.
1. Priprema sirovina i disperzija pigmenta
Prije nego što se fuzija uopće dogodi, svaki kanal boja mora biti ispravno pripremljen. Masterbatch pelete - koncentrirani pigment dispergovan u smoli za nosač - se miješaju sa osnovnim polimerom u definisanom omjeru spuštanja-, obično između 1% i 5% po težini. Izbor noseće smole je izuzetno važan: ona bi trebala imati indeks tečenja taline (MFI) kompatibilan sa osnovnim polimerom, tako da dvije struje dijele slične profile viskoznosti kada se sretnu unutar kalupa.
Slabo raspršen pigment stvara pruge, aglomerate ili "gelove" - prozirne mrlje koje slabe film i uzrokuju optičke nedosljednosti. Vijci za miješanje sa velikim-m smicanjem ili inline statički mikseri u svakom kanalu ekstrudera čine taljenje istom prije nego što dođe do kalupa, tako da se pigment ravnomjerno raspoređuje kroz svaki tok boje. Ako je jedna boja duboko ugljični-crni polietilen, a druga prirodni ili bijeli LLDPE, tada su njihove brzine provođenja topline malo različite. Dakle, upravljački sistem mašine mora to popraviti tako što će samostalno mijenjati temperature zone bureta za svaki ekstruder.
2. Konfiguracija dvostrukog ekstrudera i kontrola toka taline
Dvostruka-mašina za puhanje filma u boji pokreće dva odvojena ekstrudera - ponekad identične veličine, ponekad asimetrične ako dva sloja boje imaju različite debljine cilja. Svaki ekstruder samostalno obrađuje svoju boju kroz:
Zona hranjenja: Peleti se uvlače vijkom za okretanje i počinju da omekšavaju od trljanja topline i prijenosa topline.
Zona kompresije: Vijčani kanal postaje plići, tako da istiskuje rastop i istiskuje vazdušne džepove.
Zona mjerenja: Talina postaje ravnomjerna i potpuno otopljena na zadanoj temperaturi, obično između 160 stepeni i 220 stepeni za tipove polietilena.
Dva toka taline izlaze iz svake bačve ekstrudera i idu u odvojene puteve koji vode do glave matrice. Održavanje pritiska taljenja istim na oba puta je veoma važno. Ako jedan tok ima mnogo veći pritisak od drugog, onda će gurnuti liniju boje izvan-centra unutar kalupa, a to uzrokuje neravnomjernu širinu traka ili promjene u debljini sloja.
3. The Die Head: Gdje fuzija počinje
Glava matrice je srce mehanizma za fuziju. U dvostrukoj-filmskoj kalupu puhanoj u boji, dva toka taline se prvi put susreću unutar precizno-mašinskog sklopa trna. Postoje dvije primarne arhitekture matrica koje se koriste u industriji:
3.1 Jedan-u-uporedni (prugasti) dizajn matrice
U ovoj konfiguraciji, dva toka boja teku kroz odvojene spiralne kanale trna koji su raspoređeni oko prstenastog zazora u naizmjeničnim sektorima. Kako talina izlazi iz ivica matrice, svaka boja zauzima definisane lučne segmente kružnog mjehurića. Rezultat je film sa vertikalnim prugama koje se protežu po dužini duž položene-ravne širine.
Interfejs fuzije između susjednih sektora boja je uska zona - obično manja od 0,5 mm široka - gdje se odvija interdifuzija na molekularnom-nivou. Budući da su oba toka još uvijek u rastopljenom stanju u ovom trenutku (iznad njihovih odgovarajućih temperatura kristalizacije), polimerni lanci jedne boje mogu migrirati preko međupovršine i zaplesti se s lancima susjedne boje. Ovoko{0}}kristalizacija na interfejsuje ono što stvara istinsku vezu, a ne mehaničko{0}}pristajanje.
Širina zone fuzije zavisi od:
Vrijeme boravka u kosi- duži boravak omogućava veću difuziju
Temperatura topljenja- više temperature povećavaju pokretljivost lanca i dubinu difuzije
Kompatibilnost dva polimera- LLDPE pomiješan sa LLDPE lako difundira; LLDPE uparen sa polipropilenom zahteva sloj kompatibilnosti
3.2 Koncentrični dizajn matrice (sloj-preko-sloja)
Umjesto pruga, neke mašine sa dvostrukom{0}}bojom proizvode mjehur u kojem jedan polimer formira unutrašnji sloj, a drugi vanjski sloj. Matrica sadrži dva koncentrična spiralna kanala naslagana okomito unutar trna. Unutrašnji kanal daje jednu boju unutrašnjem prstenu matrice; vanjski kanal isporučuje drugu boju vanjskom prstenu.
Dva toka se spajaju neposredno ispred ivica matrice, formirajući tanak topljeni sendvič. Budući da su oba sloja još uvijek iznad temperature kristalizacije kada se sretnu, međufazna adhezija se razvija kroz isti mehanizam-prepletanja lanaca koji je gore opisan. Rezultirajući film ima čisti poprečni-poprečni presjek - jednu boju vidljivu na svakoj strani - sa povezanim interfejsom koji se, ako su polimeri kompatibilni, mehanički ne razlikuje od jednoslojnog-filma ekvivalentne debljine.
4. Interfacijalna adhezija: Nauka iza veze
Kvaliteta fuzionog interfejsa između dve boje nije samo funkcija pritiskanja dve vruće površine zajedno. Zavisi odtermodinamička mešljivostikinetička difuzija.
Termodinamička kompatibilnost
Polimeri koji dijele slične parametre rastvorljivosti miješaju se na molekularnom nivou. Dva razreda linearnog polietilena niske -polietilena (LLDPE), čak i ako nose različita pigmentna opterećenja, vrlo su kompatibilni i formirat će snažno, kohezivno sučelje. Dva hemijski različita polimera - kažu, polietilen i najlon - imaju nisku termodinamičku kompatibilnost. Njihovi se lanci ne zapliću lako, a interfejs ostaje slab osim ako aveza{0}}sloj smole(hemijski modifikovani polietilen sa polarnim grupama) se ko-ekstrudira između njih.
U pravoj mašini sa dvostrukom-bojom koja koristi dvije nijanse iste osnovne smole, slojevi za vezivanje općenito su nepotrebni. Mehanizam fuzije se u potpunosti oslanja na termičku difuziju na sučelju.
Kinetička dubina difuzije
Dubina do koje lanci iz jednog sloja boje prodiru u susjedni sloj ovisi oreptationmodel difuzije polimera. Polimerni lanac u stanju rastapanja vijuga se kroz okolne lance u zmijsko-pokretu. Dubina difuzijedmjeri otprilike kao:
d ∝ √(D · t)
gdjeDje koeficijent difuzije (jako ovisi o temperaturi i molekulskoj težini) itje vrijeme kontakta prije nego što se talina očvrsne. Duže vrijeme zadržavanja kalupa i viša temperatura taline povećavaju dubinu difuzije, a time i međufaznu čvrstoću.
Praktično, operateri mašina podešavaju ovo podešavanjem:
Temperatura matrice(veća=dublja difuzija, ali rizikuje termičku degradaciju pigmenta)
Brzina linije(sporije=više vremena boravka, dublja difuzija)
Brzina zavrtnja i povratni pritisak(utječe na temperaturu taljenja kroz grijanje na smicanje)
5. Formiranje mjehurića i biaksijalna orijentacija
Jednom kada spojena talina dvostruke-boje izađe iz otvora matrice kao jedna prstenasta cijev, komprimirani zrak je naduva u mjehur. Ovobiaksijalno istezanjei u smjeru stroja (MD) i u poprečnom smjeru (TD) ima dubok utjecaj na sučelje fuzije.
Kako se mehur širi, polimerni lanci preko sučelja su zategnuti i orijentisani. Ova orijentacija zapravo pojačava vezu: lanci koji su se djelimično raspršili preko granice boje sada su ispravljeni i zaključani na mjestu dok se film hladi i kristalizira. Rezultat je interfejs koji može izdržati sile ljuštenja na koje se susreću tokom proizvodnje vrećica, štampanja i rukovanja krajnjom upotrebom.
Međutim, ako je omjer{0}}napuhavanja (BUR) previsok, interfejs može biti napregnut iznad dubine difuzije i može početi delaminacija. Održavanje BUR-a između 2:1 i 3,5:1 za većinu vrsta polietilena održava sučelje netaknutim dok se i dalje postižu željena optička i mehanička svojstva filma.
6. Hlađenje, linija smrzavanja i definicija boje
Visina linije mraza - tačka u kojoj film prelazi iz rastopljenog u polu-čvrsti - je kritičan kontrolni parametar za definiciju boje u filmu dvostruke-boje. Iznad linije mraza, taljenje je i dalje tečno i granica boje se može pomjeriti ili zamutiti ako su turbulencija zraka ili temperaturni gradijenti neujednačeni oko obima mjehurića.
Vazdušni prsten sa kontrolom odvojene zone omogućava operaterima da podese snagu hlađenja oko mehurića tako da linija smrzavanja ostane ujednačena. Ravnomjerna linija mraza fiksira oblik trake boje ili strukturu sloja napravljenu na kalupu, a to daje stabilan kvalitet boje po cijeloj roli.
Nedovoljno hlađenje omogućava da talina ostane u kontaktu predugo iznad linije mraza, a to može učiniti zonu difuzije širom i omekšati rub boje. Ovo je ponekad dobro za efekat blijeđenja, ali obično je loše za preciznu-prugastu foliju za pakovanje.
7. Uobičajeni izazovi i rješenja u procesu obrade
| Challenge | Osnovni uzrok | Rješenje |
|---|---|---|
| Krvarenje boje preko granice | Prekomjerna temperatura matrice ili vrijeme zadržavanja | Smanjite temperaturu topljenja; povećati brzinu linije |
| Slab interfejs / delaminacija | Loša kompatibilnost polimera ili mala dubina difuzije | Dodajte smolu za vezivni{0}}sloj; povećati temperaturu kalupa |
| Neujednačena širina trake | Neravnoteža pritiska između dva ekstrudera | Kalibrirati zupčaste pumpe; podesite brzinu zavrtnja |
| Pigmentni aglomerati / gelovi | Loša disperzija masterbatcha | Koristite masterbatch visoke{0}}disperzibilnosti; povećati povratni pritisak |
| Stripe lutaju oko balona | Neravnomjerno hlađenje zračnim prstenom | Omogući sektorski{0}}kontrolisani zračni prsten; provjeriti koncentričnost matrice |
8. Razmatranja pri izboru materijala za optimalnu fuziju
Ne proizvode svi polimerni parovi jednako jaki fuzioni interfejsi. Sljedeće kombinacije su općenito poredane od najviše do najniže prirodne kompatibilnosti u kontekstu dvostrukog-puhanog filma u boji:
LLDPE + LLDPE(različite gustine ili pigmenti) - odlična prirodna adhezija
LDPE + LLDPE- vrlo dobar, široko se koristi u poljoprivrednoj malč foliji
HDPE + LLDPE- umjereno; jačina interfejsa prihvatljiva za većinu upotreba pakovanja
PP + PE- loše bez kompatibilizatora; zahtijeva anhidrid maleinskog-kalemljene smole za vezivanje
PE + PA (najlon)- zahtijeva određeni PE-g-MAH sloj vezivanja; koristi se u aplikacijama sa visokim-barijerama
Razumijevanje ovih odnosa kompatibilnosti prije specificiranja mašine sa dvostrukom-bojom sprječava skupu reformulaciju nakon instalacije.
Zaključak
Mehanizam fuzije u mašini za puhanje filma u dvostrukoj-boji je pažljivo orkestrirana interakcija hemije polimera, preciznog inženjerstva i upravljanja toplotom. Dva nezavisno plastificirana toka boja se spajaju unutar kalupa gdje kontrolirana temperatura i vrijeme zadržavanja pokreću molekularnu lančanu difuziju preko interfejsa boje. Biaksijalno istezanje tokom naduvavanja mjehurića zatim zaključava tu difuzionu vezu na mjestu, stvarajući film u kojem su dvije boje optički različite, ali strukturno ujedinjene.
Da biste bili dobri u ovom procesu, potrebna je pažnja u svakom koraku - od odabira glavne mješavine i podešavanja ekstrudera na oblik kalupa,-omjer naduvavanja i kontrolu mraza-. Kada sve postavke rade zajedno, rezultat je dobar, postojan dvobojni film -koji zadovoljava potrebe pakovanja hrane, upotrebe na farmama, industrijskih vreća i proizvoda za skladištenje.
