Każdy, kto obsługiwał linię do rozdmuchiwania folii trójwarstwowej-, wie, że uzyskanie spójnej jednorodności międzywarstwowej jest trudniejsze, niż się wydaje. Możesz mieć trzy doskonale skalibrowane wytłaczarki, precyzyjną kontrolę temperatury w każdej strefie, a mimo to otrzymać folię, w której jedna warstwa jest o 40% grubsza z jednej strony i o 60% cieńsza z drugiej - lub w której warstwa wiążąca migruje nierównomiernie, pogarszając przyczepność na całej rolce.
Większość poradników dotyczących rozwiązywania problemów wskazuje, że przyczyną problemu jest wydajność wytłaczarki lub przepływ powietrza w pierścieniu chłodzącym. I te zmienne mają znaczenie. Jednak w wielu przypadkach podstawowa przyczyna leży dalej: w konstrukcji samej głowicy gwinciarskiej. Zrozumienie, w jaki sposób geometria głowicy gwinciarskiej kontroluje rozkład międzywarstwowy, jest pierwszym krokiem do diagnozowania tych problemów i zapobiegania im.
Co właściwie robi Die Head
wTrójwarstwowa maszyna do rozdmuchiwania foliigłowica formy otrzymuje trzy oddzielne strumienie stopu z trzech wytłaczarek -, zazwyczaj warstwę rdzenia i dwie warstwy powłoki -, i łączy je wewnątrz korpusu formy w pojedynczą-współwytłaczaną strukturę pierścieniową, zanim połączony stop wyjdzie przez szczelinę matrycy w postaci rury.
Głowica gwinciarska musi jednocześnie spełniać trzy funkcje:
Rozprowadź równomiernie każdy strumień stopu na całym obwodzie pierścieniowej matrycy wynoszącym 360 stopni
Ułóż trzy warstwy w odpowiedniej kolejności, bez mieszania lub destabilizowania interfejsu między nimi
Kontroluj względną grubość każdej warstwy, zarządzając oporem przepływu stopu w każdym kanale
Jeśli którakolwiek z tych trzech rzeczy pójdzie nie tak -, a każda z nich może się nie udać na wiele sposobów, - efektem będzie niejednorodność-międzywarstwowej.
Trzpień spiralny vs. Pajęcza kostka: podstawowy wybór
Stosowane są dwie podstawowe architektury głowic gwinciarskichTrójwarstwowa maszyna do rozdmuchiwania foliii radzą sobie z rozkładem obwodowym w bardzo różny sposób.
Kostka pająka (kostka pierścieniowa z nogami pająka)
W matrycy krzyżowej zastosowano promieniowe nogi podporowe („nogi pająka”) do utrzymywania trzpienia w środku matrycy, przy czym stopiony materiał przepływa wokół nóg i ponownie łączy się w dół. Linie spawów nóg -, w których ponownie łączą się rozszczepione strumienie stopu -, stanowią podstawową słabość tego projektu. Linie spawów tworzą obszary osłabienia mechanicznego i, co ważniejsze w przypadku folii wielowarstwowych, punkty, w których grubość warstwy może się zmieniać. Warstwy nie łączą się identycznie po rozdzieleniu wokół nóg.
Matryce pająka są mechanicznie prostsze i tańsze, ale obecnie są stosunkowo rzadkie w poważnej produkcji folii wielowarstwowych właśnie dlatego, że linie spawu pogarszają jednorodność międzywarstw, szczególnie w zastosowaniach związanych z folią barierową.
Matryca trzpieniowa spiralna
Spiralna matryca trzpieniowa jest dominującą konstrukcją we współczesnej-produkcji folii trójwarstwowej. W tej konstrukcji każdy strumień stopu wchodzi do matrycy przez centralny otwór zasilający, a następnie wpływa do spiralnego rowka wyfrezowanego w powierzchni trzpienia. W miarę przemieszczania się stopu wzdłuż spirali stopniowo przelewa się on przez obszar spirali i rozprowadza po obwodzie poprzez połączenie przepływu spiralnego i-przepływu osiowego napędzanego ciśnieniem.
Zanim stop dotrze do wyjścia dyszy, zostanie on rozprowadzony poprzez zachodzenie na siebie wielu spiralnych kanałów - zazwyczaj 4 do 8 spiral na warstwę w nowoczesnej matrycy -, która skutecznie uśrednia zmiany obwodowe. Rezultatem jest znacznie bardziej równomierny rozkład grubości, niż jest to możliwe w przypadku matrycy pająka.
Jak geometria kanału spiralnego kontroluje jednolitość
W konstrukcji trzpienia spiralnego specyficzna geometria kanałów określa, jak dobrze rozprowadza się każda warstwa. W tym miejscu konstrukcja głowicy gwinciarskiej staje się naprawdę złożona.
Skok i głębokość spirali
Skok (odstęp pomiędzy zwojami spirali) i głębokość (przekrój- kanału) każdego kanału spiralnego kontrolują równowagę pomiędzy przepływem spiralnym (wzdłuż spirali) a przepływem osiowym (w kierunku wyjścia z matrycy). Głębszy kanał sprzyja bardziej spiralnemu rozkładowi przed przepełnieniem. Płytszy kanał powoduje, że stopiony materiał przelewa się i szybciej przemieszcza się osiowo.
Dla równomiernego rozkładu:
Zbyt płytki kanał powoduje przemieszczanie się stopu głównie osiowo od punktu podawania, co prowadzi do zmian grubości we wzorze zgodnym z położeniem otworu zasilającego („gruba plama” przy 0 stopniach i przerzedzenie przy 180 stopniach).
Zbyt głęboki kanał opóźnia postęp osiowy i może powodować wzrost ciśnienia, który destabilizuje powierzchnię styku stopu
Optymalna geometria spirali zależy od lepkości stopu i szybkości przepływu przetwarzanego materiału -, dlatego matryce zaprojektowane do LLDPE niekoniecznie działają równie dobrze z HDPE lub EVA bez rekonfiguracji.
Liczba początków spirali
Więcej początków spirali na warstwę (liczba pojedynczych kanałów spiralnych zasilających się z otworu wejściowego) oznacza większe nakładanie się ścieżek dystrybucji na obwodzie, co skuteczniej uśrednia różnice grubości. Wysokowydajne-trójwarstwowe-matryce do cienkich folii barierowych mogą wykorzystywać od 6 do 8 spiralnych startów na warstwę. Ekonomiczne matryce do prostych opakowań PE mogą wykorzystywać tylko 4. Różnica pojawia się bezpośrednio w zmienności grubości obwodowej -, zazwyczaj ±3% w przypadku wysokiej-jakości matryc wielokrotnych-w porównaniu z ±6–8% w przypadku prostszych projektów.
Układanie międzywarstwowe: miejsce spotkania trzech strumieni stopu
Zarządzanie rozkładem obwodowym dla każdej warstwy to tylko część problemu. Warstwy muszą także stykać się ze sobą w kontrolowany i stabilny sposób, zachowując zaprojektowany stosunek grubości.
Pozycja układania
Warstwy można łączyć wewnątrz matrycy na dwa sposoby:
Kombinacja wewnętrzna:Trzy strumienie stopu łączą się wewnątrz korpusu formy, znacznie powyżej wylotu formy, i przemieszczają się jako połączony wielowarstwowy-stop do szczeliny formy. Zapewnia to więcej czasu na ustabilizowanie się styku przed wyjściem, co zmniejsza ryzyko niestabilności warstwy w strefie wyjścia z matrycy. Wymaga to jednak dokładnego dopasowania lepkości pomiędzy sąsiednimi warstwami. - Niedopasowane lepkości na granicy faz powodują niestabilność kapsułkowania (warstwa o niższej-lepkości próbuje migrować i otaczać-warstwę o wyższej lepkości.
Kombinacja zewnętrzna:Warstwy są trzymane oddzielnie aż do momentu, gdy znajdują się bardzo blisko wyjścia z matrycy, a następnie łączone w krótką strefę końcową. Takie podejście pozwala na większe wybaczenie niedopasowań lepkości, ale zapewnia krótszy czas stabilizacji.
W większości nowoczesnych-matryc do rozdmuchiwania folii trójwarstwowej zastosowano wewnętrzne połączenie ze starannie zaprojektowaną strefą przejściową, w której warstwy zbiegają się stopniowo, a nie gwałtownie, co zmniejsza ryzyko zakłóceń międzyfazowych.
Długość lądu
Powierzchnia matrycy to równoległa sekcja na wylocie matrycy, w której wszystkie trzy warstwy łączą się ze sobą w pierścieniowym kanale, zanim wyjdą jako rura. Dłuższa długość lądu:
Wygładza różnice prędkości pomiędzy warstwami
Umożliwia stabilizację powierzchni stopionych
Zmniejsza różnice orientacji-wywołane przepływem pomiędzy warstwami
Zbyt krótki obszar powoduje, że warstwy nie są w pełni zrównoważone. - jedna warstwa może poruszać się szybciej niż sąsiednie warstwy, co powoduje ścinanie na granicy faz i nierówną grubość warstwy po wypłynięciu stopionego materiału i jego nadmuchaniu.
Typowe długości styków matrycy wynoszą od 15 do 30 mm w przypadku standardowych folii rozdmuchiwanych, przy czym dłuższe styki są stosowane w przypadku cienkich folii barierowych lub materiałów-o wysokiej lepkości.
Lokalizacja portu zasilającego i równowaga ciśnienia
Każda z trzech wytłaczarek łączy się z głowicą poprzez otwór zasilający. Położenie i geometria tych portów zasilających wpływa na jednorodność w sposób łatwy do przeoczenia.
Posuw symetryczny
W dobrze-zaprojektowanej matrycy trzy otwory zasilające są rozmieszczone w taki sposób, że każdy strumień stopu wpływa z tym samym spadkiem ciśnienia od otworu zasilającego do wyjścia z matrycy. Asymetryczne rozmieszczenie otworu zasilającego powoduje nierówny rozkład ciśnienia na obwodzie, co objawia się spójnym wzorem grubości/cienkiej folii w końcowej folii -, zazwyczaj w kształcie sinusoidalnym, ze szczytem w miejscu otworu zasilającego.
Krzyż-Głowa kontra. Orientacja matrycy stosu
Głowa krzyżowa-umiera:Wytłaczarki podawane są z boku, prostopadle do osi matrycy. Prostsze mechanicznie, ale obrót płynięcia stopu o 90 stopni powoduje asymetrię ciśnienia, która wymaga starannej kompensacji geometrii kanału.
Matryce stosowe (inline):Wytłaczarki podają wzdłuż osi matrycy. Bardziej skomplikowany w budowie, ale symetryczna geometria podawania ułatwia osiągnięcie równomiernego rozkładu.
Gradient temperatury w korpusie matrycy
Lepkość stopu zależy-od temperatury. Jeśli różne części korpusu matrycy mają różne temperatury - z powodu nierównomiernego nagrzewania, utraty ciepła do otoczenia lub przewodzenia z jednego kanału do drugiego - zmienia się lepkość stopu, co zmienia opór przepływu i rozkład grubości.
Nowoczesne trójwarstwowe-głowice gwinciarskie wykorzystują wiele niezależnie sterowanych stref grzewczych:
Oddzielne strefy dla korpusu, trzpienia i pierścienia matrycowego
Grzejniki sterowane-PID ze sprzężeniem zwrotnym termoparą w wielu punktach
Izolacja pomiędzy strefami zapobiegająca migracji ciepła pomiędzy kanałami
Zmiana temperatury w matrycy nawet o 5 stopni może zmienić lepkość LLDPE o 15–20%, co wystarczy, aby spowodować niejednorodność mierzalnej grubości. Dlatego właśnie kontrola temperatury głowicy matrycy jest tak samo ważna jak geometria matrycy. - Dobrze-dobrze zaprojektowana matryca pracująca w źle kontrolowanych temperaturach nadal będzie wytwarzać zmienną warstwę.
Regulacja szczeliny matrycy i jej ograniczenia
Szczelina matrycy - pierścieniowa szczelina pomiędzy końcówką trzpienia a pierścieniem matrycy, przez którą wypływa stopiony materiał - kontroluje całkowitą grubość folii i natężenie przepływu. Większość matryc produkcyjnych zawiera ręczny lub automatyczny system regulacji szczeliny matrycy (zazwyczaj od 8 do 16 indywidualnych śrub regulacyjnych lub automatyczny system elastycznej-wargi), który pozwala operatorom kompensować niejednorodność-grubości na wyjściu matrycy.
Jednakże regulacja szczeliny matrycy jest narzędziem korygującym, a nie substytutem dobrego projektu matrycy. Dostosowanie szczeliny matrycy w celu skompensowania problemu z rozprowadzaniem powodowanego przez geometrię kanału spiralnego lub asymetrię otworu zasilającego powoduje, że szczelina matrycy jest nierówna na obwodzie -, co powoduje wtórne problemy, w tym niestabilność płynięcia stopu, osadzanie się na krawędzi matrycy i fizyczne uszkodzenie krawędzi matrycy w czasie.
Jeśli w celu uzyskania jednolitej grubości folia wymaga zmiany szczeliny matrycy na obwodzie większej niż ±1,5 mm, podstawową przyczyną jest prawie na pewno problem z konstrukcją matrycy lub stanem, którym należy się bezpośrednio zająć.
Praktyczne implikacje dla producentów filmowych
Zrozumienie, w jaki sposób konstrukcja matrycy wpływa na jednorodność międzywarstw, ma bezpośrednie konsekwencje dla wyboru sprzętu, rozwiązywania problemów z procesami i konserwacji:
Kupując lub określając maszynę:Zapytaj o liczbę zakończeń spirali na warstwę, metodę kombinacji matryc (wewnętrzna i zewnętrzna) oraz konfigurację strefy temperaturowej. Dostawca, który nie potrafi jasno odpowiedzieć na te pytania, jest sygnałem ostrzegawczym.
Podczas rozwiązywania problemów ze zmianami grubości:Przed regulacją szczeliny matrycy lub pierścienia chłodzącego zamapuj wzór zmian na szerokości rolki i na obwodzie. Sinusoidalny wzór osiągający szczyt w stałym miejscu wskazuje na problem z geometrią portu zasilającego lub kanałem spiralnym. Przypadkowe różnice w rolce są raczej problemem związanym z chłodzeniem lub stabilnością pęcherzyków.
Do konserwacji:Czystość matrycy ma bezpośredni wpływ na dystrybucję. Spalony lub zdegradowany materiał w spiralnym kanale powoduje lokalne opory przepływu, które powodują powstawanie grubych/cienkich smug. Regularne harmonogramy czyszczenia - z właściwym demontażem i kontrolą matrycy - są niezbędne do utrzymania wydajności dystrybucji, dla której matryca została zaprojektowana.
Wniosek
Głowica ATrójwarstwowa maszyna do rozdmuchiwania foliijest pojedynczym komponentem, który ma największy wpływ na jednorodność międzywarstw - bardziej niż wytłaczarki, większy niż pierścień chłodzący i większy niż dostosowanie parametrów procesu. Geometria kanału spiralnego kontroluje rozkład obwodowy. Konstrukcja stosów i terenu kontroluje stabilność międzywarstw. Geometria portu zasilającego i strefy temperaturowe decydują o tym, czy zamierzenia projektowe zostaną faktycznie zrealizowane w produkcji.
Operatorzy i inżynierowie, którzy rozumieją te zależności, mogą szybciej diagnozować problemy z jednorodnością grubości, podejmować mądrzejsze decyzje dotyczące zakupu sprzętu i uzyskiwać bardziej stałą jakość folii na liniach, na których już działają.
