Vstúpte do akéhokoľvek moderného flexibilného baliaceho zariadenia a takmer určite nájdete rolku dvojfarebnej fólie, ktorá leží niekde na palete, - pruhované bariérové vrecká, dvojfarebný poľnohospodársky mulč alebo ko-extrudované nákupné tašky s bielym jadrom a tónovanou vonkajšou vrstvou. Všetci začali život vo vnútri advojfarebný{0}stroj na vyfukovanie fólií. Proces, ktorý premieňa dva oddelené prúdy pigmentovanej živice na hladko spojený, opticky odlišný film, je však oveľa jemnejší ako jednoduché plnenie dvoch násypiek do jednej matrice. Mechanizmus fúzie zahŕňa starostlivo kontrolovanú reológiu polymérov, tepelné riadenie, geometriu matrice a vedu o medzifázovej adhézii. Tento článok podrobne popisuje každú fázu.
1. Príprava suroviny a disperzia pigmentu
Predtým, ako vôbec dôjde k fúzii, musí byť každý farebný kanál správne pripravený. Predzmesové pelety - koncentrovaný pigment dispergovaný v nosnej živici - sa zmiešajú so základným polymérom v definovanom pomere zníženia-, typicky medzi 1 % a 5 % hmotnosti. Voľba nosnej živice je mimoriadne dôležitá: mala by mať index toku taveniny (MFI) kompatibilný so základným polymérom, aby tieto dva prúdy zdieľali podobné profily viskozity, keď sa stretnú vo vnútri formy.
Zle rozptýlený pigment vytvára pruhy, aglomeráty alebo „gély“ - priesvitné škvrny, ktoré oslabujú film a spôsobujú optické nekonzistencie. Miešacie skrutky s vysokým{2}}strihom alebo inline statické mixéry v každom kanáli extrudéra vytvárajú rovnakú taveninu predtým, ako sa dostane do formy, takže pigment sa rovnomerne rozptýli cez každý farebný prúd. Ak je jedna farba hlboká uhlíková-čierna polyetylén a druhá je prírodný alebo biely LLDPE, potom sú rýchlosti ich vedenia tepla trochu iné. Takže riadiaci systém stroja to musí vyriešiť zmenou teplôt zóny valca samostatne pre každý extrudér.
2. Konfigurácia duálneho extrudéra a riadenie toku taveniny
Dvojfarebný stroj na vyfukovanie filmu poháňa dva samostatné extrudéry -, niekedy identické vo veľkosti, niekedy asymetrické, ak majú dve farebné vrstvy rôznu cieľovú hrúbku. Každý extrudér spracováva svoju vlastnú farbu nezávisle prostredníctvom:
Zóna podávania: Pelety sú vťahované otočnou skrutkou a začínajú mäknúť od trecieho tepla a prenosu tepla.
Kompresná zóna: Skrutkový kanál je plytší, takže stláča taveninu a vytláča vzduchové vrecká.
Zóna dávkovania: Tavenina sa rovnomerne a úplne roztopí pri nastavenej teplote, zvyčajne medzi 160 stupňami a 220 stupňami pre typy polyetylénu.
Dva prúdy taveniny vychádzajú z každého valca extrudéra a idú do samostatných prietokových ciest, ktoré vedú k vytláčacej hlave. Udržiavanie rovnakého tlaku taveniny v oboch dráhach je veľmi dôležité. Ak má jeden prúd oveľa vyšší tlak ako druhý, vytlačí farebnú čiaru zo-stredu vnútri matrice, čo spôsobí nerovnomerné šírky pruhov alebo zmeny hrúbky vrstvy.
3. Die Head: Kde sa začína fúzia
Hlava lisu je srdcom fúzneho mechanizmu. V dvojitej-farebnej vyfukovanej fólii sa tieto dva prúdy taveniny po prvý raz stretnú vo vnútri precízne-opracovaného tŕňa. V priemysle sa používajú dve hlavné architektúry:
3.1 Bočný-dizajn-vedľajšej (pruhovanej) matrice
V tejto konfigurácii prúdia dva farebné prúdy cez oddelené špirálové kanáliky tŕňa, ktoré sú usporiadané okolo prstencovej štrbiny matrice v striedajúcich sa sektoroch. Keď tavenina opúšťa hubicu, každá farba zaberá definované oblúkové segmenty kruhovej bubliny. Výsledkom je fólia so zvislými pruhmi, ktoré sa tiahnu pozdĺžne po-rovnej šírke.
Fúzne rozhranie medzi susediacimi farebnými sektormi je úzka zóna - zvyčajne menšia ako 0,5 mm široká -, kde prebieha interdifúzia na-úrovni molekuly. Pretože oba prúdy sú v tomto bode stále v roztavenom stave (nad ich príslušnými kryštalizačnými teplotami), polymérne reťazce z jednej farby môžu migrovať cez rozhranie a zapliesť sa s reťazcami zo susednej farby. Totoko{0}}kryštalizácia v rozhraníje to, čo vytvára skutočné spojenie, a nie mechanické zalisovanie-.
Šírka fúznej zóny závisí od:
Doba pobytu v matrici- dlhší pobyt umožňuje väčšie rozšírenie
Teplota topenia- vyššie teploty zvyšujú pohyblivosť reťazca a hĺbku difúzie
Kompatibilita dvoch polymérov- LLDPE zmiešaný s LLDPE ľahko difunduje; LLDPE spárovaný s polypropylénom vyžaduje vrstvu kompatibilizátora
3.2 Sústredný (vrstvový-nad-vrstvový) dizajn lisovnice
Niektoré dvojfarebné zariadenia namiesto pásikov vytvárajú bubliny, v ktorých jeden polymér tvorí vnútornú vrstvu a druhý tvorí vonkajšiu vrstvu. Forma obsahuje dva sústredné špirálové kanály naskladané vertikálne vo vnútri tŕňa. Vnútorný kanál dodáva jednu farbu vnútornému prstencu medzery matrice; vonkajší kanál dodáva druhú farbu vonkajšiemu prstencu.
Tieto dva prúdy sa zbiehajú tesne pred perami a vytvárajú tenký sendvič. Pretože obe vrstvy sú pri stretnutí stále nad teplotou kryštalizácie, medzifázová adhézia sa vyvíja prostredníctvom rovnakého mechanizmu-zapletenia reťazcov, ako je opísané vyššie. Výsledná fólia má čisté priečne -rozdelenie - jednej farby viditeľné na každej strane - so spojeným rozhraním, ktoré, ak sú polyméry kompatibilné, je mechanicky nerozoznateľné od jednovrstvového filmu rovnakej hrúbky.
4. Interfaciálna adhézia: Veda za väzbou
Kvalita fúzneho rozhrania medzi dvoma farbami nie je jednoducho funkciou zlisovania dvoch horúcich povrchov k sebe. Záleží natermodynamická miešateľnosťakinetická difúzia.
Termodynamická kompatibilita
Polyméry, ktoré zdieľajú podobné parametre rozpustnosti, sa miešajú na molekulárnej úrovni. Dva druhy lineárneho polyetylénu s nízkou{1}}hustotou (LLDPE), aj keď nesú rôzne pigmentové zaťaženie, sú vysoko kompatibilné a vytvoria silné, súdržné rozhranie. Dva chemicky odlišné polyméry -, povedzme polyetylén a nylon -, majú nízku termodynamickú kompatibilitu. Ich reťazce sa ľahko nezapletú a rozhranie zostáva slabé, pokiaľ aviazacia-živica(chemicky modifikovaný polyetylén s polárnymi skupinami) je medzi nimi koextrudovaný-.
V skutočnom dvoj{0}}farebnom stroji, ktorý používa dva odtiene tej istej základnej živice, sú spojovacie vrstvy vo všeobecnosti zbytočné. Mechanizmus fúzie sa úplne spolieha na tepelnú difúziu na rozhraní.
Kinetická hĺbka difúzie
Hĺbka, do ktorej reťaze z jednej farebnej vrstvy preniknú do susednej vrstvy, závisí odreptáciamodel difúzie polyméru. Polymérny reťazec v roztavenom stave sa krúti cez okolité reťazce hadím-pohybom. Hĺbka difúziedmierka približne ako:
d ∝ √(D · t)
kdeDje difúzny koeficient (silne závislý od teploty a molekulovej hmotnosti) atje doba kontaktu pred stuhnutím taveniny. Dlhší čas zotrvania v matrici a vyššia teplota taveniny zvyšujú hĺbku difúzie a tým aj pevnosť na rozhraní.
Operátori strojov to prakticky vylaďujú úpravou:
Teplota dierok(vyššia=hlbšia difúzia, ale riskuje tepelnú degradáciu pigmentu)
Rýchlosť linky(pomalší o=dlhší čas zotrvania, hlbšia difúzia)
Rýchlosť skrutky a protitlak(ovplyvňuje teplotu taveniny šmykovým ohrevom)
5. Tvorba bublín a biaxiálna orientácia
Akonáhle roztavená dvojfarebná-tavenina opustí hubicu ako jedna prstencová trubica, stlačený vzduch ju nafúkne do bubliny. Totobiaxiálny strečingv smere stroja (MD) aj v priečnom smere (TD) má hlboký vplyv na fúzne rozhranie.
Ako sa bublina rozširuje, polymérne reťazce cez rozhranie sú napnuté a orientované. Táto orientácia v skutočnosti posilňuje väzbu: reťazce, ktoré sa čiastočne rozptýlili cez hranicu farby, sú teraz narovnané a uzamknuté na mieste, keď sa film ochladzuje a kryštalizuje. Výsledkom je rozhranie, ktoré dokáže odolať silám pri odlupovaní, ktoré sa vyskytujú pri výrobe vrecúšok, pri tlači a pri konečnom použití-manipulácie.
Ak je však pomer prefúknutia (BUR) príliš vysoký, rozhranie môže byť namáhané nad hĺbku difúzie a môže sa začať delaminácia. Udržiavanie BUR medzi 2:1 a 3,5:1 pre väčšinu druhov polyetylénu udržuje rozhranie neporušené, pričom sa stále dosahujú požadované optické a mechanické vlastnosti filmu.
6. Chladenie, Frost Line a Definícia farieb
Výška čiary námrazy -, bod, v ktorom film prechádza z roztaveného do polotuhého-tuhého -, je kritickým kontrolným parametrom pre definíciu farby v dvoj-farebnom filme. Nad čiarou námrazy je tavenina stále tekutá a farebná hranica sa môže posunúť alebo rozmazať, ak sú turbulencie vzduchu alebo teplotné gradienty po obvode bubliny nerovnomerné.
Vzduchový krúžok s oddeleným ovládaním zóny umožňuje operátorom nastaviť silu chladenia okolo bubliny, takže čiara mrazu zostane rovnomerná. Rovnomerná línia námrazy zafixuje tvar farebného pruhu alebo štruktúru vrstvy vytvorenú na matrici, čo poskytuje stabilnú kvalitu farby v celom kotúči.
Nedostatočné chladenie umožňuje, aby tavenina zostala v kontakte príliš dlho nad čiarou námrazy, čo môže rozšíriť difúznu zónu a zjemniť farebný okraj. To je niekedy dobré pre efekt vyblednutia, ale zvyčajne je to zlé pre presnú-prúžkovanú baliacu fóliu.
7. Spoločné výzvy a riešenia spracovania
| Výzva | Hlavná príčina | Riešenie |
|---|---|---|
| Farebné krvácanie cez hranicu | Nadmerná teplota matrice alebo doba zotrvania | Znížte teplotu topenia; zvýšiť rýchlosť linky |
| Slabé rozhranie / delaminácia | Zlá kompatibilita s polymérom alebo nízka hĺbka difúzie | Pridajte spojivovú-živicu; zvýšiť teplotu matrice |
| Nerovnomerná šírka pruhu | Nerovnováha tlaku medzi dvoma extrudérmi | Kalibrácia zubových čerpadiel; upravte rýchlosť skrutiek |
| Pigmentové aglomeráty/gély | Slabá disperzia predzmesi | Použite predzmes s vysokou-dispergovateľnosťou; zvýšiť protitlak |
| Prúžok blúdiť okolo bubliny | Nerovnomerné chladenie vzduchovým krúžkom | Povoliť sektor-riadený vzduchový kruh; skontrolujte sústrednosť matrice |
8. Úvahy o výbere materiálu pre optimálnu fúziu
Nie všetky polymérne páry vytvárajú rovnako silné fúzne rozhrania. Nasledujúce kombinácie sú zoradené od najvyššej po najnižšiu prirodzenú kompatibilitu v kontexte dvojfarebnej vyfukovanej fólie:
LLDPE + LLDPE(rôzne stupne hustoty alebo pigmenty) - vynikajúca prirodzená priľnavosť
LDPE + LLDPE- veľmi dobrý, široko používaný v poľnohospodárskej mulčovacej fólii
HDPE + LLDPE- moderovať; pevnosť rozhrania prijateľná pre väčšinu obalov
PP + PE- slabé bez kompatibilizátora; vyžaduje anhydridom kyseliny maleínovej-vrúbľovanú spojovaciu živicu
PE + PA (nylon)- vyžaduje špecifickú spojovaciu vrstvu PE-g-MAH; používa sa v aplikáciách s-vysokou bariérou
Pochopenie týchto vzťahov kompatibility pred špecifikovaním dvoj{0}}farebného stroja zabráni nákladnej preformulácii po inštalácii.
Záver
Mechanizmus fúzie v stroji na vyfukovanie dvojfarebného filmu{0} je starostlivo zorganizovaná súhra chémie polymérov, presného inžinierstva a tepelného manažmentu. Dva nezávisle plastifikované farebné prúdy sa spoja vo vnútri matrice, kde riadená teplota a doba zotrvania riadia difúziu molekulového reťazca cez farebné rozhranie. Biaxiálne naťahovanie počas nafukovania bublín potom uzamkne túto difúznu väzbu na mieste, čím sa vytvorí film, kde sú dve farby opticky odlišné, ale štrukturálne zjednotené.
Zdokonaliť sa v tomto procese si vyžaduje starostlivosť v každom kroku - od výberu predzmesi a vyladenia extrudéra na tvar matrice, -pomer vyfukovania a{2}}riadenie linky. Keď všetky nastavenia spolupracujú, výsledkom je dobrý, stály dvoj-farebný film, ktorý vyhovuje potrebám balenia potravín, použitia na farmách, priemyselných tašiek a produktov v obchodoch.
