Los vijf veelvoorkomende problemen op bij filmblazende co-extrusie

1. schuiminstabiliteit: de term belleninstabiliteit omvat veel verschillende soorten problemen die verband houden met de stabiliteit van geëxtrudeerde bellen. De belangrijkste problemen zijn onder meer het scheuren van bellen, spanningsverharding, vorstinstabiliteit en het fladderen van bellen.
Belbreuk: wanneer het gesmolten materiaal dat de vorm verlaat overmatig wordt uitgerekt, wat resulteert in breuk van de bellenstructuur, zal er een belbreuk optreden. Dit gebeurt wanneer de smeltsterkte van het geëxtrudeerde materiaal onvoldoende is om de geselecteerde barstverhouding (BUR) te bereiken. Om dit probleem te voorkomen, kan de harsselectie worden aangepast om materialen met een hogere smeltsterkte aan de filmstructuur toe te voegen om de algehele smeltsterkte te verbeteren. Polyethyleen met lage dichtheid (LDPE) wordt bijvoorbeeld opgenomen in lineaire polyethyleenfilm met lage dichtheid (LLDPE) om de algehele smeltsterkte ervan te vergroten.
Rekharden: Wanneer het gesmolten polymeer snel wordt uitgerekt in de machinerichting (MD) en dus uitgehard, treedt rekharden op. Dit veroorzaakt schommelingen in de interne bellendruk en bellenbreedte. Dit probleem kan worden voorkomen door het opnamepercentage te verlagen. Een andere oplossing is om de harsselectie te wijzigen om de algehele trekviscositeit van de film te verminderen, waardoor de film meer kan strekken in MD zonder enige rekverharding.
Onstabiele vrieslijn: in een stabiel proces blijft de vrieslijn op een constante hoogte hoger dan de mal en wordt geregeld door de koelsnelheid, de matrijsdoorvoer en de uniformiteit van de filmdikte. Wanneer een proces instabiel wordt, wordt ook de positie van de vrieslijn instabiel. Een reden voor deze instabiliteit is de ongelijke temperatuurverdeling in de extrusie.
De verandering van de smelttemperatuur kan worden veroorzaakt door een onjuist ontwerp van de schroef van de geselecteerde hars, slijtage van de schroef of een defecte verwarming of thermokoppel. Vóór het samenvoegen moet de smelttemperatuur van elke stroom worden gemeten om te bepalen welke smeltlaag de bron is van temperatuurverandering. Verwijder na het plaatsen de schroef en controleer de polymeerafbraak en schroefslijtage. Ook de werking van alle verwarmingselementen en thermokoppels moet worden gecontroleerd.
Een andere veelvoorkomende oorzaak van een onstabiele vrieslijn is schimmelblokkering. Het ongelijkmatig inslikken van materiaal kan te wijten zijn aan de opeenhoping van afbreekbare materialen in de mal. Om deze situatie te voorkomen, moet de mal regelmatig worden gecontroleerd en moet indien nodig materiaal worden opgehoopt.
Schuimfladderen: schuimfladderen begint onder de vrieslijn en wordt weergegeven als een lineaire markering op het beloppervlak in dwarsrichting (Td). Deze vleugelvorm wordt veroorzaakt door de hoge luchtsnelheid van de luchtring. Door de ventilatorsnelheid te verlagen of de luchtringcomponenten aan te passen om de luchtstroom langs het bellenoppervlak te verminderen, wordt het fladderen van bellen voorkomen. Door de luchtstroom te verminderen, wordt de koelefficiëntie van de luchtring echter verminderd, waardoor de ijslijn wegdrijft van de mal, wat nieuwe problemen veroorzaakt. Om deze situatie te voorkomen, kan de harsselectie worden geoptimaliseerd om de algehele smeltviscositeit van de extrusie te verlagen en de algehele smelttemperatuur te verlagen.
2. Indexverandering: bij de filmblazende co-extrusie is het onvermijdelijk om een ​​zekere mate van instrumentverandering in TD te hebben. Een voorbeeld van een instrumentprofiel met een film van lagedrukgraadvariatie is te zien in figuur 2. 1A. Als zich tijdens de verwerking echter onverwachte problemen voordoen, kan de mate van instrumentwisseling toenemen. Er zijn enkele verschillende problemen die kunnen leiden tot een toename van specificatiewijzigingen en de oorzaak van het probleem wordt bepaald door de vorm van het instrumentprofiel van schuim te controleren.
Niet-uniforme luchtringkoeling: slechte of ongelijkmatige luchtstroom van de luchtring leidt tot ongelijkmatige filmkoeling en beïnvloedt de drukvalverhouding van de film. Dit kan ervoor zorgen dat sommige films meer uitrekken dan andere, wat kan leiden tot meetafwijkingen. Om dit probleem te voorkomen, moet het luchtkanaal in de luchtring regelmatig worden gecontroleerd en gereinigd om onzuiverheden te verwijderen die de luchtstroom kunnen verstoren. De luchtring moet ook worden gecontroleerd om te bevestigen dat deze correct in het midden van de mal is geplaatst.
Ongelijke smelttemperatuur: ongelijkmatige smelttemperatuur zal leiden tot veranderingen in de luchtbelkoelsnelheid en de matrijsdoorvoer. Een duidelijk teken van de ongelijkmatige smelttemperatuur is het sinusvormige profiel. De vorming van deze sinusoïdale variatie houdt verband met de stroom van materialen met een ongelijkmatige smelttemperatuur door de vorm, die poortlijn wordt genoemd. Zoals eerder vermeld, kan de verandering van de smelttemperatuur worden veroorzaakt door een onjuist ontwerp van de schroef of door slijtage.
3. Interface-instabiliteit: de term interface-instabiliteit verwijst naar de instabiliteit op het grensvlak tussen twee lagen. De stabiliteit van de interface hangt af van factoren als materiaaleigenschappen, procesomstandigheden en ontwerpkenmerken van de apparatuur. Er zijn drie bekende typen grensvlakinstabiliteit die kunnen optreden tijdens co-extrusie door filmblazen.
Er zijn enkele bekende redenen voor wendingen. De eerste is het verschil in afschuifviscositeit tussen de materialen die de interface produceren. Als het materiaal een significant verschillende afschuifviscositeit heeft, zal elke laag verschillende afschuifsnelheden ervaren onder de toegepaste afschuifspanning, wat resulteert in zigzagvervorming. Dit kan worden verminderd door materialen te selecteren met een vergelijkbare afschuifviscositeit (indien mogelijk) om een ​​interface te creëren.
De tweede reden is de onjuiste verhouding van lagen. Als de geselecteerde laagverhouding de interface te dicht bij de matrijswand maakt, zal de overmatige schuifspanning de vervorming veroorzaken. Om dit te voorkomen kan de dikte van de buitenste laag vergroot worden, kan de interface weggehouden worden van de wand en kan de schuifspanning die daarop uitgeoefend wordt verminderd worden.
De derde reden is een onjuist ontwerp van de matrijs. Bij het ontwerpen van een matrijs is het belangrijk om het vloeistofkanaal correct te optimaliseren om een ​​uniform snelheidsprofiel door de hele matrijs te creëren. Onjuist vormontwerp kan leiden tot de vorming van hoge afschuifpunten en ongelijke snelheidsprofielen, wat kan leiden tot een dergelijke instabiliteit.
Golfinterface-instabiliteit: deze vorm van instabiliteit wordt veroorzaakt door ongelijke rekvervorming op het grensvlak tussen de twee materialen, wat resulteert in golvende patronen gevormd langs het beloppervlak omdat het uit de mal wordt geëxtrudeerd. Het beeld van deze instabiliteit is te zien in figuur 3. Gebleken is dat de rekvervorming die deze instabiliteit veroorzaakt, afkomstig is van twee bekende bronnen. De eerste houdt verband met een onjuiste laagverhouding. Als een van de composietlagen van de structuur te dun is, zal deze meer versnelling ervaren op het samensmeltingspunt in de mal, waardoor een hogere rekvervormingssnelheid in de laag wordt geproduceerd. De laagverhouding moet worden aangepast om een ​​meer uniforme snelheidscurve stroomafwaarts van het samenvoegpunt te vormen.
De tweede bron is het verschil in rekviscositeit van de materialen die de interface vormen. Twee materialen met verschillende rekkracht en verschillende rekviscositeit zullen met verschillende snelheden vervormen. Indien mogelijk moeten materialen met vergelijkbare uitbreidingseigenschappen worden geselecteerd om de interface te maken.
Onstabiele actieve interface: reactieve interface kan worden gevormd in het co-extrusieproces van een meerlaagse structuur bestaande uit polair blokkerende hars en verbindingslaag. De barrièrehars wordt gewoonlijk samen met de polyolefineharslaag geëxtrudeerd. Deze structuren hebben meestal een verbindingslaag ertussen nodig om de hechting ertussen te verbeteren. De verbindende laag is een polymeer samengesteld uit polaire en niet-polaire eindgroepen. Soms kan er een onnodige chemische reactie optreden tussen de polaire eindgroep van de verbindingslaag en de polaire blokkerende hars, waardoor een onstabiel grensvlak wordt gevormd. Het resultaat van deze reacties is een verminderde optische helderheid en een korreliger uiterlijk van de film.

4. gel: De term gel wordt meestal gebruikt om te verwijzen naar elke vorm van klein defect dat optische vervorming veroorzaakt in de uiteindelijke film. Gel zijn problematisch omdat ze niet alleen optische vervorming veroorzaken, maar ook de mechanische eigenschappen van de film verminderen. Gel kan worden onderverdeeld in drie hoofdcategorieën: niet-gesmolten harsen, afbreekbare materialen en vreemde verontreinigende stoffen.
Onverplaatsbare hars: niet-poreuze hars is een veelvoorkomend type gel dat vaak wordt waargenomen bij een hoge extruderdoorvoer. Ze zijn het resultaat van ongelijkmatig smelten veroorzaakt door een zone met lage afschuiving in de extruder. Om vast te stellen dat de gel een ongemengde hars is, verwarmt u de gel tot boven de smelttemperatuur en koelt u deze vervolgens weer af. Als de gel na afkoeling niet meer verschijnt, is het een onvermengde hars. Als er ongemengde hars in de film zit, moet de extruderschroef worden gecontroleerd en opnieuw worden ontworpen om de aanwezigheid van zones met lage afschuiving te minimaliseren.
Gedegradeerd materiaal: Als het polymeer gedurende langere tijd wordt blootgesteld aan hoge energie, kan materiaaldegradatie optreden tijdens extrusie. Deze omstandigheden leiden tot de vorming van sterk geoxideerde of verknoopte materialen die gel in het membraan vormen. Meestal zijn deze gels niet direct na het opstarten aanwezig. Naarmate afgebroken polymeren zich tijdens het afbraakproces ophopen, verschijnen ze op de film.
Sterk geoxideerde gel vertoont broze zwarte vlekken en kan worden geïdentificeerd door fluorescentie onder ultraviolet licht. Figuur 5 toont het beeld van sterk geoxideerde gel genomen onder gepolariseerd licht en het beeld van gelfluorescentie onder UV-licht. De verknoopte gel heeft een donkerbruin uiterlijk en is samengesteld uit geoxideerde materialen. De oxidatiegraad is echter te laag om fluorescentie onder UV-licht te veroorzaken.
Verknoopte gel wordt soms verward met sterk verstrengelde harsen. Om onderscheid te maken tussen de twee, kunt u de gel verwarmen tot een temperatuur die hoger is dan de smelttemperatuur, er druk op uitoefenen om hem te breken en hem vervolgens laten afkoelen. Als de gelvorm na afkoeling weer verschijnt, is het materiaal eerder verknoopt dan sterk verstrengeld. Om de bron van afbreekbare materialen te bepalen, moet de schroef van de extruder na gebruik worden verwijderd zonder te spoelen. Zodra de bron van degradatie is bepaald, kan het schroefontwerp op dit gebied worden geoptimaliseerd om stagnatie en lage afschuifkracht te minimaliseren.
Buitenlandse verontreinigende stoffen: Af en toe kunnen buitenlandse verontreinigende stoffen in het proces terechtkomen. Vreemde verontreinigende stoffen komen de extruder meestal binnen via de trechter, die kan worden overgebracht van kledingvezel naar vreemde polymeerhars. Als blijkt dat de gel een significant andere smelttemperatuur heeft dan de ruwe hars, of een zeer onregelmatige vorm heeft (zoals vezels), kan dit een verontreiniging met vreemde stoffen zijn. Om deze gel te voorkomen, moet de trechter altijd goed worden schoongemaakt en moet de originele grondstofcontainer worden gesloten om te voorkomen dat vreemde stoffen zich vermengen.
5. Krullen: filmkrullen is een defect dat wordt waargenomen in een meerlagige structuur die is samengesteld uit materialen met verschillende kristalliniteit. Dit defect wordt gevormd tijdens het koelproces van de gesmolten film en zorgt ervoor dat de film zichzelf opkrult. De filmkrulling houdt verband met twee problemen: het verschil in materiaaleigenschappen (dwz smeltpunt en kristalliniteit) en onjuiste plaatsing van de lagen.
Een veelvoorkomend voorbeeld van filmkrulling wordt getoond in figuur 6, die een drielaagse film toont die is samengesteld uit polyethyleen (PE), nylon (PA) en een verbindingslaag. Wanneer de meerlagige folie de mal verlaat, smelten alle lagen en begint de folie af te koelen. Bij afkoeling kristalliseert de nylonlaag en wordt hard, terwijl de PE-laag krimpt omdat deze nog gesmolten is. Zodra de temperatuur onder de smelttemperatuur van polyethyleen zakt, begint het ook hard te worden. Op dit moment is nylon echter uitgekristalliseerd en kan het niet verder worden gekrompen, waardoor PE tijdens het stollen wegkrult.
Een methode om te voorkomen dat de film gaat krullen, is door de film snel af te koelen om kristallisatie te voorkomen. In plaats van lucht te gebruiken om de film af te koelen, kan de film direct in een waterbad worden geëxtrudeerd voor snelle afkoeling. Dit maakt co-extrusie van materialen met verschillende kristallisatiesnelheden mogelijk zonder een gekrulde film te vertonen. Een andere mogelijke oplossing is het optimaliseren van de structuur van meerlaagse folies.