تفاوت های فنی کلیدی بین دستگاه دمنده فیلم PP و سایر دستگاه های دمنده پلیمری (EG، PE، PVC) چیست؟

اکستروژن فیلم دمیده یکی از آن فرآیندهای تولیدی است که از بیرون ساده به نظر می‌رسد - پلاستیک مذاب داخل می‌شود، فیلم بیرون می‌آید - اما هنگامی که کار با خانواده‌های پلیمری مختلف را شروع می‌کنید، پیچیدگی فوق‌العاده‌ای را نشان می‌دهد. هرکسی که خط پلی اتیلن را اجرا کرده باشد و سپس سعی کند بدون تنظیم چیزی به پلی پروپیلن تبدیل شود، به سرعت متوجه می شود که ماشین ها قابل تعویض نیستند، حتی زمانی که تقریباً یکسان به نظر می رسند.

دلیل اساسی است: پلیمرهای مختلف دارای ساختارهای مولکولی متفاوت، رفتار مذاب متفاوت، نیازهای حرارتی متفاوت و ویژگی‌های انجماد متفاوت هستند. یک دستگاه دمنده فیلم حول این ویژگی ها بهینه شده است. بدون تغییر تنظیمات دستگاه، پلیمر را تغییر دهید، در بهترین حالت کیفیت فیلم ضعیف و در بدترین حالت یک فاجعه پردازشی خواهید داشت.

این مقاله به بررسی تفاوت های فنی کلیدی بین aدستگاه فیلم دمیده PPو ماشین‌های طراحی شده برای پلیمرهای پلی اتیلن، پی وی سی و سایر پلیمرهای رایج - که همه چیز را از دمای بشکه و طراحی قالب گرفته تا سیستم‌های خنک‌کننده و تجهیزات برخاست را پوشش می‌دهند.

الزامات دمای پردازش

دما آشکارترین تفاوت بین سیستم های پردازش پلیمری است و تقریباً هر جنبه دیگری از طراحی ماشین را شکل می دهد.

پلی پروپیلن (PP)دارای نقطه ذوب در محدوده 160-165 درجه برای گریدهای هموپلیمر، با دمای پردازش در حین اکستروژن معمولاً بین 200 درجه تا 260 درجه بسته به درجه خاص و نیاز جریان مذاب. PP برای رسیدن به ذوب یکنواخت و بدون تخریب نیاز به گرمای ثابت و خوب{5}}کنترل شده در سراسر مناطق بشکه دارد.

پلی اتیلن (PE)خانواده گسترده‌ای از گریدها را پوشش می‌دهد، اما رایج‌ترین گریدهای فیلم دمنده - LDPE، LLDPE، HDPE - در دماهای پایین‌تر از PP هستند. LDPE معمولاً در 160-200 درجه، LLDPE در 180-210 درجه و HDPE تا حدودی بالاتر در 190-240 درجه پردازش می شود. معمولاً دمای پایین‌تر پردازش برای PE به معنای تقاضای حرارتی کمتری برای سیستم‌های گرمایش بشکه، پیچ و قالب است.

پی وی سیمورد پیچیده تری است پی وی سی سخت در دمای 170 تا 200 درجه پردازش می شود، اما مسئله مهم فقط دما نیست - بلکه حساسیت حرارتی است. پی وی سی به سرعت در بالای پنجره پردازش خود تخریب می شود و گاز اسید هیدروکلریک آزاد می کند. این امر یک طراحی اساساً متفاوت ماشین را با زمان‌های ماندگاری کوتاه‌تر، پیچ‌های برشی پایین‌تر و متالورژی تخصصی مقاوم در برابر خوردگی- در سراسر دستگاه دیکته می‌کند.

مفاهیم عملی برای طراحی ماشین:ماشین‌های PP به بخاری‌های لوله‌ای چند{0}منطقه‌ای قوی و با کنترل دقیق نیاز دارند که قادر به رسیدن و نگه‌داشتن 200 تا 260 درجه با حداقل نوسان هستند. یکنواختی دمای قالب به ویژه برای PP بسیار مهم است زیرا تغییرات دمای مذاب در سراسر محیط قالب باعث ایجاد ضخامت غیریکنواختی و نقص‌های نوری می‌شود که در فیلم PP بیشتر از بسیاری از فیلم‌های PE قابل مشاهده است.

طراحی و هندسه پیچ

پیچ اکستروژن قلب دستگاه است و هندسه آن با رفتار رئولوژیکی پلیمر هدف تنظیم شده است.

پیچ های PPبرای کنترل پلیمری با ویسکوزیته مذاب نسبتاً بالا در دماهای پردازش و انتقال ذوب شدید طراحی شده اند.

PP در محدوده دمایی کمتری نسبت به LDPE ذوب می شود. همچنین تمایل قوی تری به شکستگی مذاب دارد. شکستگی مذاب یک مشکل سطحی ناشی از تنش برشی بیش از حد در قالب است. پیچ های PP معمولا این ویژگی ها را دارند:

نسبت تراکم بالاتر (3:1 تا 4:1) برای ذوب کافی ساختار PP کریستالی تر

یک منطقه اندازه گیری طولانی تر برای همگن کردن دمای مذاب

مخلوط کردن عناصر (پروازهای مانع یا میکسرهای Maddock) برای دستیابی به یکنواختی مذاب

پیچ های پلی اتیلنعموماً برای پلیمرهایی با ویسکوزیته مذاب کمتر و مشخصات ذوب تدریجی گسترده تر طراحی شده اند. پیچ‌های استاندارد LDPE از نسبت تراکم پایین‌تری (2.5:1 تا 3.5:1) استفاده می‌کنند، اگرچه LLDPE و HDPE - که ویسکوزیته بالاتری نسبت به LDPE - دارند، به طرح‌های پیچ‌های تهاجمی‌تر با هندسه اختلاط بهتر نیاز دارند.

پیچ پی وی سیبا هر دو تفاوت اساسی دارند. از آنجایی که پی وی سی تحت برش زیاد تخریب می شود، پیچ های پی وی سی با نسبت تراکم پایین تر، عمق پرواز کمتر و حداقل شدت اختلاط طراحی می شوند. مواد پیچ ​​و بشکه باید در برابر خوردگی-مقاوم باشند (معمولاً دو فلزی یا دارای پوشش ویژه) تا در برابر اسید کلریدریک آزاد شده در طی هر گونه تخریب لحظه ای مقاومت کنند.

طراحی و پیکربندی Die Head

سر قالب پلیمر مذاب را به صورت حباب حلقه ای شکل می دهد. برای PP، الزامات طراحی قالب از چندین جنبه مهم با PE متفاوت است.

سرهای PPباید پلیمری با ویسکوزیته مذاب بالاتر و حساسیت بیشتری نسبت به عدم تعادل جریان داشته باشد. ویژگی های کلیدی طراحی عبارتند از:

هندسه قالب سنبه مارپیچیبرای اطمینان از توزیع یکنواخت جریان در اطراف محیط کامل - برای PP حیاتی است زیرا تغییرات ویسکوزیته مستقیماً به تغییرات ضخامت ترجمه می شود

تحمل لب های خشک تربرای مدیریت تمایل PP به سمت شکست مذاب با نرخ توان بالاتر

دمای قالب بالاتربا باندهای گرمکن کنترل شده دقیق- نگهداری می شود

سرهای PEدر فشار کمتری نسبت به سر قالب های PP برای توان عملیاتی قابل مقایسه عمل می کنند، زیرا مذاب های پلی اتیلن ویسکوزیته پایین تری دارند. طراحی قالب مخصوصاً برای LDPE می تواند ساده تر باشد زیرا LDPE دارای قدرت ذوب عالی است و عدم تعادل جریان جزئی را بهتر از PP می بخشد.

سر قالب های پی وی سیبرای مقاومت در برابر حمله اسیدی به مواد مقاوم در برابر خوردگی{0} (اغلب با روکش کروم یا نیکل روی سطوح جریان) نیاز دارید. آنها همچنین دارای هندسه داخلی ساده و بدون نقاط مرده هستند که در آن مواد می توانند راکد و تخریب شوند.

الزامات سیستم خنک کننده

اینجاست که تفاوت‌های بین ماشین‌های PP و PE بسیار چشمگیرتر می‌شود - و زمانی که اپراتورها سعی می‌کنند PP را روی ماشینی که برای PE پیکربندی شده است اجرا کنند، بسیاری از مشکلات پردازشی به وجود می‌آیند.

این یک مشکل بزرگ ایجاد می کند. فیلم PP باید سریع و یکنواخت خنک شود تا به اندازه کافی شفاف به نظر برسد. اما PP دمای پردازش بالاتری دارد. و اختلاف دما بین پلاستیک ذوب شده داغ و هوای خنک بسیار زیاد است. برآوردن این نیازها برای سیستم های خنک کننده معمولی پلی اتیلن سخت است.

این یک چالش مهم ایجاد می کند: فیلم PP باید به سرعت و به طور یکنواخت خنک شود تا شفافیت قابل قبولی حاصل شود، اما دمای پردازش بالاتر پلیمر و اختلاف دمای بیشتر بین مذاب و هوای محیط، خواسته هایی را ایجاد می کند که سیستم های خنک کننده پلی اتیلن استاندارد برای برآورده کردن آن تلاش می کنند.

دستگاه های فیلم دمیده PPاین را با:

حلقه‌های-هوای خنک‌کننده با حجم بالا- ارائه حجم هوای بیشتر با سرعت بالاتر نسبت به حلقه‌های هوای پلی‌اتیلن استاندارد برای دستیابی به خنک‌سازی سریع‌تر اختلاف دمایی بزرگ‌تر

حلقه های هوای دوگانه-لپ یا چند ناحیه-- امکان کنترل دقیق انتقال هوای خنک کننده برای تثبیت حباب و دستیابی به ضخامت لایه و خواص نوری یکنواخت

برج های خنک کننده طولانی تر(ارتفاع خط یخبندان بیشتر) - زیرا PP در مقایسه با LDPE به فاصله بیشتری بالای قالب برای انجماد کامل نیاز دارد.

ماشین آلات فیلم دمیده پلی اتیلن، به ویژه برای LDPE، با نیازهای خنک کننده کمتر کار می کند. LDPE به سرعت متبلور می شود و طیف وسیع تری از شرایط خنک کننده را تحمل می کند و در عین حال کیفیت فیلم قابل قبولی را تولید می کند. حلقه های هوای تک لبه استاندارد و حجم هوای خنک کننده متوسط ​​معمولاً کافی هستند.

HDPEیک نقطه مقایسه جالب است مانند PP، HDPE انتقال ذوب نسبتاً شدیدی دارد و نیاز به خنک‌سازی مؤثر دارد، اما فیلم HDPE بدون توجه به سرعت خنک‌سازی معمولاً مات است (به دلیل ماهیت بسیار کریستالی آن)، بنابراین حساسیت نوری که پردازش PP را پیچیده می‌کند، عامل اصلی نیست.

پی وی سینیاز به رویکرد دیگری دارد. مذاب پی وی سی باید نسبتاً سریع خنک شود، اما چالش اولیه خنک کننده در واقع مدیریت تجمع گرما در قالب و آداپتور برای جلوگیری از تخریب - به جای بهینه سازی خواص نوری فیلم است.

قدرت ذوب و پایداری حباب

پایداری حباب پلاستیکی مذاب بالای قالب یکی از پارامترهای فرآیند کلیدی در تولید فیلم دمیده است و بین پلیمرها تفاوت قابل توجهی دارد.

قدرت ذوب PPبه طور قابل توجهی کمتر از مقاومت مذاب LDPE در دماهای پردازش معادل است. این بدان معناست که حباب فیلم PP بیشتر مستعد بی‌ثباتی است - در صورت ناکافی بودن خنک‌کردن یا وجود نوسانات در نرخ اکستروژن، به راحتی فرو می‌رود، تکان می‌خورد یا فرو می‌ریزد.

برای جبران، دستگاه های فیلم دمیده PP معمولاً شامل موارد زیر می شوند:

راهنمای قفس حبابی(داخلی و/یا خارجی) که از نظر فیزیکی حباب در حال گسترش را تثبیت می کند

کنترل دقیق نسبت ضربه-بالا (BUR)- PP معمولاً در BUR های کمتر از LDPE پردازش می شود تا پایداری حباب حفظ شود

سیستم های خنک کننده حباب داخلی (IBC)در -ماشین‌های PP با مشخصات بالاتر - جایگزینی هوای داخلی با گردش هوای کنترل‌شده-برای بهبود سرعت خنک‌کننده و پایداری حباب به طور همزمان

LDPEدر مقابل، دارای قدرت مذاب عالی است. حباب فیلم دمیده کلاسیک روی یک خط LDPE بسیار پایدار است و قابل قبول است - نوسانات فرآیند گسترده‌تری را بدون فروپاشی تحمل می‌کند، که بخشی از این است که چرا LDPE از نظر تاریخی پلیمر فیلم دمیده غالب بوده است.

LLDPEعلیرغم مشابه بودن از نظر شیمیایی، مقاومت ذوب کمتری نسبت به LDPE دارد، و ماشین‌های فیلم LLDPE برخی از الزامات مدیریت پایداری حباب خطوط PP را به اشتراک می‌گذارند، هرچند شدیدتر هستند.

حمل و نقل{0}}سیستم های خاموش و سیم پیچ

پس از خنک شدن و صاف شدن فیلم در قاب در حال فروپاشی، از میان رول‌های نیپ عبور کرده و به شکل رول پیچ می‌شود. خصوصیات PP بر الزامات در اینجا نیز تأثیر می گذارد.

فیلم PPضریب اصطکاک (COF) کمتری نسبت به فیلم PE در شرایط استاندارد دارد، به این معنی که آسان‌تر می‌لغزد - یک ویژگی مطلوب در بسیاری از کاربردها، اما یکی از مواردی است که به طراحی‌های سیستم سیم‌پیچ و غلتکی نیاز دارد که لغزش بالقوه فیلم را محاسبه می‌کند.

فیلم PPهمچنین نسبت به بسیاری از گریدهای پلی اتیلن تمایل بیشتری به تجمع بار استاتیکی دارد، به ویژه در محیط‌های کم رطوبت-. استاتیک باعث می شود که لایه های فیلم به یکدیگر و به سطوح تجهیزات بچسبند و باعث ایجاد مشکلاتی در حمل و نقل شوند. خطوط فیلم PP اغلب دارای تجهیزات حذف استاتیک (میله‌های یونیزان) در مراحل خاموش کردن و پیچیدن هستند.

فیلم پی وی سیسیم پیچی برای جلوگیری از مسدود شدن (چسبیدن لایه های فیلم مجاور به هم) نیاز به توجه دقیق دارد که از طریق بسته های افزودنی مناسب در فرمول فیلم و کشش سیم پیچ کنترل شده مدیریت می شود.

ملاحظات افزودنی و فرمولاسیون

افزودنی های وارد شده در فرمول پلیمری با الزامات طراحی ماشین به روش هایی که با پلیمر متفاوت است، تعامل دارند.

فرمولاسیون فیلم دمیده PPمعمولا شامل:

عوامل هسته زا- برای تسریع تبلور و بهبود شفافیت نوری، تا حدی برای تبلور آهسته طبیعی PP جبران می‌کند.

عوامل شفاف سازی- برای برنامه‌هایی که به شفافیت استثنایی نیاز دارند

ضد بلوک و لغزش- برای مدیریت فیلم-به-فیلم و فیلم-به{4}}اصطکاک تجهیزات

آنتی اکسیدان ها- PP بیشتر از PE در برابر تخریب اکسیداتیو حرارتی حساس است، بنابراین بسته های آنتی اکسیدانی برای حفظ کیفیت مذاب از طریق اکسترودر مهم هستند.

فرمولاسیون PEمعمولاً به حفاظت آنتی اکسیدانی تهاجمی کمتری نسبت به PP نیاز دارند، اما ممکن است بسته به نیازهای کاربرد شامل افزودنی های ضد لغزش و ضد بلوک باشد.

فرمولاسیون پی وی سینیاز به تثبیت کننده های حرارتی - یک الزام منحصر به فرد در بین پلیمرهای معمولی فیلم دمنده - برای جلوگیری از تخریب در طول پردازش. شیمی تثبیت کننده خاص (کلسیم-روی، قلع آلی، یا سرب-بر اساس فرمول‌های قدیمی‌تر) بر رفتار پردازش و مشخصات محیطی فیلم تأثیر می‌گذارد.

جدول خلاصه مقایسه ای

سوالات متداول

س: آیا می توان دستگاه فیلم دمیده PE را برای اجرای PP تغییر داد؟

پاسخ: در اصل، برخی از تغییرات ممکن است - بخاری های ارتقا یافته،-حلقه هوای خنک کننده با حجم بالاتر، پیچ تنظیم شده. در عمل، عمق تغییرات مورد نیاز اغلب سرمایه‌گذاری در تجهیزات PP پیکربندی‌شده‌ای را مقرون به صرفه‌تر می‌کند، به‌ویژه اگر PP یک ماده تولیدی معمولی باشد تا اجرای گهگاهی.

س: چرا دستیابی به فیلم PP در فیلم دمیده در مقایسه با فیلم بازیگران سخت تر است؟

A:PP قدرت مذاب پایینی دارد و به آرامی متبلور می شود. به همین دلیل، ثابت نگه داشتن حباب و خنک کردن سریع و یکنواخت آن برای فیلم دمیده سخت است. اکستروژن فیلم ریخته گری متفاوت عمل می کند. پلاستیک ذوب شده روی یک غلتک سرد ریخته می شود. این امکان خنک سازی بسیار سریعتر و کنترل شده تری را فراهم می کند. به همین دلیل است که فیلم PP ریخته گری معمولا واضح تر از فیلم PP دمیده به نظر می رسد. فیلم Blown PP به سیستم های خنک کننده پیشرفته نیاز دارد تا به کیفیت نوری فیلم ریخته گری نزدیک شود.

س: چه نسبت ضربه-برای فیلم دمیده PP معمول است؟

پاسخ: PP معمولاً با نسبت‌های دمشی (BUR) 2:1 تا 3:1 پردازش می‌شود که کمتر از 3:1 تا 4:1 معمول در LDPE است. BUR پایین به حفظ پایداری حباب با توجه به قدرت ذوب محدود PP کمک می کند.

س: آیا فیلم دمیده PP قابل بازیافت است؟ج: بله. فیلم دمیده PP در جریان های بازیافت فیلم پلی پروپیلن قابل بازیافت است. با جریان های بازیافت پلی اتیلن سازگار نیست، بنابراین جداسازی مواد مهم است. با گسترش قوانین بسته بندی مواد تک-در بازارهای مختلف، قابلیت بازیافت فیلم پلیمری تک- یک مزیت است که به طور فزاینده ای مورد اشاره قرار می گیرد.

س: کاربردهای اصلی که در آن فیلم دمیده PP بر فیلم پلی اتیلن ترجیح داده می شود چیست؟
A: فیلم دمیده PP برای سفتی بالا، مقاومت در برابر دما و مانع رطوبت خوب مناسب است. کاربردهای رایج شامل فیلم های بسته بندی جهت دار (بعد از کشش)، کیسه های پارچه و لباس، بسته بندی مواد غذایی نیازمند سازگاری با امواج مایکروویو و بسته بندی صنعتی با سفتی قابل توجه است. فیلم های پلی اتیلن همچنان اولین انتخاب برای بسته بندی کششی، فیلم های کشاورزی و بسته بندی انعطاف پذیر هستند و خواص دمای پایین و چقرمگی در اولویت هستند.

س: آیا همان دستگاه می تواند هر دو PP و PE را با تعویض پیچ اجرا کند؟

A:برخی از ماشین ها برای کار با مواد مختلف ساخته شده اند. می توانید پیچ ​​و تنظیمات پلاستیک های مختلف را تغییر دهید. اما PP و PE به شرایط پردازش متفاوتی نیاز دارند. بنابراین اگر از یک دستگاه برای هر دو استفاده کنید، کیفیت فیلم به خوبی دستگاهی که فقط برای یک پلاستیک ساخته شده است، نخواهد بود. اگر از هر دو نوع فیلم زیاد می سازید، معمولاً بهتر است برای هر کدام یک دستگاه داشته باشید. این به شما کیفیت فیلم بهتر و هزینه کلی بهتری می دهد.

افکار نهایی

تفاوت بین دستگاه فیلم دمنده PP و ماشین های طراحی شده برای پلی اتیلن یا PVC بسیار فراتر از تنظیمات دما است. آنها منعکس کننده تفاوت های اساسی در فیزیک پلیمرها هستند - چگونه هر ماده ذوب می شود، جریان می یابد، متبلور می شود و به شرایط مکانیکی و حرارتی داخل دستگاه پاسخ می دهد.

اجرای پلیمر اشتباه بر روی ماشین اشتباه یکی از رایج ترین منابع مشکلات کیفیت فیلم و ناکارآمدی تولید در کارخانه های بسته بندی انعطاف پذیر است. درک این تفاوت‌های فنی به مهندسان، مدیران تولید و خریداران تجهیزات کمک می‌کند تا تصمیم‌های بهتری اتخاذ کنند - چه به معنای انتخاب ماشین مناسب برای خط محصول جدید، عیب‌یابی یک فرآیند موجود، یا ارزیابی اینکه آیا سوئیچ مواد برنامه‌ریزی‌شده نیاز به اصلاحات تجهیزات دارد یا خیر.

هنگامی که درک کنید که هر ویژگی طراحی چه چیزی را جبران می کند، اصول پیچیده نیستند. و به محض اینکه منطق را دیدید، تفاوت‌های ماشینی دیگر دلبخواه به نظر نمی‌رسند و کاملاً معنی پیدا می‌کنند.