مکانیسم همجوشی مواد اولیه رنگی مختلف در یک دستگاه دمنده دوبل-رنگی چیست؟

به هر مرکز بسته‌بندی انعطاف‌پذیر مدرن بروید و تقریباً مطمئناً یک رول از{0}}فیلم دو رنگی خواهید دید که روی یک پالت در جایی - کیسه‌های راه راه راه راه، مالچ کشاورزی دو رنگ-، یا کیسه‌های خرید هم- اکسترود شده با یک هسته بیرونی سفید و یک لایه قلع‌دار نشسته است. همه آنها زندگی را در داخل یک شروع کردنددستگاه دمنده فیلم دو رنگ-. با این حال، فرآیندی که دو جریان مجزا از رزین رنگدانه‌دار را به یک لایه نوری متمایز و با پیوند یکپارچه تبدیل می‌کند، بسیار ظریف‌تر از تغذیه دو قیف در یک قالب است. مکانیسم همجوشی شامل رئولوژی پلیمری با دقت کنترل شده، مدیریت حرارتی، هندسه قالب و علم چسبندگی سطحی است. این مقاله در هر مرحله به تفصیل توضیح می دهد.

1. تهیه مواد خام و پراکندگی رنگدانه

قبل از اینکه فیوژن اتفاق بیفتد، هر کانال رنگی باید به درستی آماده شود. گلوله های مستربچ - رنگدانه غلیظ پراکنده در یک رزین حامل - با پلیمر پایه با نسبت کاهش{3} تعریف شده، معمولاً بین 1٪ و 5٪ وزنی، مخلوط می شوند. انتخاب رزین حامل اهمیت زیادی دارد: این رزین باید دارای یک شاخص جریان مذاب (MFI) سازگار با پلیمر پایه باشد به طوری که دو جریان هنگام برخورد در داخل قالب، مشخصات ویسکوزیته مشابهی داشته باشند.

رنگدانه پراکنده ضعیف رگه‌ها، آگلومره‌ها یا لکه‌های شفاف - "ژل" ایجاد می‌کند که فیلم را ضعیف می‌کند و باعث ناهماهنگی نوری می‌شود. پیچ های مخلوط برش بالا یا میکسرهای استاتیک درون خطی در هر کانال اکسترودر، مذاب را قبل از رسیدن به قالب یکسان می کنند، بنابراین رنگدانه به طور یکنواخت در هر جریان رنگ پخش می شود. اگر یک رنگ پلی اتیلن سیاه کربنی عمیق و رنگ دیگر یک LLDPE طبیعی یا سفید باشد، سرعت انتقال حرارت آنها کمی متفاوت است. بنابراین سیستم کنترل ماشین باید این مشکل را با تغییر دمای منطقه بشکه به تنهایی برای هر اکسترودر برطرف کند.

2. پیکربندی اکسترودر دوگانه و کنترل جریان ذوب

یک دستگاه دمنده فیلم دوبل-دو اکسترودر مجزا را اجرا می‌کند - گاهی اوقات از نظر اندازه یکسان، گاهی اوقات نامتقارن اگر دو لایه رنگی ضخامت‌های هدف متفاوتی داشته باشند. هر اکسترودر رنگ خود را به طور مستقل از طریق:

منطقه تغذیه: گلوله ها توسط پیچ چرخان به داخل کشیده می شوند و از مالش گرما و انتقال حرارت شروع به نرم شدن می کنند.

ناحیه فشرده سازی: کانال پیچ کم عمق تر می شود، بنابراین مذاب را فشرده می کند و حفره های هوا را بیرون می راند.
ناحیه اندازه گیری: مذاب در دمای تنظیم شده، معمولاً بین 160 تا 220 درجه برای انواع پلی اتیلن، یکنواخت و کاملاً ذوب می شود.

دو جریان مذاب از هر بشکه اکسترودر خارج می شوند و به مسیرهای جریان مجزا می روند که به سر قالب می رسد. ثابت نگه داشتن فشار مذاب در هر دو مسیر بسیار مهم است. اگر یک جریان فشار بسیار بالاتری نسبت به دیگری داشته باشد، خط رنگ را از مرکز داخل قالب خارج می‌کند و این باعث می‌شود که عرض نوار ناهموار یا تغییر در ضخامت لایه ایجاد شود.

3. The Die Head: Where Fusion Begins

سر قالب قلب مکانیسم همجوشی است. در قالب فیلم دو رنگی-دو جریان مذاب برای اولین بار در داخل یک مجموعه سنبه ماشینکاری شده دقیق به هم میرسند. دو معماری قالب اصلی در صنعت استفاده می شود:

3.1 طراحی قالب-در کنار-ساید (راه راه).

در این پیکربندی، دو جریان رنگی از طریق کانال‌های سنبه مارپیچی مجزا جریان می‌یابند که در اطراف شکاف قالب حلقوی در بخش‌های متناوب مرتب شده‌اند. همانطور که مذاب از لبه های قالب خارج می شود، هر رنگ بخش های قوس مشخصی از حباب دایره ای را اشغال می کند. نتیجه یک فیلم با نوارهای عمودی است که در امتداد عرض صاف- درازا کشیده شده است.

رابط فیوژن بین بخش‌های رنگ مجاور یک منطقه باریک است - معمولاً کمتر از ۰.۵ میلی‌متر عرض - که در آن پخش بین{3}}سطح مولکولی صورت می‌گیرد. از آنجایی که هر دو جریان در این نقطه هنوز در حالت مذاب هستند (بالاتر از دمای کریستالیزاسیون مربوطه)، زنجیره های پلیمری از یک رنگ می توانند در سطح مشترک مهاجرت کرده و با زنجیره های رنگ مجاور درگیر شوند. اینهم-تبلور در رابطچیزی است که به جای یک پرس مکانیکی- یک اتصال واقعی ایجاد می کند.

عرض منطقه همجوشی به موارد زیر بستگی دارد:

زمان اقامت در قالب- اقامت طولانی تر امکان انتشار بیشتر را فراهم می کند

دمای ذوب- دماهای بالاتر تحرک زنجیره و عمق انتشار را افزایش می‌دهد

سازگاری دو پلیمر- LLDPE مخلوط شده با LLDPE به آسانی پخش می شود. LLDPE جفت شده با پلی پروپیلن به یک لایه سازگار کننده نیاز دارد

3.2 طراحی قالب متحدالمرکز (لایه-روی-لایه)

به جای نوارها، برخی از ماشین‌های{0}دو رنگ حباب تولید می‌کنند که در آن یک پلیمر لایه داخلی و دیگری لایه بیرونی را تشکیل می‌دهد. قالب شامل دو کانال مارپیچی متحدالمرکز است که به صورت عمودی در داخل سنبه قرار گرفته اند. کانال داخلی یک رنگ را به حلقه داخلی شکاف قالب می رساند. کانال بیرونی رنگ دوم را به حلقه بیرونی می رساند.

این دو جریان درست قبل از دای لیپ به هم می رسند و ساندویچ مذاب نازکی را تشکیل می دهند. از آنجایی که هر دو لایه زمانی که به هم می رسند هنوز بالاتر از دمای تبلور هستند، چسبندگی سطحی از طریق همان مکانیسم درهم تنیدگی زنجیره- که در بالا توضیح داده شد، ایجاد می شود. فیلم به دست آمده دارای یک-شکاف مقطعی تمیز - یک رنگ قابل مشاهده در هر وجه - با رابط پیوندی است که اگر پلیمرها سازگار باشند، از نظر مکانیکی از یک لایه- با ضخامت معادل قابل تشخیص نیست.

4. چسبندگی سطحی: علم پشت پیوند

کیفیت رابط فیوژن بین دو رنگ صرفاً تابع فشار دادن دو سطح داغ به هم نیست. بستگی داردقابلیت امتزاج ترمودینامیکیوانتشار جنبشی.

سازگاری ترمودینامیکی

پلیمرهایی که پارامترهای حلالیت مشابهی دارند در سطح مولکولی مخلوط می شوند. دو گرید پلی اتیلن با چگالی کم خطی (LLDPE)، حتی اگر بارهای رنگدانه متفاوتی را حمل کنند، بسیار سازگار هستند و یک رابط قوی و منسجم را تشکیل می دهند. دو پلیمر شیمیایی غیرمشابه - مثلاً پلی اتیلن و نایلون - سازگاری ترمودینامیکی پایینی دارند. زنجیر آنها به راحتی در هم نمی‌پیچد و رابط ضعیف باقی می‌ماند مگر اینکه aرزین لایه ای-(یک پلی اتیلن اصلاح‌شده شیمیایی با گروه‌های قطبی) به صورت هم- بین آنها اکسترود می‌شود.

در یک ماشین واقعی دو رنگ- که دارای دو رنگ از رزین پایه یکسان است، لایه های کراوات معمولاً غیر ضروری هستند. مکانیسم همجوشی کاملاً بر انتشار حرارتی در سطح مشترک متکی است.

عمق انتشار جنبشی

عمق نفوذ زنجیر از یک لایه رنگی به لایه مجاور به آن بستگی داردreptationمدل انتشار پلیمر یک زنجیر پلیمری در حالت مذاب در زنجیره‌های اطراف در یک حرکت{1} مار می‌چرخد. عمق انتشارdمقیاس تقریباً به صورت:

d ∝ √(D · t)

کجاDضریب انتشار است (به شدت به دما و وزن مولکولی وابسته است) وtزمان تماس قبل از جامد شدن مذاب است. زمان ماند طولانی تر قالب و دمای مذاب بالاتر باعث افزایش عمق انتشار و در نتیجه استحکام سطحی می شود.

عملاً اپراتورهای ماشین این را با تنظیم زیر تنظیم می کنند:

دمای قالب(انتشار بیشتر=عمیق تر، اما خطر تخریب حرارتی رنگدانه را به همراه دارد)

سرعت خط(زمان اقامت کمتر =، انتشار عمیق تر)

سرعت پیچ و فشار برگشتی(از طریق گرمایش برشی بر دمای مذاب تأثیر می گذارد)

5. تشکیل حباب و جهت گیری دو محوره

هنگامی که مذاب دو رنگ-به صورت یک لوله حلقوی منفرد از لبه های قالب خارج می شود، هوای فشرده آن را به صورت حباب باد می کند. اینکشش دو محوریدر هر دو جهت ماشین (MD) و جهت عرضی (TD) تأثیر عمیقی بر رابط فیوژن دارد.

همانطور که حباب منبسط می شود، زنجیره های پلیمری در سرتاسر سطح مشترک کشیده و جهت دار کشیده می شوند. این جهت‌گیری در واقع پیوند را تقویت می‌کند: زنجیره‌هایی که تا حدی در سراسر مرز رنگ پخش شده‌اند، اکنون با سرد شدن و متبلور شدن فیلم صاف و در جای خود قفل می‌شوند. نتیجه یک رابط است که می‌تواند در برابر نیروهای لایه‌برداری که در هنگام ساخت کیسه، چاپ، و{2}}کاربرد نهایی با آن مواجه می‌شوند، مقاومت کند.

با این حال، اگر نسبت ضربه (BUR) بیش از حد بالا باشد، رابط می‌تواند فراتر از عمق انتشار تحت فشار قرار گیرد و لایه‌برداری شروع شود. حفظ BUR بین 2:1 و 3.5:1 برای اکثر گریدهای پلی اتیلن، رابط را دست نخورده نگه می‌دارد و در عین حال به خواص اپتیکی و مکانیکی فیلم مورد نظر دست می‌یابد.

6. خنک کننده، خط فراست، و تعریف رنگ

ارتفاع خط یخبندان - نقطه ای که در آن فیلم از مذاب به نیمه جامد تبدیل می شود، یک پارامتر کنترلی حیاتی برای تعریف رنگ در فیلم دو رنگ است. در بالای خط یخبندان، مذاب هنوز سیال است و اگر تلاطم هوا یا گرادیان های دما در اطراف محیط حباب ناهموار باشد، مرز رنگ می تواند تغییر کند یا محو شود.

یک حلقه هوا با کنترل منطقه جداگانه به اپراتورها اجازه می دهد تا قدرت خنک کننده را در اطراف حباب تنظیم کنند تا خط یخ زدگی یکنواخت بماند. یک خط یخ زدگی یکنواخت شکل نوار رنگی یا ساختار لایه ساخته شده در قالب را ثابت می کند و این کیفیت رنگ ثابتی را در کل رول می دهد.

خنک نشدن کافی اجازه می دهد تا مذاب برای مدت طولانی بالای خط یخبندان در تماس بماند و این می تواند ناحیه انتشار را گسترده تر کند و لبه رنگ را نرم کند. این گاهی اوقات برای یک جلوه محو خوب است، اما معمولاً برای فیلم بسته بندی راه راه دقیق- بد است.

7. چالش ها و راه حل های پردازش مشترک

8. ملاحظات انتخاب مواد برای همجوشی بهینه

همه جفت های پلیمری رابط های همجوشی به همان اندازه قوی تولید نمی کنند. ترکیب‌های زیر به طور کلی از بالاترین به پایین‌ترین سازگاری طبیعی در زمینه فیلم دو رنگ- دمیده می‌شوند:

LLDPE + LLDPE(گریدهای چگالی یا رنگدانه های مختلف) - چسبندگی طبیعی عالی

LDPE + LLDPE- بسیار خوب، به طور گسترده در فیلم مالچ کشاورزی استفاده می شود

HDPE + LLDPE- متوسط; قدرت رابط قابل قبول برای اکثر مصارف بسته بندی

PP + PE- ضعیف بدون سازگار کننده؛ به یک رزین پیوندی-مالئیک انیدرید نیاز دارد

PE + PA (نایلون)- به یک لایه PE-g-MAH خاص نیاز دارد. در برنامه‌های{3}}موانع بالا استفاده می‌شود

درک این روابط سازگاری قبل از تعیین یک ماشین دو رنگ- از فرمول مجدد پرهزینه پس از نصب جلوگیری می کند.

نتیجه گیری

مکانیزم همجوشی در یک دستگاه دمنده فیلم دو رنگ- یک تعامل با دقت هماهنگ شده از شیمی پلیمر، مهندسی دقیق و مدیریت حرارتی است. دو جریان رنگی که به طور مستقل پلاستیک شده اند در داخل یک قالب قرار می گیرند که دمای کنترل شده و زمان ماندن باعث انتشار زنجیره مولکولی در سطح رابط رنگ می شود. کشش دو محوره در حین باد شدن حباب، سپس پیوند انتشار را در جای خود قفل می‌کند و فیلمی تولید می‌کند که در آن دو رنگ از نظر نوری متمایز و در عین حال از نظر ساختاری یکپارچه هستند.

کسب مهارت در این فرآیند نیاز به مراقبت در هر مرحله دارد - از انتخاب مستربچ و تنظیم اکسترودر تا شکل قالب، نسبت دمیدن-و کنترل یخ{2}}خط. وقتی همه تنظیمات با هم کار کنند، نتیجه یک فیلم دو رنگ{4} خوب و ثابت می‌شود که نیازهای بسته‌بندی مواد غذایی، استفاده در مزرعه، کیسه‌های صنعتی و محصولات فروشگاهی را برآورده می‌کند.