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    如何消除吹塑薄膜產生的折皺

    2021-03-26  1569

    在吹膜工藝中,膜泡在從進入風環到達到最大直徑之間的不穩定性是薄膜產生折皺的主要原因。膜泡在吹脹牽引的過程中若出現任何微小的中心偏離現象,都會導致膜泡在碰到人字夾板(collapsing frame)和牽引輥時,其接觸部分會在長度上產生很大的差異,進而收卷時在膜泡上交替出現張緊帶和松弛帶,而在松弛帶處往往很容易產生折皺。

    樹脂越硬、結晶度越高,就越容易形成折皺,而且由于張緊帶不容易伸展,產生的折皺也越難以消除。因此,由HDPE、尼龍、聚酯、聚苯乙烯和聚碳酸酯制得的薄膜要比軟質樹脂,如LDPE、LLDPE和EVA等制得的薄膜更容易形成折皺。

    控制熔體溫度

    膜泡的移動是由熔體溫度的隨機變化引起的,而聚合物的結晶度越高,其熔體模量對熔體溫度的變化也越敏感。另外,風環和內冷系統(IBC系統)出現控制故障也可能會引起膜泡的偏移,但這些故障卻比較容易診斷和校正。

    保持擠出熔體溫度的穩定均衡,可有效防止膜泡的偏移。此時,應當檢查并調節螺筒溫度的設定分布,在不影響物料輸送的同時,將螺筒生成的熱量盡可能多且快地傳遞給物料。

    通常,傳熱過程發生在從螺桿的加料段到大部分均化段這一范圍內。通過傳熱可提升固體物料的流動性并軟化物料,從而減少摩擦熱的生成。

    螺桿產生的摩擦剪切熱通常會造成局部的非均勻過熱,從而使該區域的熔體溫度高于其他區域,形成離散域。當處于離散域內的熔體從口模擠出時,會與風環冷卻裝置起反應,影響風環冷卻,從而導致膜泡偏移。這一問題可通過在加工初期生成更多的傳導熱來解決,因為這樣能夠降低物料在螺桿壓縮段的熔體粘度,從而減少作用于熔體上的剪切熱。

    “溫-熱-冷-溫” 的溫度分布有利于穩定熔體的擠出溫度。在加料段,熔體溫度的設置應當聽從樹脂供應商的推薦,壓縮段的溫度設置應當比初始設定溫度高10~37.8℃,而在壓縮段的末段和計量段的前段,其溫度設定要比初始設定溫度低10~37.8℃。最后,再將出料口的溫度調整到初始設定溫度,以利于擠出。如果調節溫度仍無法解決問題,有時改變一下螺桿的設計或對螺桿螺紋進行表面修復可能會減少剪切熱,提高擠出溫度的穩定性。

    溫度的隨機變化容易使更多的熱膜泡暴露在冷空氣中,可能會增大吹脹比(BUR)。雖然通過減少暴露于冷空氣中無支撐膜泡的面積,可降低膜泡對擠出溫度發生微小變化的靈敏度,從而減少吹脹比,但這同時也會降低折徑(layflat width)。

    如果模頭和所需的折徑都是既定的,而且是加工那些硬質樹脂,如尼龍、丙稀腈共聚物或者聚碳酸酯(PC),而這些樹脂只能在非常小的吹脹比下才能實現連續生產,這時可以通過增大風環內膜泡直徑的辦法來減少冷卻面積,同時又不會降低折徑。

    通過使用帶有調節上唇呈錐形延伸的風環,也可增大風環內膜泡的直徑,這是由于膜泡在這里基本不受主冷氣流的支撐。而中部的錐形風環唇越長,調節上唇可設置的口徑也就越大,效果也越明顯。另外,也可以采用一對堆疊在一起的風環,并且要求位于上面的風環略大于下面,或者其中一個風環的尺寸大于模頭尺寸等措施來達到增大膜泡直徑的目的。

    保持膜泡穩定

    如果通過保持擠出熔體溫度的穩定均衡、減少膜泡的冷卻面積等措施仍不能消除由于膜泡的偏移所造成的折皺,就只能采用機械方法來保持膜泡的穩定。最常用的穩定裝置是膜泡導向輥筒(bubble guides made ofrollers)。對于軟質膜材料,如LDPE等,它們通常不易產生折皺,因此可以使用木板條固定來穩定膜泡。

    IBC系統提供的籠式膜泡穩定架也是保持膜泡穩定的一種非常有效的方法,而若使用的是硬質樹脂材料,還需要添加一個更堅實的圓形穩定架來防止膜泡左右晃動,同時將膜泡穩定架置于冷凝線之上。

    也可以在膜泡的內部裝置一些比較先進的帶有兩面或四面人字夾板的膜泡穩定裝置。一種是膜內延展設備(internal bubble spreader),該設備由模頭開始,在膜泡完全收卷之前可通過其特殊的手臂裝置對膜泡進行預成型,從而消除折痕。另一種穩定裝置是膜內旋轉筒(internal bubble mandrel),該裝置在使用前經過水冷,可保證熔體在加工過程中不會黏附其上。值得注意的是,膜內旋轉筒需要分別控制旋轉筒上部和下部的膜內壓力。

    如果采取上述措施仍不能消除折皺現象,最后的辦法是改變人字夾板的設計。采用兩面人字夾板進行收卷時,由于人字夾板的兩側是不對稱的,膜泡一部分的收卷速度會比其他部分更快。解決辦法是增大夾板的長度,使接觸人字夾板的膜泡部分在其圓周上更加均勻,但同時也需要克服更多的摩擦阻力。摩擦力小的導輥或經潤滑的表面可減少摩擦阻力,但這需要進行保養和定期清洗,否則同樣會產生折皺現象。

    經過鉸接或樞接的四面收卷系統可使膜泡的橫截面呈正方形,這樣,即使是用PP、尼龍或PC等樹脂加工非常硬的薄膜材料,也可保證膜泡更加穩定均勻,從而避免產生折皺。不過,這一過程同樣要求表面的摩擦阻力必須非常小。

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