Будь-хто, хто користувався лінією три{0}}дувної плівки, знає, що отримати постійну однорідність проміжних шарів важче, ніж здається. Ви можете мати три ідеально відкалібровані екструдери, точний контроль температури в кожній зоні, і все одно отримати плівку, де один шар на 40% товщий з одного боку та на 60% тонший з іншого - або де сполучний шар рухається нерівномірно, погіршуючи адгезію по всьому рулону.
Більшість посібників з усунення несправностей вказують на вихід екструдера або повітряний потік охолоджувального кільця як винуватця. І ці змінні мають значення. Але в багатьох випадках корінна причина лежить вище за течією: у конструкції самої головки. Розуміння того, як геометрія головки матриці контролює міжшаровий розподіл, є першим кроком до діагностики та запобігання цим проблемам.
Що насправді робить Die Head
В аТри{0}}машина для видування плівки, головка матриці отримує три окремі потоки розплаву з трьох екструдерів -, як правило, серцевинного шару та двох обох шарів -, і об’єднує їх усередині корпусу матриці в єдину спільно-екструдовану кільцеву структуру перед тим, як комбінований розплав виходить через зазор матриці у вигляді труби.
Голова гібрида повинна виконувати три речі одночасно:
Рівномірно розподіліть кожен потік розплаву по всьому колу кільцевої матриці на 360 градусів.
Складіть три шари в правильній послідовності, не змішуючи та не дестабілізуючи інтерфейс між ними
Контролюйте відносну товщину кожного шару, керуючи опором течії розплаву в кожному каналі
Якщо будь-яка з цих трьох речей піде не так -, а кожна може піти не так -, результатом стане не-рівномірність між шарами.
Спіральна оправка Vs. Spider Die: The Fundamental Choice
Існує дві основні архітектури головки матриці, що використовуються вТри{0}}машина для видування плівки, і вони дуже по-різному справляються з розподілом по окружності.
Павукова матриця (кільцеподібна матриця з лапками павука)
Павутинна матриця використовує радіальні опорні ніжки («павукові лапки») для утримання оправки в центрі матриці, при цьому розплав тече навколо ніжок і рекомбінується вниз за течією. Лінії зварювання ніжок -, де з’єднуються розділені потоки розплаву -, є основною слабкістю цієї конструкції. Лінії зварювання створюють зони механічної слабкості та, що більш важливо для багатошарових плівок, точки, де товщина шару може змінюватися. Шари не рекомбінуються однаково після поділу навколо ніг.
Павутинні матриці є механічно простішими та дешевшими, але зараз вони відносно рідкісні у серйозному виробництві багатошарової плівки саме тому, що зварювальні лінії порушують рівномірність міжшарових шарів, особливо в застосуванні бар’єрної плівки.
Спіральна оправка
Матриця зі спіральною оправкою є домінуючою конструкцією у сучасному виробництві три{0}}шарової плівки. У цій конструкції кожен потік розплаву потрапляє в матрицю через центральний канал подачі, а потім стікає в спіральну канавку, виконану на поверхні оправки. Коли розплав просувається по спіралі, він поступово виходить за межі спіралі та розподіляється по окружності завдяки поєднанню спірального потоку й осьового потоку, який -керується тиском.
До того часу, коли розплав досягає виходу матриці, він розподіляється шляхом перекриття кількох спіральних каналів - зазвичай від 4 до 8 спіралей на шар у сучасній матриці -, що ефективно усереднює окружні варіації. Результатом є значно більш рівномірний розподіл товщини, ніж може досягти павутинна матриця.
Як геометрія спірального каналу контролює рівномірність
У конструкції спіральної оправки специфічна геометрія каналів визначає, наскільки добре розподіляється кожен шар. Ось тут конструкція головки матриці стає справді складною.
Крок і глибина спіралі
Крок (відстань між витками спіралі) і глибина (поперечний-переріз каналу) кожного спірального каналу регулюють баланс між спіральним потоком (уздовж спіралі) та осьовим потоком (до виходу матриці). Більш глибокий канал сприяє більш спіральному розподілу перед переповненням. Більш дрібний канал змушує розплав переливатися та просуватися аксіально швидше.
Для рівномірного розподілу:
Занадто дрібний канал спричиняє просування розплаву переважно аксіально від точки подачі, що призводить до зміни товщини у візерунку, узгодженому з розташуванням порту подачі («жирна пляма» під кутом 0 градусів і витончення під кутом 180 градусів)
Надто глибокий канал затримує осьове просування та може спричинити підвищення тиску, що дестабілізує поверхню розплаву
Оптимальна спіральна геометрія залежить від в’язкості розплаву та швидкості течії матеріалу, що обробляється -, тому матриці, розроблені для LLDPE, не обов’язково однаково добре працюють із HDPE або EVA без зміни конфігурації.
Кількість спіральних запусків
Більша кількість спіральних початків на шар (кількість окремих спіральних каналів, що живляться від входу) означає більше перекриття шляхів розподілу по колу, що ефективніше усереднює коливання товщини. Високопродуктивні три{2}}шарові матриці для тонких бар’єрних плівок можуть використовувати від 6 до 8 спіралей на шар. Економічні матриці для простої поліетиленової упаковки можуть використовувати лише 4 штампи. Різниця проявляється безпосередньо в зміні товщини по окружності - зазвичай ±3% для високо-якісних-багатопочаткових матриць порівняно з ±6–8% для простіших конструкцій.
Міжшарове укладання: де зустрічаються три потоки розплаву
Управління розподілом по окружності для кожного шару є лише частиною проблеми. Шари також повинні відповідати один одному контрольованим, стабільним способом, щоб підтримувати проектне співвідношення товщини.
Позиція укладання
Шари можна комбінувати всередині матриці двома способами:
Внутрішня комбінація:Три потоки розплаву зливаються всередині корпусу матриці, значно вище за течією від виходу матриці, і рухаються у вигляді комбінованого багато{0}}шарового розплаву до зазору матриці. Це забезпечує більше часу для стабілізації інтерфейсу перед виходом, що зменшує ризик нестабільності шару в зоні виходу матриці. Однак це вимагає точного узгодження в’язкості між сусідніми шарами - невідповідність в’язкості на межі розділу створює нестабільність інкапсуляції (шар із нижчою-в’язкістю намагається переміститися та оточити шар із вищою-в’язкістю).
Зовнішнє поєднання:Шари зберігаються окремо до виходу з матриці, а потім об’єднуються в короткій кінцевій зоні. Цей підхід є більш поблажливим до розбіжностей в’язкості, але дає менший час стабілізації.
У більшості сучасних матриць для три{0}}шарової плівки з роздувом використовується внутрішня комбінація з ретельно розробленою перехідною зоною, де шари зближуються поступово, а не раптово, що зменшує ризик перешкод на поверхні.
Die Land Довжина
Ділянка матриці — це паралельна ділянка на виході матриці, де всі три шари зливаються разом у кільцевому каналі перед тим, як вийти у вигляді труби. Більша довжина землі:
Згладжує різницю швидкості між шарами
Дозволяє поверхням розплаву стабілізуватися
Зменшує різницю-в орієнтації між шарами, спричинену потоком
Занадто коротка земля призводить до шарів, які не повністю врівноважені - один шар може рухатися швидше, ніж сусідні шари, що створює зсув на межі розділу та нерівномірну товщину шару після виходу та роздування розплаву.
Типова довжина матриці становить від 15 до 30 мм для стандартної плівки з роздуванням, а довша частина використовується для тонких бар’єрних плівок або матеріалів з високою-в’язкістю.
Розташування порту живлення та баланс тиску
Кожен з трьох екструдерів підключається до головки матриці через порт подачі. Розташування та геометрія цих портів подачі впливає на однорідність таким чином, що легко не помітити.
Симетрична подача
У добре-спроектованому фільєрі три порти подачі розташовані так, що кожен потік розплаву входить із однаковим перепадом тиску від порту подачі до виходу фільєри. Асиметричне розміщення порту подачі створює нерівномірний розподіл тиску по колу, що проявляється як постійний товстий/тонкий візерунок у кінцевій плівці -, як правило, у формі синусоїди з піком у місці розташування порту подачі.
Хрест-голова проти Орієнтація стека
Хрест{0}}голова помирає:Екструдери подають збоку, перпендикулярно до осі матриці. Механічно простіше, але поворот потоку розплаву на 90 градусів створює асиметрію тиску, для компенсації якої потрібна ретельна геометрія каналу.
Стекові матриці (вбудовані):Екструдери подають вздовж осі матриці. Більш складний у виготовленні, але симетрична геометрія подачі полегшує досягнення рівномірного розподілу.
Градієнт температури всередині корпусу матриці
В’язкість розплаву-залежна від температури. Якщо різні частини тіла матриці знаходяться при різних температурах - через нерівномірне нагрівання, втрату тепла в навколишнє середовище або провідність з одного каналу в інший -, в’язкість розплаву змінюється, що змінює опір потоку та розподіл товщини.
Сучасні три{0}}шарові різальні головки використовують декілька незалежно керованих зон нагріву:
Окремі зони для корпусу, оправки та кільця матриці
Нагрівачі з-регулюванням PID із зворотним зв’язком термопари в кількох точках
Ізоляція між зонами для запобігання міграції тепла між каналами
Зміни температури навіть на 5 градусів у матриці можуть змінити в’язкість ЛПЕНЩ на 15–20%, чого достатньо, щоб спричинити не-однорідність вимірюваної товщини. Ось чому контроль температури головки матриці так само важливий, як і геометрія матриці - добре-спроектована матриця, що працює при погано контрольованих температурах, усе одно створюватиме змінну плівку.
Регулювання зазору матриці та його межі
Проміжок матриці - кільцевий проріз між кінчиком оправки та кільцем матриці, через який виходить розплав - контролює загальну товщину плівки та швидкість потоку. Більшість виробничих штампів включають ручну або автоматичну систему регулювання зазору штампів (зазвичай від 8 до 16 окремих регулювальних болтів або автоматичну систему гнучких-губців), що дозволяє операторам компенсувати не-однорідність товщини на виході штампів.
Однак регулювання зазору матриці є інструментом корекції, а не заміною хорошої конструкції матриці. Регулювання зазору матриці для компенсації проблеми розподілу, спричиненої геометрією спірального каналу або асиметрією каналу подачі, призводить до нерівномірного зазору матриці по всьому колу -, що створює вторинні проблеми, включаючи нестабільність потоку розплаву, відкладення на кромці матриці та фізичне пошкодження кромки матриці з часом.
Якщо для досягнення рівномірної товщини плівці потрібна зміна зазору матриці по всьому колу більше ніж на ±1,5 мм, основною причиною майже напевно є проблема з конструкцією матриці або станом, яку потрібно вирішити безпосередньо.
Практичні наслідки для кінопродюсерів
Розуміння того, як конструкція матриці впливає на рівномірність міжшарових шарів, має прямі наслідки для вибору обладнання, усунення несправностей процесу та обслуговування:
При покупці або уточненні машини:Запитайте про кількість запусків спіралі на шар, метод комбінування матриці (внутрішній чи зовнішній) і конфігурацію температурної зони. Постачальник, який не може чітко відповісти на ці запитання, — це червоний прапорець.
Під час усунення несправностей зміни товщини:Перш ніж регулювати зазор матриці або охолоджуюче кільце, відобразіть варіаційний малюнок по ширині рулону та по колу. Синусоїдальний візерунок, що має пік у постійному місці, вказує на геометрію порту подачі або проблему зі спіральним каналом. Випадкова зміна рулону, швидше за все, є проблемою охолодження або стабільності пузирів.
Для обслуговування:Чистота матриці безпосередньо впливає на розподіл. Згорілий або пошкоджений матеріал у спіральному каналі створює місцевий опір потоку, що створює товсті/тонкі смуги. Регулярні графіки очищення - з належним розбиранням матриці та перевіркою - мають важливе значення для підтримки ефективності розподілу, для якої була розроблена матриця.
Висновок
Головка матриці aТри{0}}машина для видування плівкиє найвпливовішим окремим компонентом для рівномірності проміжного шару - більше, ніж екструдери, більше, ніж охолоджувальне кільце, і більше, ніж регулювання параметрів процесу. Геометрія спірального каналу контролює розподіл по окружності. Дизайн штабеля та землі контролює стабільність міжшарових шарів. Геометрія порту подачі та температурне зонування визначають, чи дійсно задум проекту буде реалізований у виробництві.
Оператори та інженери, які розуміють ці взаємозв’язки, можуть швидше діагностувати проблеми з однорідністю товщини, приймати розумніші рішення щодо купівлі обладнання та отримувати стабільнішу якість плівки на лініях, які вони вже використовують.
