Свако ко је користио линију трослојних дуваних филмова зна да је постизање доследне међуслојне униформности теже него што изгледа. Можете да имате три савршено калибрисана екструдера, прецизну контролу температуре у свакој зони, а да ипак завршите са филмом где је један слој 40% дебљи на једној страни и 60% тањи на другој - или где се везивни слој креће неравномерно, угрожавајући приањање по целој ролни.
Већина водича за решавање проблема указује на излаз екструдера или проток ваздуха у расхладном прстену као кривца. И те варијабле су важне. Али у многим случајевима, основни узрок лежи даље узводно: у дизајну саме главе матрице. Разумевање како геометрија главе матрице контролише међуслојну дистрибуцију је први корак ка дијагностиковању и превенцији ових проблема.
Шта Дие Хеад заправо ради
У аТри{0}}машина за дување филма, глава матрице прима три одвојена тока растопа из три екструдера - обично слој језгре и два слоја коже - и комбинује их унутар тела матрице у једну, ко- екструдирану прстенасту структуру пре него што комбиновани растоп изађе кроз зазор у облику цеви.
Глава матрице мора да постигне три ствари истовремено:
Равномерно распоредите сваки ток талине по обиму од 360 степени прстенастог калупа
Сложите три слоја у исправном редоследу без мешања или дестабилизације интерфејса између њих
Контролишите релативну дебљину сваког слоја управљањем отпором протока растопа у сваком каналу
Ако било која од ове три ствари пође по злу - и постоји много начина на које свака може поћи наопако - резултат је неуједначеност међуслојева-.
Спирал Мандрел Вс. Спидер Дие: Основни избор
Постоје две основне архитектуре матрице које се користе уТри{0}}машина за дување филма, и веома различито рукују дистрибуцијом по ободу.
Спидер Дие (прстенаста коцка са пауковим ногама)
Паукова матрица користи радијалне потпорне ноге („паукове ноге“) за држање трна у центру калупа, при чему топљена струја тече око ногу и рекомбинује се низводно. Линије заваривања кракова - где се подељени токови растопљеног споја поново спајају - су основна слабост овог дизајна. Линије заваривања стварају области механичке слабости и, што је још важније за вишеслојне филмове, тачке где дебљина слоја може да варира. Слојеви се не рекомбинују идентично након раздвајања око ногу.
Спидер матрице су механички једноставније и јефтиније, али су сада релативно неуобичајене у озбиљној производњи вишеслојних филмова управо зато што линије заваривања угрожавају међуслојну униформност, посебно у апликацијама баријере.
Спирал Мандрел Дие
Спирална матрица је доминантан дизајн у модерној трослојној{0}}продукцији филмова. У овом дизајну, сваки ток растопа улази у калуп кроз централни улаз за напајање, а затим тече у спирални жлеб који је машински обрађен на површини трна. Како талина напредује дуж спирале, она постепено прелива спирално земљиште и дистрибуира се по ободу комбинацијом спиралног тока и аксијалног тока -покренутог притиском.
До тренутка када талина стигне до излаза из калупа, она је распоређена преклапањем више спиралних канала -, обично 4 до 8 спирала по слоју у модерној матрици - која ефективно усредњује варијацију обима. Резултат је драматично уједначенија дистрибуција дебљине него што може постићи паукова матрица.
Како геометрија спиралног канала контролише униформност
У оквиру дизајна спиралног трна, специфична геометрија канала одређује колико добро се сваки слој дистрибуира. Овде дизајн главе матрице постаје заиста сложен.
Спирал Питцх анд Дептх
Корак (размак између спиралних завоја) и дубина (пресек канала-) сваког спиралног канала контролишу равнотежу између спиралног тока (дуж спирале) и аксијалног тока (према излазу из матрице). Дубљи канал промовише спиралнију дистрибуцију пре преливања. Плићи канал узрокује преливање талине и брже напредовање аксијално.
За равномерну дистрибуцију:
Превише плитак канал узрокује да талина напредује претежно аксијално од тачке напајања, што доводи до варијације дебљине у обрасцу усклађеном са локацијом улазног отвора („масна тачка“ на 0 степени и стањивање на 180 степени)
Превише дубок канал одлаже аксијално напредовање и може изазвати повећање притиска које дестабилизује интерфејс топљења
Оптимална геометрија спирале зависи од вискозитета растопа и брзине протока материјала који се обрађује -, због чега матрице дизајниране за ЛЛДПЕ не морају нужно да раде једнако добро са ХДПЕ или ЕВА без реконфигурације.
Број спиралних стартова
Више спиралних стартова по слоју (број појединачних спиралних канала који се напајају из улазног отвора) значи више преклапања путева дистрибуције око обима, што ефикасније усредсређује варијацију дебљине. Високе{1}}трослојне-матрице за танке баријере могу да користе 6 до 8 спиралних почетака по слоју. Економичне калупе за једноставну ПЕ амбалажу могу да користе само 4. Разлика се показује директно у варијацијама дебљине обима - обично ±3% за високо{9}}квалитетне више- почетне матрице наспрам ±6–8% за једноставније дизајне.
Међуслојно слагање: где се сусрећу три тока топљења
Управљање дистрибуцијом по ободу за сваки слој је само део проблема. Слојеви такође морају да се сусрећу један са другим на контролисан, стабилан начин који одржава пројектовани однос дебљине.
Стацкинг Поситион
Слојеви се могу комбиновати унутар калупа на два начина:
Унутрашња комбинација:Три тока растопа се стапају унутар тела матрице, узводно од излаза матрице, и путују као комбиновани вишеслојни растоп{0}} до зазора матрице. Ово обезбеђује више времена да се интерфејс стабилизује пре изласка, што смањује ризик од нестабилности слоја у зони излаза матрице. Међутим, захтева прецизно усклађивање вискозитета између суседних слојева - неусклађене вискозности на интерфејсу стварају нестабилност енкапсулације (нижи-слој вискозитета покушава да мигрира и окружи слој вишег-вискозитета).
Спољашња комбинација:Слојеви се држе одвојено до веома близу излаза из калупа, а затим се комбинују у кратку завршну зону. Овај приступ више опрашта неусклађености вискозитета, али даје мање времена стабилизације.
Већина модерних трослојних калупа за дуване фолије користи унутрашњу комбинацију са пажљиво дизајнираном прелазном зоном где се слојеви конвергирају постепено, а не нагло, што смањује ризик од интерфацијалних поремећаја.
Дие Ланд Ленгтх
Матрица је паралелни одељак на излазу из калупа где се сва три слоја сливају заједно у прстенастом каналу пре него што изађу као цев. Дужа дужина земљишта:
Изглађује разлике у брзини између слојева
Омогућава стабилизацију интерфејса топљења
Смањује разлике у оријентацији између слојева -индуковане протоком
Прекратко земљиште доводи до слојева који нису у потпуности уравнотежили - један слој се може померати брже од суседних слојева, што ствара смицање на интерфејсу и неуједначену дебљину слоја након што растопина изађе и надува се.
Типичне дужине матрице су 15 до 30 мм за стандардне примене дуваног филма, са дужим површинама које се користе за танке баријере или материјале високог{2}}вискозитета.
Локација прикључка за напајање и баланс притиска
Сваки од три екструдера се повезује са главом матрице преко улаза за напајање. Локација и геометрија ових прикључака за напајање утиче на униформност на начине који се лако превиде.
Симметрицал Феед
У добро{0}}дизајнираном калупу, три улаза за напајање су позиционирана тако да сваки ток растопа улази са истим падом притиска од улазног отвора до излаза из матрице. Асиметрично постављање отвора за напајање ствара неједнаку дистрибуцију притиска по обиму, што се показује као конзистентан дебео/танак узорак у коначном филму - обично у синусоидалном узорку са врхом на локацији улазног отвора.
Цросс{0}}Хеад вс. Оријентација стацк Дие
Крста{0}}умире:Екструдери улазе са стране, окомито на осу матрице. Механички једноставније, али заокрет од 90 степени у току растопљеног ствара асиметрију притиска која захтева пажљиву геометрију канала да би се компензовала.
Стацк диес (инлине):Екструдери улазе дуж осе матрице. Сложеније за израду, али симетрична геометрија довода олакшава постизање униформне дистрибуције.
Градијент температуре унутар тела калупа
Вискозност топљења је осетљива{0}} на температуру. Ако су различити делови тела матрице на различитим температурама - због неравномерног загревања, губитка топлоте у околину или проводљивости из једног канала у други -, вискозитет растопа се мења, што мења отпор протока и дистрибуцију дебљине.
Модерне трослојне главе за матрице користе више независно контролисаних грејних зона:
Одвојене зоне за тело, трн и прстен за калуп
ПИД{0}}управљани грејачи са повратном спрегом термоелемента на више тачака
Изолација између зона за спречавање миграције топлоте између канала
Варијација температуре од чак 5 степени преко калупа може померити вискозитет ЛЛДПЕ-а за 15–20%, што је довољно да изазове мерљиву неуједначеност дебљине. Због тога је контрола температуре главе матрице једнако важна као и геометрија калупа - добро-добро дизајнирана матрица која ради на лоше контролисаним температурама ће и даље производити променљиви филм.
Дие Гап прилагођавање и његове границе
Размак у калупу - прстенасти прорез између врха трна и прстена матрице кроз који истопина излази - контролише укупну дебљину филма и брзину протока. Већина производних калупа укључује ручни или аутоматски систем за подешавање зазора (обично 8 до 16 појединачних вијака за подешавање или аутоматски систем савијања-усна) који омогућава оператерима да компензују неуједначеност дебљине -на излазу из калупа.
Међутим, подешавање зазора је алат за корекцију, а не замена за добар дизајн матрице. Подешавање размака матрице да би се компензовао проблем дистрибуције настао геометријом спиралног канала или асиметријом отвора за напајање доводи до зазора који је неуједначен по обиму - што ствара секундарне проблеме укључујући нестабилност тока растопа, наслаге на ивицама матрице и физичко оштећење ивице матрице током времена.
Ако филм захтева више од ±1,5 мм варијације зазора око обима да би се постигла уједначена дебљина, основни узрок је скоро сигурно проблем дизајна матрице или стање које треба директно решити.
Практичне импликације за филмске продуценте
Разумевање како дизајн калупа утиче на униформност међуслојева има директне импликације на избор опреме, решавање проблема у процесу и одржавање:
Приликом куповине или навођења машине:Затражите број спиралних стартова по слоју, метод комбиновања калупа (унутрашње у односу на спољашње) и конфигурацију температурне зоне. Добављач који не може јасно да одговори на ова питања је црвена застава.
Када решавате проблеме са варијацијом дебљине:Пре подешавања зазора матрице или расхладног прстена, мапирајте шаблон варијације по ширини ролне и по обиму. Синусоидни образац који има врхунац на доследној локацији указује на геометрију улаза за напајање или проблем са спиралним каналом. Насумичне варијације у ролни су вероватније проблем хлађења или стабилности мехурића.
За одржавање:Чистоћа калупа директно утиче на дистрибуцију. Спаљен или деградиран материјал у спиралном каналу ствара локални отпор протока који производи дебеле/танке пруге. Редовни распореди чишћења - са одговарајућим растављањем и инспекцијом матрице - су од суштинског значаја за одржавање перформанси дистрибуције за које је калуп дизајниран.
Закључак
Матрица глава аТри{0}}машина за дување филмаје најутицајнија појединачна компонента за међуслојну униформност - више од екструдера, више од расхладног прстена и више од подешавања параметара процеса. Геометрија спиралног канала контролише дистрибуцију по ободу. Слагање и дизајн земљишта контролишу међуслојну стабилност. Геометрија прикључка за напајање и зонирање температуре одређују да ли се намера дизајна заиста остварује у производњи.
Оператери и инжењери који разумеју ове односе могу брже да дијагностикују проблеме са униформношћу дебљине, донесу паметније одлуке о куповини опреме и извуку конзистентнији квалитет филма из линија које већ користе.
