Всеки, който е управлявал линия за три-слойно раздуто фолио, знае, че постигането на постоянна еднородност на междинния слой е по-трудно, отколкото изглежда. Можете да имате три идеално калибрирани екструдера, прецизен контрол на температурата във всяка зона и пак да завършите с филм, при който един слой е 40% по-дебел от едната страна и 60% по-тънък от другата - или където свързващият слой мигрира неравномерно, компрометирайки адхезията върху цялата ролка.
Повечето ръководства за отстраняване на неизправности посочват изхода на екструдера или въздушния поток на охлаждащия пръстен като виновник. И тези променливи имат значение. Но в много случаи основната причина се намира по-нагоре по течението: в дизайна на самата матрица. Разбирането как геометрията на главата на матрицата контролира разпределението на междинния слой е първата стъпка към диагностицирането и предотвратяването на тези проблеми.
Какво всъщност прави The Die Head
В аТри{0}}машина за раздуване на филми, главата на матрицата получава три отделни потока стопилка от три екструдера - обикновено сърцевинен слой и два облицовъчни слоя - и ги комбинира вътре в тялото на матрицата в единична, ко-екструдирана пръстеновидна структура, преди комбинираната стопилка да излезе през междината на матрицата като тръба.
Главата на матрицата трябва да постигне три неща едновременно:
Разпределете равномерно всяка струя стопилка по цялата обиколка на 360 градуса на пръстеновидната матрица
Подредете трите слоя в правилната последователност, без да смесвате или дестабилизирате интерфейса между тях
Контролирайте относителната дебелина на всеки слой чрез управление на съпротивлението на потока на стопилката във всеки канал
Ако някое от тези три неща се обърка - и има много начини всяко да се обърка - резултатът е не-еднородност на междупластовия слой.
Спирален дорник Vs. Spider Die: Фундаменталният избор
Има две основни архитектури на матрицата, използвани вТри{0}}машина за раздуване на филми, и те се справят с разпределението по периферията много различно.
Паякова матрица (пръстеновидна матрица с крака на паяк)
Паякообразната матрица използва радиални опорни крака („крака на паяк“), за да държи дорника в центъра на матрицата, като стопилката тече около краката и се рекомбинира надолу по течението. Заваръчните линии на краката -, където разделените потоци от стопилка се съединяват отново -, са основната слабост на този дизайн. Заваръчните линии създават области на механична слабост и, което е по-критично за многослойните филми, точки, където дебелината на слоя може да варира. Слоевете не се комбинират идентично след разделяне около краката.
Паякообразните матрици са механично по-прости и по-евтини, но сега са сравнително необичайни в производството на сериозно многослойно фолио, точно защото заваръчните линии компрометират еднородността на междинния слой, особено при приложения с бариерно фолио.
Спирална матрица за дорник
Спиралната матрица на дорник е доминиращият дизайн в модерното три{0}}производство на филми. При този дизайн всеки поток от стопилка навлиза в матрицата през централен захранващ порт, след което се влива в спирален жлеб, машинно изработен в повърхността на дорника. Докато стопилката напредва по спиралата, тя постепенно прелива от спиралната земя и се разпределя по периферията чрез комбинация от спирален поток и аксиален поток, -задвижван от налягането.
Докато стопилката достигне изхода на матрицата, тя е била разпределена чрез припокриването на множество спирални канали - обикновено 4 до 8 спирали на слой в модерна матрица -, което ефективно усреднява периферните вариации. Резултатът е драматично по-равномерно разпределение на дебелината, отколкото може да се постигне с паякообразна матрица.
Как геометрията на спиралния канал контролира еднородността
В рамките на дизайна на спиралния дорник специфичната геометрия на каналите определя колко добре се разпределя всеки слой. Това е мястото, където дизайнът на матрицата става наистина сложен.
Стъпка и дълбочина на спирала
Стъпката (разстоянието между спиралните завои) и дълбочината (напречното-сечение на канала) на всеки спирален канал контролират баланса между спиралния поток (по протежение на спиралата) и аксиалния поток (към изхода на матрицата). По-дълбокият канал насърчава по-спирално разпределение преди преливане. По-плиткият канал кара стопилката да прелива и напредва аксиално по-рано.
За равномерно разпределение:
Твърде плиткият канал кара стопилката да се придвижва предимно аксиално от точката на захранване, което води до промяна на дебелината в модел, подравнен с местоположението на захранващия порт („мазнина“ при 0 градуса и изтъняване при 180 градуса)
Твърде дълбокият канал забавя аксиалното придвижване и може да причини натрупване на налягане, което дестабилизира интерфейса на стопилката
Оптималната спирална геометрия зависи от вискозитета на стопилката и скоростта на потока на обработвания материал -, поради което матриците, предназначени за LLDPE, не се представят непременно еднакво добре с HDPE или EVA без преконфигуриране.
Брой спираловидни стартове
Повече спирални започвания на слой (броят на отделните спирални канали, подаващи се от входния отвор) означава повече припокриване на разпределителните пътища около обиколката, което усреднява по-ефективно вариацията на дебелината. Високопроизводителните три-пластови матрици за тънки бариерни филми могат да използват 6 до 8 спирални старта на слой. Икономичните щампи за обикновени PE опаковки могат да използват само 4. Разликата се проявява директно във вариация на периферната дебелина - обикновено ±3% за високо-качествени много-стартови щанци срещу ±6–8% за по-прости дизайни.
Подреждане на междинни слоеве: където се срещат трите потока на топене
Управлението на периферното разпределение за всеки слой е само част от проблема. Слоевете също трябва да се срещат един с друг по контролиран, стабилен начин, който поддържа проектираното съотношение на дебелината.
Позиция на подреждане
Слоевете могат да се комбинират вътре в матрицата по два начина:
Вътрешна комбинация:Трите потока стопилка се сливат вътре в тялото на матрицата, доста преди изхода на матрицата, и пътуват като комбинирана много{0}}слойна стопилка до пролуката на матрицата. Това осигурява повече време за стабилизиране на интерфейса преди излизане, което намалява риска от нестабилност на слоя в изходната зона на матрицата. Въпреки това изисква прецизно съвпадение на вискозитета между съседните слоеве - несъответстващите вискозитети на интерфейса създават нестабилност на капсулирането (слоят с по-нисък-вискозитет се опитва да мигрира и да заобиколи слоя с по-висок-вискозитет).
Външна комбинация:Слоевете се държат отделно до много близо до изхода на матрицата, след което се комбинират в кратка крайна зона. Този подход е по-благоприятен за несъответствията във вискозитета, но дава по-малко време за стабилизиране.
Повечето съвременни матрици за три{0}}слойно издухано фолио използват вътрешна комбинация с внимателно проектирана преходна зона, където слоевете се събират постепенно, а не рязко, което намалява риска от смущения на повърхността.
Die Land Length
Земята на матрицата е успоредната секция на изхода на матрицата, където всичките три слоя се вливат заедно в пръстеновидния канал, преди да излязат като тръба. По-голяма дължина на земята:
Изглажда разликите в скоростта между слоевете
Позволява стабилизиране на интерфейсите на стопилката
Намалява предизвиканите от поток-разлики в ориентацията между слоевете
Твърде късата земя води до слоеве, които не са напълно уравновесени - един слой може да се движи по-бързо от съседните слоеве, което създава срязване на границата и неравномерна дебелина на слоя, след като стопилката излезе и се надуе.
Типичните дължини на матрицата са от 15 до 30 mm за приложения със стандартно раздуто фолио, като по-дългите повърхности се използват за тънки бариерни филми или материали с висок-вискозитет.
Местоположение на захранващия порт и баланс на налягането
Всеки от трите екструдера се свързва към матрицата чрез захранващ порт. Местоположението и геометрията на тези захранващи портове влияят върху еднообразието по начини, които лесно се пренебрегват.
Симетрично подаване
В добре{0}}проектирана матрица трите захранващи порта са разположени така, че всеки поток от стопилка да влиза със същия спад на налягането от захранващия порт до изхода на матрицата. Асиметричното разположение на захранващия порт създава неравномерно разпределение на налягането около обиколката, което се показва като последователен дебел/тънък модел в крайния филм - обикновено в синусоидален модел с пик в местоположението на захранващия порт.
Кръстоса-глава срещу Ориентация на матрицата на стека
Cross{0}}head умира:Екструдерите се подават отстрани, перпендикулярно на оста на матрицата. По-прост механично, но завъртането на 90 градуса в потока на стопилката създава асиметрия на налягането, която изисква внимателна геометрия на канала, за да се компенсира.
Стекови матрици (вградени):Екструдерите се подават по оста на матрицата. По-сложно за изграждане, но симетричната геометрия на захранването прави равномерното разпределение по-лесно за постигане.
Температурен градиент в тялото на матрицата
Вискозитетът на стопилката е температурно-чувствителен. Ако различните части на тялото на матрицата са при различни температури - поради неравномерно нагряване, загуба на топлина в околната среда или проводимост от един канал в друг -, вискозитетът на стопилката се променя, което променя съпротивлението на потока и разпределението на дебелината.
Съвременните три{0}}слойни глави за матрици използват множество независимо контролирани нагревателни зони:
Отделни зони за тялото, дорника и матрицата
PID{0}}контролирани нагреватели с термодвойка обратна връзка в множество точки
Изолация между зоните за предотвратяване на миграцията на топлина между каналите
Температурна промяна от дори 5 градуса в матрицата може да измести вискозитета на LLDPE с 15–20%, което е достатъчно, за да причини не-еднородност на измеримата дебелина. Ето защо контролът на температурата на главата на матрицата е също толкова важен, колкото и геометрията на матрицата - добре-проектираната матрица, работеща при лошо контролирани температури, все още ще произвежда променлив филм.
Регулиране на междината на матрицата и нейните граници
Междината на матрицата - пръстеновидният процеп между върха на дорника и пръстена на матрицата, през който излиза стопилката - контролира общата дебелина на филма и скоростта на потока. Повечето производствени матрици включват ръчна или автоматична система за регулиране на празнината на матрицата (обикновено 8 до 16 отделни регулиращи болта или автоматична система за гъвкави-устни), която позволява на операторите да компенсират не-еднородността на дебелината на изхода на матрицата.
Регулирането на празнината на матрицата обаче е инструмент за коригиране, а не заместител на добрия дизайн на матрицата. Регулирането на празнината на матрицата, за да се компенсира проблем с разпределението, създаден от геометрията на спиралния канал или асиметрията на захранващия порт, води до междина на матрицата, която е неравномерна по обиколката -, което създава вторични проблеми, включително нестабилност на потока на стопилката, отлагания по ръба на матрицата и физическо увреждане на ръба на матрицата с течение на времето.
Ако фолиото изисква повече от ±1,5 mm вариация на празнината на матрицата около обиколката, за да се постигне равномерна дебелина, основната причина почти сигурно е проблем с дизайна на матрицата или състояние, който трябва да бъде адресиран директно.
Практически изводи за филмовите продуценти
Разбирането на това как дизайнът на матрицата влияе върху еднородността на междинния слой има пряко значение за избора на оборудване, отстраняването на неизправности в процеса и поддръжката:
При закупуване или посочване на машина:Попитайте за броя спирални стартирания на слой, метода на комбиниране на матрицата (вътрешен срещу външен) и конфигурацията на температурната зона. Доставчик, който не може да отговори ясно на тези въпроси, е червен флаг.
При отстраняване на неизправности с вариация на дебелината:Преди да регулирате междината на матрицата или охлаждащия пръстен, картографирайте вариационния модел по ширината на ролката и около обиколката. Синусоидален модел с пик на едно и също място сочи към геометрия на захранващия порт или проблем със спиралния канал. Случайните вариации в ролката е по-вероятно да са проблем със стабилността на охлаждане или балон.
За поддръжка:Чистотата на матрицата пряко влияе върху разпространението. Изгорял или разграден материал в спираловиден канал създава местно съпротивление на потока, което създава дебели/тънки ивици. Редовните графици за почистване - с подходящо разглобяване на матрицата и проверка - са от съществено значение за поддържане на производителността на разпределение, за която матрицата е проектирана.
Заключение
Главата на матрицата на aТри{0}}машина за раздуване на филмие най-влиятелният отделен компонент за еднородност на междинния слой - повече от екструдерите, повече от охлаждащия пръстен и повече от корекциите на параметрите на процеса. Геометрията на спиралния канал контролира разпределението по периферията. Подреждането и дизайнът на земята контролират стабилността на междинния слой. Геометрията на захранващия порт и температурното зониране определят дали намерението на дизайна действително се реализира в производството.
Операторите и инженерите, които разбират тези взаимовръзки, могат по-бързо да диагностицират проблеми с еднаквостта на дебелината, да вземат по-интелигентни решения за закупуване на оборудване и да получат по-постоянно качество на филма от линиите, които вече работят.
