Resoldre cinc problemes habituals en la coextrusió per bufat de pel·lícula

1. inestabilitat de l'escuma: el terme inestabilitat de la bombolla inclou molts tipus diferents de problemes relacionats amb l'estabilitat de les bombolles extruïdes. Els principals problemes inclouen la ruptura de la bombolla, l'enduriment per tensió, la inestabilitat de les gelades i l'aleteig de les bombolles.
Ruptura de bombolles: quan el material fos que surt del motlle s'estira excessivament, donant lloc a la ruptura de l'estructura de la bombolla, es produirà una ruptura de bombolles. Això passa quan la resistència a la fusió del material extruït és insuficient per assolir la relació d'explosió seleccionada (BUR). Per evitar aquest problema, la selecció de resina es pot modificar per afegir materials amb major resistència a la fusió a l'estructura de la pel·lícula per millorar la resistència general a la fusió. Per exemple, el polietilè de baixa densitat (LDPE) s'incorpora a la pel·lícula lineal de polietilè de baixa densitat (LLDPE) per augmentar la seva resistència global a la fusió.
Enduriment per tensió: quan el polímer fos s'estira ràpidament en la direcció de la màquina (MD) i, per tant, s'endureix, es produeix un enduriment per tensió. Això provocarà fluctuacions en la pressió interna de la bombolla i l'amplada de la bombolla. Aquest problema es pot prevenir reduint la taxa de retirada. Una altra solució és modificar la selecció de resina per reduir la viscositat de tracció general de la pel·lícula, permetent que la pel·lícula s'estiri més en MD sense cap enduriment per tensió.
Línia de gelades inestable: en un procés estable, la línia de gelades es mantindrà a una alçada constant superior a la del motlle i està controlada per la velocitat de refrigeració, el rendiment del motlle i la uniformitat del gruix de la pel·lícula. Quan un procés esdevé inestable, la posició de la línia de gelades també esdevindrà inestable. Una de les raons d'aquesta inestabilitat és la distribució desigual de la temperatura a l'extrusió.
El canvi de temperatura de fusió pot ser causat per un disseny inadequat del cargol de la resina seleccionada, el desgast del cargol o la fallada de l'escalfador o del termopar. Abans de la fusió, s'ha de mesurar la temperatura de fusió de cada flux per determinar quina capa de fusió és la font del canvi de temperatura. Després del posicionament, traieu el cargol i comproveu la degradació del polímer i el desgast del cargol. També s'ha de comprovar el funcionament de tots els escalfadors i termoparells.
Una altra causa comuna de la línia de gelada inestable és l'obstrucció del motlle. El material desigual per empassar la matriu pot ser degut a l'acumulació de materials degradables al motlle. Per evitar aquesta situació, el motlle s'ha de revisar periòdicament i s'ha d'acumular material si és necessari.
Volteig de l'escuma: el moviment d'escuma comença per sota de la línia de gelada i es mostra com una marca lineal a la superfície de la bombolla en direcció transversal (Td). Aquesta forma d'ala és causada per l'alta velocitat de l'aire de l'anell d'aire. La reducció de la velocitat del ventilador o l'ajust dels components de l'anell d'aire per reduir el flux d'aire al llarg de la superfície de la bombolla evitarà el revoloteig de la bombolla. Tanmateix, reduir el flux d'aire reduirà l'eficiència de refrigeració de l'anell d'aire i, a continuació, farà que la línia de gelada s'allunyi del motlle, causant nous problemes. Per evitar aquesta situació, la selecció de resina es pot optimitzar per reduir la viscositat global de fusió de l'extrusió i reduir la temperatura global de fusió.
2. Canvi d'índex: en la coextrusió de bufat de pel·lícula, és inevitable tenir un cert grau de canvi d'instrument en TD. A la figura 2. 1A es pot veure un exemple de perfil d'instrument amb una pel·lícula de variació del grau de pressió baixa. Tanmateix, si comencen a produir-se problemes inesperats durant el processament, el grau de canvi d'instrument pot augmentar. Hi ha alguns problemes diferents que poden provocar un augment dels canvis d'especificacions, i la causa del problema es determina comprovant la forma del perfil d'escuma de l'instrument.
Refrigeració de l'anell d'aire no uniforme: un flux d'aire deficient o desigual de l'anell d'aire provocarà un refredament desigual de la pel·lícula i afectarà la relació de caiguda de pressió de la pel·lícula. Això pot fer que algunes pel·lícules s'estirin més que d'altres, cosa que pot provocar una desviació de mesura. Per evitar aquest problema, el conducte d'aire de l'anell d'aire s'ha de revisar i netejar regularment per eliminar qualsevol impuresa que pugui provocar alteracions del flux d'aire. També s'ha de comprovar l'anell d'aire per confirmar que està correctament situat al centre del motlle.
Temperatura de fusió desigual: la temperatura de fusió desigual provocarà canvis en la velocitat de refredament de les bombolles i el rendiment del motlle. Un signe evident de la temperatura de fusió desigual és el perfil sinusoïdal. La formació d'aquesta variació sinusoïdal està relacionada amb el flux de materials amb temperatura de fusió desigual a través del motlle, que s'anomena línia de port. Com s'ha esmentat anteriorment, el canvi de temperatura de fusió pot ser causat per un disseny o desgast inadequat del cargol.
3. Inestabilitat de la interfície: el terme inestabilitat de la interfície fa referència a la inestabilitat a la interfície entre dues capes. L'estabilitat de la interfície dependrà de factors com ara les característiques del material, les condicions del procés i les característiques del disseny de l'equip. Hi ha tres tipus coneguts d'inestabilitat interfacial que es poden produir durant la coextrusió per bufat de pel·lícula.
Hi ha alguns motius coneguts per als girs i girs. El primer és la diferència de viscositat de cisalla entre els materials que produeixen la interfície. Si el material té una viscositat de cisalla significativament diferent, cada capa experimentarà diferents velocitats de cisalla sota la tensió de cisalla aplicada, donant lloc a una deformació en zig-zag. Això es pot mitigar seleccionant materials amb una viscositat de cisalla similar (si és possible) per crear una interfície.
La segona raó és la proporció incorrecta de capes. Si la relació de capa seleccionada fa que la interfície estigui massa a prop de la paret del motlle, l'esforç de cisalla excessiu provocarà la deformació. Per evitar-ho, es pot augmentar el gruix de la capa exterior, es pot mantenir la interfície allunyada de la paret i es pot reduir l'esforç de cisalla que s'hi imposa.
El tercer motiu és el disseny inadequat del motlle. Quan es dissenya un motlle, és important optimitzar correctament el canal de fluid per crear un perfil de velocitat uniforme a tot el motlle. Un disseny inadequat del motlle pot provocar la formació d'alts punts de cisalla i perfils de velocitat desiguals, cosa que pot provocar aquesta inestabilitat.
Inestabilitat de la interfície d'ona: aquesta forma d'inestabilitat és causada per una deformació desigual d'allargament a la interfície entre els dos materials, donant lloc a patrons ondulats formats al llarg de la superfície de la bombolla perquè s'extrueix del motlle. La imatge d'aquesta inestabilitat es pot veure a la figura 3. S'ha trobat que la deformació per elongació que provoca aquesta inestabilitat es produeix a partir de dues fonts conegudes. El primer està relacionat amb la relació de capes inadequada. Si una de les capes compostes de l'estructura és massa prima, experimentarà més acceleració al punt de fusió del motlle, produint així una taxa de deformació d'allargament més alta a la capa. La relació de capa s'ha d'ajustar per permetre que una corba de velocitat més uniforme es formi aigües avall del punt de fusió.
La segona font és la diferència de viscositat d'allargament dels materials que creen la interfície. Dos materials amb una força d'allargament diferent i una viscositat d'allargament diferent es deformaran a diferents velocitats. Si és possible, s'han de seleccionar materials amb propietats d'extensió similars per crear la interfície.
Interfície activa inestable: la interfície reactiva es pot formar en el procés de coextrusió d'una estructura multicapa composta per resina de bloqueig polar i capa de connexió. La resina de barrera s'acostuma a coextruir amb la capa de resina de poliolefina. Aquestes estructures solen necessitar una capa de connexió entre elles per millorar l'adhesió entre elles. La capa de connexió és un polímer compost de grups extrems polars i no polars. De vegades, es pot produir una reacció química innecessària entre el grup extrem polar de la capa de connexió i la resina de bloqueig polar, formant així una interfície inestable. El resultat d'aquestes reaccions és una claredat òptica reduïda i un aspecte més granular de la pel·lícula.

4. gel: El terme gel s'utilitza habitualment per referir-se a qualsevol forma de petit defecte que produeixi deformació òptica a la pel·lícula final. Els gels són problemàtics perquè no només produeixen distorsió òptica, sinó que també redueixen les propietats mecàniques de la pel·lícula. El gel es pot dividir en tres categories principals: resines no foses, materials degradables i contaminants estrangers.
Resina inamovible: la resina no porosa és un tipus de gel comú que s'observa habitualment en un alt rendiment de l'extrusora. Són el resultat de la fusió desigual causada per la zona de baixa cisalla a l'extrusora. Per determinar que el gel és una resina no barrejada, escalfeu el gel per sobre de la seva temperatura de fusió i, a continuació, refredeu-lo. Si el gel no reapareix després del refredament, és una resina sense barrejar. Si hi ha resina no barrejada a la pel·lícula, s'ha de revisar i redissenyar el cargol de l'extrusora per minimitzar la presència de zones de baixa cisalla.
Material degradat: si el polímer està exposat a alta energia durant un període de temps prolongat, es pot produir una degradació del material durant l'extrusió. Aquestes condicions condueixen a la formació de materials molt oxidats o reticulats que presenten gel a la membrana. En general, aquests gels no existeixen immediatament després de l'inici. A mesura que els polímers degradats s'acumulen en el procés de degradació, apareixen a la pel·lícula.
El gel molt oxidat mostra taques negres fràgils i es pot identificar per fluorescència sota llum ultraviolada. La figura 5 mostra la imatge de gel altament oxidat presa sota llum polaritzada i la imatge de fluorescència de gel sota llum UV. El gel reticulat té un aspecte marró fosc i està format per materials oxidats. Tanmateix, el grau d'oxidació és massa baix per provocar fluorescència sota llum UV.
Els gels reticulats de vegades es confonen amb resines molt enredades. Per distingir entre els dos, podeu escalfar el gel a una temperatura superior a la seva temperatura de fusió, aplicar-hi pressió per trencar-lo i després deixar-lo refredar. Si la forma del gel reapareix després de refredar-se, el material està reticulat en lloc d'enredar-se molt. Per determinar la font de materials degradables, el cargol de l'extrusora s'ha de treure després de l'operació sense purgar. Un cop determinada la font de degradació, el disseny del cargol es pot optimitzar en aquesta àrea per minimitzar l'estancament i la baixa força de tall.
Contaminants estrangers: de tant en tant, contaminants estrangers poden entrar en el procés. Els contaminants estrangers solen entrar a l'extrusora a través de la tremuja, que es pot transferir de la fibra de la roba a la resina polimèrica estrangera. Si es troba que el gel té una temperatura de fusió significativament diferent de la de la resina crua, o una forma molt irregular (com la fibra), pot ser que hi hagi contaminació per matèria estranya. Per evitar aquests gels, sempre s'ha de netejar correctament la tremuja i tancar el contenidor original de la matèria primera per evitar que es barregi qualsevol matèria estranya.
5. Curl: el curl de pel·lícula és un defecte observat en l'estructura multicapa composta per materials amb diferent cristal·linitat. Aquest defecte es forma durant el procés de refredament de la pel·lícula fosa i fa que la pel·lícula s'enrotlli. El curl de la pel·lícula està relacionat amb dos problemes: la diferència de propietats del material (és a dir, el punt de fusió i la cristalinitat) i la disposició inadequada de la capa.
Un exemple comú de curling pel·lícula es mostra a la figura 6, que mostra una pel·lícula de tres capes composta de polietilè (PE), niló (PA) i una capa de connexió. Quan la pel·lícula multicapa surt del motlle, totes les capes es fonen i la pel·lícula comença a refredar-se. Quan es refreda, la capa de niló cristal·litza i es torna dura, mentre que la capa de PE es redueix perquè encara està fosa. Quan la temperatura baixa per sota de la temperatura de fusió del polietilè, també comença a dur-se. Tanmateix, en aquest moment, el niló s'ha cristal·litzat i no es pot reduir encara més, donant lloc a que el PE s'enrosqui durant la solidificació.
Un mètode per evitar que la pel·lícula s'arrisqui és refredar-la ràpidament per evitar la cristal·lització. En lloc d'utilitzar aire per refredar la pel·lícula, la pel·lícula es pot extruir directament en un bany d'aigua per a un refredament ràpid. Això permet la coextrusió de materials amb diferents velocitats de cristal·lització sense mostrar cap pel·lícula arrissada. Una altra possible solució és optimitzar l'estructura de les pel·lícules multicapa.