Kui astute sisse mis tahes moodsasse paindliku pakendamise rajatisse, leiate peaaegu kindlasti kahe{0}}tooniga kilerulli, mis on kuskilt kaubaalusel - triibulised kaitsekotid, kahevärvilised-värvilised põllumajandusmultšid või ko-ekstrudeeritud valge südamiku ja toonitud väliskihiga ostukotid. Kõik nad alustasid elu a seeskahevärviline{0}}kile puhumismasin. Kuid protsess, mis muudab kaks erinevat pigmentvaigu voogu sujuvalt ühendatud, optiliselt eristuvaks kileks, on palju nüansirikkam kui lihtsalt kahe punkri sisestamine ühte matriitsi. Liitmehhanism hõlmab hoolikalt kontrollitud polümeeri reoloogiat, soojusjuhtimist, stantsi geomeetriat ja liidese adhesiooniteadust. Selles artiklis käsitletakse üksikasjalikult iga etappi.
1. Tooraine ettevalmistamine ja pigmendi dispergeerimine
Enne kui sulandumine üldse toimuda saab, tuleb iga värvikanal õigesti ette valmistada. Põhisegu graanulid - kontsentreeritud pigment, mis on dispergeeritud kandevaigus -, segatakse aluspolümeeriga kindlaksmääratud eraldussuhtes, tavaliselt vahemikus 1–5 massiprotsenti. Kandevaigu valik on tohutult oluline: sellel peaks olema põhipolümeeriga ühilduv sulamisindeks (MFI), nii et kahe voo viskoossusprofiil oleks stantsi sees kohtumisel sarnane.
Halvasti hajutatud pigment tekitab triipe, aglomeraate või "geelistavaid" - poolläbipaistvaid täppe, mis nõrgendavad kilet ja põhjustavad optilisi ebaühtlusi. Suure-nihkejõuga segamiskruvid või igas ekstruuderi kanalis olevad staatilised segistid muudavad sulatise enne matriitsi jõudmist samaks, nii et pigment jaotub ühtlaselt läbi iga värvivoo. Kui üks värv on sügav süsinik{4}must polüetüleen ja teine on naturaalne või valge LLDPE, on nende soojusjuhtivuse kiirused veidi erinevad. Seega peab masina juhtimissüsteem selle parandama, muutes iga ekstruuderi tünnitsooni temperatuure eraldi.
2. Kahe ekstruuderi konfiguratsioon ja sulamisvoolu juhtimine
Kahevärvilisel -värvikile puhumismasinal töötab kaks erinevat ekstruuderit -, mis on mõnikord identse suurusega, mõnikord asümmeetrilised, kui kahe värvikihi paksus on erinev. Iga ekstruuder töötleb iseseisvalt oma värvi:
Etteandetsoon: graanulid tõmmatakse keeratava kruvi abil sisse ja hakkavad hõõrdumisest ja soojuse ülekandmisest pehmeks muutuma.
Survetsoon: kruvikanal muutub madalamaks, nii et see pigistab sulatit ja surub õhutaskud välja.
Mõõtmistsoon: sulam muutub ühtlaseks ja täielikult sulavaks määratud temperatuuril, tavaliselt vahemikus 160–220 kraadi polüetüleenitüüpide puhul.
Kaks sulavoogu väljuvad igast ekstruuderi tünnist ja lähevad eraldi vooluteedele, mis viivad stantsipeani. Sulamisrõhu hoidmine mõlemal teel on väga oluline. Kui ühel voolul on palju suurem rõhk kui teisel, tõukab see värvijoone-vormi sees keskelt eemale ja see põhjustab ebaühtlaseid triipude laiusi või muutusi kihi paksuses.
3. Die Head: Kus fusioon algab
Matriitpea on termotuumasünteesi mehhanismi süda. Topelt-värvipuhutud kilevormis kohtuvad kaks sulamisvoolu esimest korda täppis-töödeldud tornisõlmes. Tööstuses kasutatakse kahte peamist stantsi arhitektuuri:
3.1 Kõrvuti-}kõrvuti-(triibuline) vormikujundus
Selles konfiguratsioonis voolavad kaks värvivoogu läbi eraldiseisvate spiraalsete tornikanalite, mis on paigutatud ümber rõngakujulise stantsipilu vahelduvates sektorites. Kui sulatis väljub matriitsi huultest, hõivab iga värv ringikujulise mulli kindlaksmääratud kaareosad. Tulemuseks on vertikaalsete triipudega kile, mis jooksevad piki paigutust-tasa laiusega.
Külgnevate värvisektorite vaheline liitliides on kitsas tsoon -, tavaliselt alla 0,5 mm laiune -, kus toimub molekulaarne-tasandi interdifusioon. Kuna mõlemad vood on sel hetkel veel sulas olekus (üle nende vastavate kristalliseerumistemperatuuride), võivad ühe värvi polümeeriahelad liikuda üle liidese ja takerduda külgneva värvi ahelatega. Seeko-kristalliseerimine liideseson see, mis loob tõelise sideme, mitte mehaanilise pressimise{0}}sobivuse.
Sulanduvööndi laius sõltub:
Matriitsis viibimise aeg- pikem elukoht võimaldab suuremat levikut
Sulamistemperatuur- kõrgem temperatuur suurendab ahela liikuvust ja difusiooni sügavust
Kahe polümeeri ühilduvus- LLDPE-ga segatud LLDPE hajub kergesti; Polüpropüleeniga seotud LLDPE vajab ühilduvuskihti
3.2 Kontsentriline (kiht-üle-kihi) stantsikujundus
Mõned kahevärvilised{0}}masinad tekitavad triipude asemel mulli, kus üks polümeer moodustab sisemise ja teine väliskihi. Matriitsis on kaks kontsentrilist spiraalkanalit, mis on asetatud torni sisse vertikaalselt. Sisemine kanal annab ühe värvi stantsivahe sisemisele rõngale; välimine kanal annab teise värvi välimisse rõngasse.
Need kaks voolu koonduvad vahetult enne stantsi huuli, moodustades õhukese sulavõileiva. Kuna mõlemad kihid on kokkupuutel ikka veel üle kristallisatsioonitemperatuuri, areneb liideste adhesioon sama ülalkirjeldatud ahela{1}}põimumismehhanismi kaudu. Saadud kilel on puhas rist-lõikeline lõhe -, üks värv on nähtav mõlemal küljel - ja liidesega liides, mis polümeeride ühilduvuse korral on mehaaniliselt eristamatu samaväärse paksusega ühest-kihilisest kilest.
4. Liideste adhesioon: sideme taga olev teadus
Kahe värvi vahelise liidese kvaliteet ei ole lihtsalt kahe kuuma pinna kokkupressimise funktsioon. See oleneb sellesttermodünaamiline segunevusjakineetiline difusioon.
Termodünaamiline ühilduvus
Polümeerid, millel on sarnased lahustuvusparameetrid, segunevad molekulaarsel tasemel. Kaks sorti lineaarset madala-tihedusega polüetüleeni (LLDPE), isegi kui need kannavad erinevat pigmendikoormust, on väga ühilduvad ja moodustavad tugeva ja ühtse liidese. Kahe keemiliselt erineva polümeeri - sõnul on polüetüleenil ja nailonil - madal termodünaamiline ühilduvus. Nende ahelad ei takerdu kergesti ja liides jääb nõrgaks, välja arvatud juhul, kui alipsu-kiht vaiku(polaarsete rühmadega keemiliselt modifitseeritud polüetüleen) ko{0}}ekstrudeeritakse nende vahel.
Tõelises kahevärvilises-värvimasinas, mis töötab sama alusvaigu kahte tooni, pole sidekihid üldiselt vajalikud. Fusioonimehhanism tugineb täielikult liidese termilisele difusioonile.
Kineetilise difusiooni sügavus
Sügavus, milleni ühest värvikihist pärit ketid külgnevasse kihti tungivad, sõltub sellestkordaminepolümeeri difusiooni mudel. Sulamisolekus olev polümeerahel vingerdab madu{1}}taolise liikumisega läbi ümbritsevate ahelate. Difusiooni sügavusdskaala umbes järgmiselt:
d ∝ √(D · t)
kusDon difusioonikoefitsient (sõltub tugevalt temperatuurist ja molekulmassist) jaton kokkupuuteaeg enne sulandi tahkumist. Pikem stantsi viibimisaeg ja kõrgem sulamistemperatuur suurendavad difusiooni sügavust ja seega ka liidese tugevust.
Praktiliselt häälestavad masinaoperaatorid seda, reguleerides:
Surve temperatuur(kõrgem=sügavam difusioon, kuid pigmendi termilise lagunemise oht)
Liini kiirus(aeglasem=rohkem viibimisaega, sügavam difusioon)
Kruvi kiirus ja vasturõhk(mõjutab sulamistemperatuuri läbi nihkekuumutuse)
5. Mullide moodustumine ja kaheteljeline orientatsioon
Kui sulatatud topelt{0}}värvisula väljub matriitsi huultest ühe rõngakujulise toruna, puhub suruõhk selle mulliks. Seekaheteljeline venitusnii masina suunas (MD) kui ka põikisuunas (TD) on sügav mõju termotuumasünteesi liidesele.
Kui mull laieneb, tõmbuvad polümeeriahelad üle liidese pingul ja orienteeruvad. See orientatsioon tugevdab sidet: osaliselt üle värvipiiri hajunud ketid sirgendatakse ja lukustatakse kile jahtudes ja kristalliseerumisel paigale. Tulemuseks on liides, mis talub kottide valmistamisel, printimisel ja lõppkasutusel käitlemisel tekkivaid koorimisjõude.
Kui puhumissuhe (BUR) on aga liiga kõrge, võib liides olla difusioonisügavusest kaugemale pingestatud ja delaminatsioon võib alata. Enamiku polüetüleeni klasside BUR-i säilitamine vahemikus 2:1 kuni 3,5:1 hoiab liidese puutumatuna, saavutades samal ajal kile soovitud optilised ja mehaanilised omadused.
6. Jahutus, härmatisjoon ja värvide määratlus
Härmajoone kõrgus - punkt, kus kile läheb sulalt pooltahkeks -tahkeks -, on kriitiline kontrollparameeter topeltvärvilise filmi värvide määramisel. Külmajoonest kõrgemal on sulam endiselt vedel ja värvipiir võib nihkuda või häguneda, kui õhu turbulents või temperatuurigradient on mulli ümbermõõdul ebaühtlane.
Eraldi tsooni juhtimisega õhurõngas võimaldab operaatoritel reguleerida jahutustugevust mulli ümber, nii et härmatis jääks ühtlaseks. Ühtlane härmatisjoon fikseerib matriitsi juures tehtud värvitriibu kuju või kihistruktuuri ning see annab ühtlase värvikvaliteedi kogu rulli ulatuses.
Ebapiisav jahutus laseb sulatil liiga kaua külmumisjoone kohal kokku puutuda ning see võib difusioonitsooni laiemaks muuta ja värviserva pehmendada. See on mõnikord hea tuhmumisefekti jaoks, kuid tavaliselt on see halb täpse-triibulise pakkekile jaoks.
7. Levinud töötlemise väljakutsed ja lahendused
| Väljakutse | Algpõhjus | Lahendus |
|---|---|---|
| Värvi verejooks üle piiri | Liigne stantsi temperatuur või viibimisaeg | Vähendage sulamistemperatuuri; suurendada liini kiirust |
| Nõrk liides / delaminatsioon | Halb polümeeri ühilduvus või madal difusioonisügavus | Lisa lipsu{0}}kiht vaiku; tõsta stantsi temperatuuri |
| Ebaühtlane triibu laius | Rõhu tasakaalustamatus kahe ekstruuderi vahel | Hammasrattapumpade kalibreerimine; reguleerida kruvide kiirust |
| Pigmendi aglomeraadid / geelid | Halb põhisegu dispersioon | Kasutage suure{0}}dispersiooniga põhisegu; suurendada vasturõhku |
| Triip tiir ümber mulli | Ebaühtlane õhurõnga jahutus | Luba sektori{0}}kontrollitud õhurõngas; kontrollige stantsi kontsentrilisust |
8. Materjali valiku kaalutlused optimaalseks termotuumasünteesiks
Mitte kõik polümeeride paarid ei anna võrdselt tugevaid termotuumasünteesi liideseid. Järgmised kombinatsioonid on laias laastus järjestatud kõrgeimast madalaima loomuliku ühilduvuseni topelt-värvipuhutud filmi kontekstis:
LLDPE + LLDPE(erinevad tihedusklassid või pigmendid) - suurepärane loomulik nakkuvus
LDPE + LLDPE- väga hea, kasutatakse laialdaselt põllumajanduses multšikiledes
HDPE + LLDPE- mõõdukas; liidese tugevus on enamiku pakendite jaoks vastuvõetav
PP + PE- halb ilma ühilduvuseta; nõuab maleiinanhüdriid-poogitud lipsvaiku
PE + PA (nailon)- nõuab spetsiifilist PE-g-MAH sidumiskihti; kasutatakse kõrgete-barjääridega rakendustes
Nende ühilduvussuhete mõistmine enne kahevärvilise-värvi masina määramist hoiab ära kuluka ümbersõnastamise pärast installimist.
Järeldus
Kahevärvilise{0}}kile puhumismasina liitmehhanism on polümeeri keemia, täppistehnoloogia ja soojusjuhtimise hoolikalt korraldatud koosmõju. Kaks sõltumatult plastifitseeritud värvivoogu koondatakse stantsi sisse, kus kontrollitud temperatuur ja viibimisaeg juhivad molekulaarse ahela difusiooni värviliidesel. Kaheteljeline venitamine mullide täitmise ajal lukustab seejärel selle difusioonsideme oma kohale, tekitades kile, kus kaks värvi on optiliselt erinevad, kuid struktuurselt ühtsed.
Selle protsessi edukaks saamine nõuab hoolt igas etapis - alates põhisegu valimisest ja ekstruuderi häälestamisest matriitsi kuju, puhumissuhte-ja külmumis-juhtimise järgi. Kui kõik seaded töötavad koos, on tulemuseks hea, ühtlane topelt{4}}värviline kile, mis vastab toidu pakendamise, talukasutuse, tööstuslike kottide ja poetoodete vajadustele.
