Lösen Sie fünf häufige Probleme bei der Folienblas-Coextrusion

1. Schauminstabilität: Der Begriff Blaseninstabilität umfasst viele verschiedene Arten von Problemen, die sich auf die Stabilität von extrudierten Blasen beziehen. Zu den Hauptproblemen gehören Blasenplatzen, Kaltverfestigung, Frostinstabilität und Blasenflattern.
Blasenbruch: Wenn das geschmolzene Material, das die Form verlässt, übermäßig gedehnt wird, was zu einem Blasenstrukturbruch führt, tritt ein Blasenbruch auf. Dies geschieht, wenn die Schmelzfestigkeit des extrudierten Materials nicht ausreicht, um das ausgewählte Berstverhältnis (BUR) zu erreichen. Um dieses Problem zu vermeiden, kann die Harzauswahl modifiziert werden, um Materialien mit höherer Schmelzfestigkeit in die Folienstruktur einzufügen, um die Gesamtschmelzfestigkeit zu verbessern. Beispielsweise wird Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) in eine Folie aus linearem Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) eingearbeitet, um ihre Gesamtschmelzfestigkeit zu erhöhen.
Kaltverfestigung: Wenn das geschmolzene Polymer schnell in Maschinenrichtung (MD) gestreckt und somit gehärtet wird, tritt Kaltverfestigung auf. Dies führt zu Schwankungen des Blaseninnendrucks und der Blasenbreite. Dieses Problem kann verhindert werden, indem die Entnahmerate verringert wird. Eine andere Lösung besteht darin, die Harzauswahl zu modifizieren, um die Gesamtzugviskosität der Folie zu verringern, wodurch die Folie in MD stärker gedehnt werden kann, ohne dass es zu einer Dehnungshärtung kommt.
Instabile Frostlinie: In einem stabilen Prozess bleibt die Frostlinie auf einer konstanten Höhe höher als die Form und wird durch die Kühlrate, den Formdurchsatz und die Gleichmäßigkeit der Filmdicke gesteuert. Wenn ein Prozess instabil wird, wird auch die Position der Frostgrenze instabil. Ein Grund für diese Instabilität ist die ungleichmäßige Temperaturverteilung in der Extrusion.
Die Änderung der Schmelztemperatur kann durch unsachgemäße Konstruktion der Schnecke des ausgewählten Harzes, Schneckenverschleiß oder Ausfall der Heizung oder des Thermoelements verursacht werden. Vor dem Zusammenführen sollte die Schmelztemperatur jedes Flusses gemessen werden, um festzustellen, welche Schmelzschicht die Quelle der Temperaturänderung ist. Entfernen Sie nach der Positionierung die Schraube und überprüfen Sie die Polymerzersetzung und den Verschleiß der Schraube. Die Funktion aller Heizungen und Thermoelemente ist ebenfalls zu überprüfen.
Eine weitere häufige Ursache für eine instabile Frostgrenze ist die Verstopfung der Form. Das ungleichmäßige Verschlucken von Material durch die Form kann auf die Ansammlung von abbaubaren Materialien in der Form zurückzuführen sein. Um dies zu vermeiden, sollte die Form regelmäßig kontrolliert und ggf. eine Materialanhäufung durchgeführt werden.
Schaumflattern: Schaumflattern beginnt unterhalb der Frostlinie und zeigt sich als lineare Markierung auf der Blasenoberfläche in Querrichtung (Td). Diese Flügelform wird durch die hohe Luftgeschwindigkeit aus dem Luftring verursacht. Durch Verringern der Gebläsegeschwindigkeit oder Einstellen der Luftringkomponenten, um den Luftstrom entlang der Blasenoberfläche zu verringern, wird ein Blasenflattern verhindert. Eine Verringerung des Luftstroms verringert dann jedoch die Kühleffizienz des Luftrings und führt dann dazu, dass die Frostlinie von der Form wegdriftet, was neue Probleme verursacht. Um diese Situation zu vermeiden, kann die Harzauswahl optimiert werden, um die Gesamtschmelzviskosität der Extrusion zu reduzieren und die Gesamtschmelztemperatur zu reduzieren.
2. Indexänderung: Bei der Folienblas-Coextrusion ist ein gewisser Grad an Instrumentenänderung in TD unvermeidlich. Ein Beispiel für ein Instrumentenprofil mit einem Film mit geringer Druckgradvariation ist in Abbildung 2.1A zu sehen. Wenn jedoch unerwartete Probleme während der Verarbeitung auftreten, kann der Grad der Instrumentenänderung zunehmen. Es gibt verschiedene Probleme, die zu einer Zunahme von Spezifikationsänderungen führen können, und die Ursache des Problems wird durch Überprüfen der Form des Instrumentenprofils aus Schaumstoff bestimmt.
Ungleichmäßige Luftringkühlung: Ein schlechter oder ungleichmäßiger Luftstrom aus dem Luftring führt zu einer ungleichmäßigen Filmkühlung und beeinflusst das Druckabfallverhältnis des Films. Dies kann dazu führen, dass sich einige Folien stärker dehnen als andere, was zu Messabweichungen führen kann. Um dieses Problem zu vermeiden, sollte der Luftkanal im Luftring regelmäßig überprüft und gereinigt werden, um Verunreinigungen zu entfernen, die eine Störung des Luftstroms verursachen können. Der Luftring sollte auch überprüft werden, um zu bestätigen, dass er richtig in der Mitte der Form sitzt.
Ungleichmäßige Schmelztemperatur: Eine ungleichmäßige Schmelztemperatur führt zu Änderungen der Blasenkühlrate und des Formdurchsatzes. Ein offensichtliches Zeichen für die ungleichmäßige Schmelztemperatur ist das sinusförmige Profil. Die Bildung dieser sinusförmigen Schwankung hängt mit dem Fluss von Materialien mit ungleichmäßiger Schmelztemperatur durch die Form zusammen, die als Anschlussleitung bezeichnet wird. Wie bereits erwähnt, kann die Änderung der Schmelztemperatur durch unsachgemäße Schneckenkonstruktion oder Verschleiß verursacht werden.
3. Grenzflächeninstabilität: Der Begriff Grenzflächeninstabilität bezieht sich auf die Instabilität an der Grenzfläche zwischen zwei Schichten. Die Stabilität der Grenzfläche hängt von Faktoren wie Materialeigenschaften, Prozessbedingungen und Konstruktionseigenschaften der Ausrüstung ab. Es gibt drei bekannte Arten von Grenzflächeninstabilität, die während der Folienblascoextrusion auftreten können.
Es gibt einige bekannte Gründe für Drehungen und Wendungen. Der erste ist der Unterschied in der Scherviskosität zwischen den Materialien, die die Grenzfläche erzeugen. Wenn das Material eine deutlich unterschiedliche Scherviskosität aufweist, erfährt jede Schicht unterschiedliche Schergeschwindigkeiten unter der angelegten Scherspannung, was zu einer Zick-Zack-Verformung führt. Dies kann abgemildert werden, indem Materialien mit ähnlicher Scherviskosität (wenn möglich) ausgewählt werden, um eine Grenzfläche zu schaffen.
Der zweite Grund ist das falsche Schichtverhältnis. Wenn das gewählte Schichtverhältnis die Grenzfläche zu nahe an der Formwand bringt, löst die übermäßige Scherspannung die Verformung aus. Um dies zu verhindern, kann die Dicke der Außenschicht erhöht, die Grenzfläche von der Wand ferngehalten und die ihr auferlegte Schubspannung reduziert werden.
Der dritte Grund ist ein unsachgemäßes Formdesign. Beim Entwerfen einer Form ist es wichtig, den Flüssigkeitskanal richtig zu optimieren, um ein gleichmäßiges Geschwindigkeitsprofil in der gesamten Form zu erzeugen. Unsachgemäßes Formdesign kann zur Bildung von hohen Scherpunkten und ungleichmäßigen Geschwindigkeitsprofilen führen, was zu einer solchen Instabilität führen kann.
Wellengrenzflächeninstabilität: Diese Form der Instabilität wird durch ungleichmäßige Dehnungsverformung an der Grenzfläche zwischen den beiden Materialien verursacht, was zu wellenförmigen Mustern führt, die entlang der Blasenoberfläche gebildet werden, da sie aus der Form extrudiert wird. Das Bild dieser Instabilität ist in Abbildung 3 zu sehen. Es wurde festgestellt, dass die Dehnungsverformung, die diese Instabilität verursacht, aus zwei bekannten Quellen stammt. Der erste bezieht sich auf ein falsches Schichtverhältnis. Wenn eine der Verbundschichten der Struktur zu dünn ist, erfährt sie am Verbindungspunkt in der Form eine stärkere Beschleunigung, wodurch eine höhere Dehnungsverformungsrate in der Schicht erzeugt wird. Das Schichtverhältnis sollte angepasst werden, um eine gleichmäßigere Geschwindigkeitskurve stromabwärts des Zusammenführungspunkts zu ermöglichen.
Die zweite Quelle ist der Unterschied in der Dehnungsviskosität der Materialien, die die Grenzfläche bilden. Zwei Materialien mit unterschiedlicher Dehnungskraft und unterschiedlicher Dehnungsviskosität verformen sich unterschiedlich schnell. Wenn möglich, sollten Materialien mit ähnlichen Dehnungseigenschaften ausgewählt werden, um die Schnittstelle zu erstellen.
Instabile aktive Grenzfläche: Beim Coextrusionsverfahren einer Mehrschichtstruktur aus polarem Sperrharz und Verbindungsschicht kann eine reaktive Grenzfläche gebildet werden. Das Barriereharz wird üblicherweise mit der Polyolefinharzschicht coextrudiert. Diese Strukturen benötigen normalerweise eine Verbindungsschicht zwischen sich, um die Haftung zwischen ihnen zu verbessern. Die Verbindungsschicht ist ein Polymer aus polaren und unpolaren Endgruppen. Manchmal kann eine unnötige chemische Reaktion zwischen der polaren Endgruppe der Verbindungsschicht und dem polaren Sperrharz auftreten, wodurch eine instabile Grenzfläche gebildet wird. Das Ergebnis dieser Reaktionen ist eine verringerte optische Klarheit und ein körnigeres Aussehen des Films.

4. Gel: Der Begriff Gel wird normalerweise verwendet, um sich auf jede Form von kleinen Defekten zu beziehen, die optische Verformungen in der endgültigen Folie verursachen. Gel sind problematisch, weil sie nicht nur optische Verzerrungen erzeugen, sondern auch die mechanischen Eigenschaften der Folie vermindern. Gel kann in drei Hauptkategorien unterteilt werden: ungeschmolzene Harze, abbaubare Materialien und Fremdstoffe.
Unbewegliches Harz: Unporöses Harz ist ein üblicher Geltyp, der häufig bei hohem Extruderdurchsatz beobachtet wird. Sie sind das Ergebnis eines ungleichmäßigen Schmelzens, das durch eine Zone mit niedriger Scherung im Extruder verursacht wird. Um festzustellen, dass das Gel ein ungemischtes Harz ist, erhitzen Sie das Gel über seine Schmelztemperatur und kühlen Sie es dann wieder ab. Tritt das Gel nach dem Abkühlen nicht wieder auf, handelt es sich um ein unvermischtes Harz. Wenn unvermischtes Harz in der Folie vorhanden ist, sollte die Extruderschnecke überprüft und neu gestaltet werden, um das Vorhandensein von Zonen mit geringer Scherung zu minimieren.
Zersetztes Material: Wenn das Polymer über einen längeren Zeitraum hoher Energie ausgesetzt wird, kann es während der Extrusion zu Materialzersetzung kommen. Diese Bedingungen führen zur Bildung von stark oxidierten oder vernetzten Materialien, die Gel in der Membran darstellen. Normalerweise sind diese Gele nicht sofort nach dem Start vorhanden. Wenn sich abgebaute Polymere während des Abbauprozesses ansammeln, erscheinen sie auf dem Film.
Stark oxidiertes Gel zeigt spröde schwarze Flecken und kann durch Fluoreszenz unter ultraviolettem Licht identifiziert werden. Abbildung 5 zeigt das Bild eines stark oxidierten Gels, das unter polarisiertem Licht aufgenommen wurde, und das Bild der Gelfluoreszenz unter UV-Licht. Das vernetzte Gel hat ein dunkelbraunes Aussehen und besteht aus oxidierten Materialien. Der Oxidationsgrad ist jedoch zu gering, um unter UV-Licht eine Fluoreszenz hervorzurufen.
Vernetzte Gele werden manchmal mit stark verschlungenen Harzen verwechselt. Um zwischen den beiden zu unterscheiden, können Sie das Gel auf eine Temperatur über seiner Schmelztemperatur erhitzen, Druck darauf ausüben, um es zu brechen, und es dann abkühlen lassen. Wenn die Gelform nach dem Abkühlen wieder auftritt, ist das Material eher vernetzt als stark verschlungen. Um die Quelle von abbaubaren Materialien zu bestimmen, sollte die Schnecke des Extruders nach dem Betrieb ohne Spülung entfernt werden. Sobald die Abbauquelle bestimmt ist, kann die Schneckenkonstruktion in diesem Bereich optimiert werden, um Stagnation und geringe Scherkräfte zu minimieren.
Fremde Schadstoffe: Gelegentlich können fremde Schadstoffe in den Prozess gelangen. Fremde Schadstoffe gelangen normalerweise durch den Trichter in den Extruder, der von der Kleidungsfaser auf fremdes Polymerharz übertragen werden kann. Wenn festgestellt wird, dass das Gel eine deutlich andere Schmelztemperatur als das Rohharz oder eine sehr unregelmäßige Form (z. B. Faser) aufweist, kann es sich um eine Kontamination durch Fremdstoffe handeln. Um dieses Gel zu vermeiden, sollte der Trichter immer ordnungsgemäß gereinigt und der ursprüngliche Rohstoffbehälter verschlossen werden, um zu verhindern, dass sich Fremdstoffe vermischen.
5. Kräuselung: Filmkräuselung ist ein Defekt, der in einer Mehrschichtstruktur beobachtet wird, die aus Materialien mit unterschiedlicher Kristallinität zusammengesetzt ist. Dieser Defekt entsteht während des Abkühlprozesses des geschmolzenen Films und bewirkt, dass sich der Film selbst zusammenrollt. Die Filmkräuselung hängt mit zwei Problemen zusammen: dem Unterschied der Materialeigenschaften (dh Schmelzpunkt und Kristallinität) und der ungeeigneten Schichtanordnung.
Ein gängiges Beispiel für Folienkräuselung ist in Abbildung 6 dargestellt, die eine dreischichtige Folie zeigt, die aus Polyethylen (PE), Nylon (PA) und einer Verbindungsschicht besteht. Wenn die Mehrschichtfolie die Form verlässt, schmelzen alle Schichten und die Folie beginnt abzukühlen. Beim Abkühlen kristallisiert die Nylonschicht und wird hart, während die PE-Schicht schrumpft, weil sie noch geschmolzen ist. Sobald die Temperatur unter die Schmelztemperatur von Polyethylen fällt, beginnt es auch hart zu werden. Zu diesem Zeitpunkt ist Nylon jedoch kristallisiert und kann nicht weiter geschrumpft werden, was dazu führt, dass sich PE während der Verfestigung wegrollt.
Ein Verfahren, um zu verhindern, dass sich der Film kräuselt, besteht darin, den Film schnell abzukühlen, um eine Kristallisation zu verhindern. Anstatt Luft zum Kühlen der Folie zu verwenden, kann die Folie zum schnellen Abkühlen direkt in ein Wasserbad extrudiert werden. Dies ermöglicht die Coextrusion von Materialien mit unterschiedlichen Kristallisationsgeschwindigkeiten, ohne dass sich ein gekräuselter Film zeigt. Eine weitere mögliche Lösung besteht darin, den Aufbau von Mehrschichtfolien zu optimieren.