مشکلات تولید فیلم نایلون پلی اتیلن سنگینF7000

در این بخش به مشکلات تولید فیلم نایلون 7000F در روش دمشی که ممکن است با آن مواجه شویم می پردازیم. این مشکلات و عیب ها می تواند در دو دسته کلی تقسیم بندی شود:

بخش اول: مشکلات اکستروژن در عیب یابی فیلم

• Surging یا موج مواد
• دمای مذاب بالا
• نیاز به خنک کاری بیش از حد
• خروجی کم

بخش دوم: مشکلات فیلم در عیب یابی فیلم

• شکست مذاب
• غیریکنواختی ضخامت
• خطوط دای
• ژل شدن
• خواص مکانیکی ضعیف
• خواص نوری ضعیف
• چین و چروک در فیلم

بخش اول: مشکلات اکستروژن

• Surging یا موج مواد

این پدیده به شرایطی گفته می شود که سرعت جریان خروجی از دای با گذشت زمان تغییر کند که با تغییرات نشان داده شده در فشار کلگی قابل رویت است که معمولا 15 درصد یا بیشتر است.

این پدیده با ضربه ناشی از پیچه که با تغییرات فشاری حدود 10 درصد همراه است و دوره تناوب چرخش مارپیچ  رخ می دهد متفاوت است.

این پدیده سبب تغییرات ضخامت فیلم در جهت ماشین می شود ومشکل زاست.

این پدیده دو علت اصلی دارد:

تغذیه و خوراک دهی غیر یکنواخت ، ناپایداری و یکنواختی ذوب شدن

هنگامی که مواد پلی اتیلن فیلم F7000 به گلویی وارد می شوند و به صورت نامنظم در امتداد مارپیچ حرکت می کنند، این اثر به قسمت کلگی اکسترودر نیز منتقل می شود. این پدیده زمانی که مواد به قسمت تغذیه مارپیچ می‌چسبند به راحتی اتفاق می‌افتد. در یک سیستم با کارایی بالا، مواد تمایل دارند به دیواره برل بچسبند و توسط پره‌های مارپیچ به جلو رانده شوند و بدون هیچ مشکلی در راستای میله اصلی مارپیچ بلغزند و حرکت کنند.

 مشخصه مهم در اینجا نسبت اصطکاک برل به اصطکاک مارپیچ است.  این نسبت برای انتقال مواد جامد باید بالا باشد. با این وجود، یک مارپیچ داغ، کثیف یا دارای ایراد باعث می شود تا مواد به آن بچسبند و بدینسان اصطکاک مارپیچ بالا می‌رود.

غیر یکنواختی در ذوب شدن نیز خود را در مواردی که در شکل خوراک و مواد غیر یکنواختی وجود دارد نشان می‌دهد که می‌تواند باعث ذوب زودرس قسمتی از مواد و چسبیدن آن‌ها به مارپیچ شود. این مشکلات گفته شده سبب می‌شود تا مواد منتقل شده به دای یکنواخت نبوده و بصورت ضربانی انتقال یابند.

به عبارت دیگر هنگامی که بستر جامد به سمت پایین مارپیچ حرکت می‌کند، باید به طور یکنواخت ذوب شود، اما اگر ازهم بپاشد باعث بروز این پدیده می‌شود. این اثر به شکسته شدن بستر جامد نیز معروف است. و در نهایت به کاهش تولید می‌انجامد.

راه حل جلوگیری از غیر یکنواختی خوراک دهی:

در اکستروژن فیلم دمشی، مخصوصا برای مواد پلی پروپیلن PP، رایج ترین روش برای جلوگیری از غیر یکنواختی تغذیه استفاده از گلویی تغذیه شیار دار است.بطور مثال در فرآیند تولید ظروف یکبار مصرف که از مواد ppz30s  ویا مواد PPC30S  استفاده میشود .

 گلویی شیاردار تغذیه باعث افزایش اصطکاک بین برل و مواد خوراک می‌شود و پایداری خوراک را افزایش می‌دهد.

با این حال به علت اینکه می‌تواند از ورود مواد تا حدی جلوگیری کند راه حل دیگری نیز رایج است. که این راه حل استفاده از یک مارپیچ با سطح کاملا صاف و استفاده از موادی با شکل یکدست می‌باشد. سطح مارپیچ را می‌توان بروش آبکاری با موادی مانند کروم و .. و صیقل کاری کرده و کاملا بهبود بخشید و اصطکاک را پایین آورد.

راه حل جلوگیری از ذوب غیر یکنواخت:

راه حل این مشکل تمرکز بر روی افزایش انرژی گرمایی به جامد است. اولین اقدام می تواند تغییر در سرعت مارپیچ باشد. برخی موارد لازم است تا سرعت را افزایش دهیم تا تنش برشی وارده به مواد بیشتر شود، برخی موارد لازم است تا سرعت را کاهش دهیم تا زمان اقامت مواد در برل بیشتر شده و تحت حرارت بیشتری قرار گیرند. دومین اقدام می تواند تغییر در پروفایل دمایی باشد، مشخصا افزایش دما، اقدام بعدی می‌تواند تغییر در طراحی مارپیچ باشد.

• دمای مذاب بالا:

به عنوان یک قانون اقتصادی در نظر  داشته باشید که همیشه بهتر است بیش از حد گرما تولید نکنید و دمای اکستروژن را بالا نبرید، در این صورت هم انرژی مصرفی بالا نمی‌رود و هم انرژی برای خنک سازی پایین خواهد آمد.

این کار علاوه بر جنبه اقتصادی، دلایل دیگری نیز دارد. حذف گرمای اضافی از مواد و در نتیجه از حباب فیلم خود یک عامل محدود کننده در تولید محسوب می‌گردد. اگر دمای مذاب هنگام خروج از دی تا حد امکان پایین باشد باعث تولید سریع تر خواهد بود و زمان و انرژی زیادی برای خنک سازی صرف نمی‌شود.

مشکل دمای بالا می تواند دو علت داشته باشد. علت اصلی احتمالی به دلیل نادرست بودن دماهای تنظیم شده دستگاه است ، طراحی نامناسب مارپیچ. نیز دلیل دوم ضمنا، اگر این مشکل با گذشت زمان به وجود آمده باشد می‌تواند به دلیل آلودگی اسکرین پک، یا مارپیچ باشد.

• نیاز به خنک کاری بیش از حد:

همه اکسترودرها دارای یک سیستم خنک کننده برل هستند، مانند فن یا سیستم چرخش آب تا به وسیله آن گرمای اضافی پلیمر را خارج کنند. البته بهتر است گرماهای اضافه از اول به مواد وارد نشوند. بنابراین هنگامی که کنترل کننده دما در یک اکسترودر همیشه خواستار خنک شدن است، نشان می دهد که یک جای کار می‌لنگد.

در یک سیستم با بازدهی بالا و کارآمد، اکسترودر فقط انرژی مورد نیاز سیستم را که لازم است پلیمر را ذوب کند تامین می‌کند و نه بیش از آن. این انرژی از طریق ترکیبی انرژی مکانیکی (اصطکاک پیچ) و گرمای هدایتی (از طریق هیترها) تامین می‌شود. اگر انرژی حرارتی تولید شده بیش از حد باشد، کنترل کننده دما اعلام می‌کند که به خنک کاری نیاز است.

دقیقا عواملی که در قسمت قبل برای افزایش بیش از حد دمای مذاب گفته شد در اینجا نیز صادق است و باعث می‌شود خنک سازی اضافی نیاز باشد. تفاوت در اینجا این است که دمای ست شده و تنظیم شده یک ناحیه برل ممکن است لزوما منجر به دمای اضافی مذاب خروجی از دای نشود. برای مثال، یک ناحیه در میانه برل ممکن است دارای گرمای زیادی باشد ولی هنوز دمای خرجی مواد از دای مطلوب باشد. این هم یک مشکل است و دستگاه می‌خواهد آن را خنک کند. این می تواند ناشی از طراحی نامناسب مارپیچ باشد.

• خروجی کم:

مسئله خروجی کم اکسترودر معمولا به کاهش توان RPM یا دور موتورمی‌باشد. در بیشتر موارد افزایش خروجی به سادگی و با افزایش سرعت مارپیچ در دسترس خواهد بود. این روش شاید باعث حل یک مشکل شود اما ممکن است باعث بروز مشکلات دیگری شود.

این مشکل می‌تواند ناشی از محدود شدن جریان باشد که خود می‌تواند ناشی از گرفتگی صفحه پشت دای و مارپیچ و سایش مارپیچ باشد. صفحه فیلتر ، آلودگی‌های مذاب را جذب کرده و باعث محدودیت در جریان می‌شوند.  این محدودیت سبب افزایش فشار کلگی می‌شود. می‌توان با تعویض این فیلتر مشکل را حل کرد.  البته ممکن است مش صفحه مناسب نبوده و از ابتدا باعث بروز مشکل شده باشد.

بخش دوم: مشکلات تولید فیلم نایلون F7000 در فرایند فیلم دمشی

شکست مذاب

شکست مذاب یک نقص زیبایی و در ظاهر محصول است که به صورت زبری یا امواج بر روی سطح فیلم F7000 ظاهر می‌شود. این عیب با اسامی دیگری مانند پوست پرتقالی یاsharkskin  نیز شناخته می‌شود.

تنش برشی محصول ویسکوزیته و سرعت برش پلیمر است. بنابراین ، هرگونه تغییر فرآیندی که باعث کاهش ویسکوزیته یا سرعت برشی شود، یک راه حل بالقوه برای شکست مذاب است. ساده ترین اصلاح فرآیند ، افزایش دمای مذاب هنگام عبور از دای است و در نتیجه ویسکوزیته را کاهش می‌دهد. به طور کلی ، افزایش دمای دای بهترین روش است. راه حل معمول دیگر افزودن روان کننده به ترکیب مواد است که از دو طریق ممکن است کمک کند. اول ، ممکن است به پلیمر اجازه دهد با مقاومت داخلی کمتر (گرانروی). دوم ، باقی گذاشتن یک پوشش نازک در سطح قالب داخلی که باعث می‌شود مواد با چسبندگی کم تری از طریق قالب جریان یابند.

کاهش نرخ برشی برای از بین بردن شکست مذاب می‌تواند به چند روش انجام شود، هرچند انجام این روش ها کار آسانی نیست. روش اول افزایش شکاف و فاصله دای است. البته این افزایش سبب تغییرات ضخامت فیلم و قطر حباب می‌شود که باید با افزایش سرعت خط جبران شود.

نایکنواختی ضخامت در نایلون تولید شده توسط مواد پلی اتیلن F7000

روش دوم کاهش سرعت مارپیچ و به سبب آن کاهش سرعت جریان در دای است.

شاید مهم ترین هدف اپراتور، تولید فیلمی باشد که دارای ضخامت مشخص و مورد نظر باشد. تغییرات ضخامت می تواند منجر به خرابی محصول، خرابی ماشین آلات و تولید ضایعات بالا گردد.

تغییرات فیلم می تواند در زمان یا نسبت به موقعیت باشد.

در مورد وابستگی به زمان، ضخامت در جهت ماشین ممکن است در اثر surging اکسترودر ایجاد شود. همچنین ناپایداری حباب می‌تواند به تغییر ضخامت منجر شود. این بی‌ثباتی می‌تواند به صورت نوسان در قطر یا ارتفاع خط شبنم رخ دهد.

برخی مواقع ارتفاع خط شبنم خیلی زیاد است که با خنک سازی اضافی از طریق افزایش سرعت هوای دمنده و کاهش دمای هوا می‌توان آن را رفع کرد. در برخی موارد دیگر، مخصوصا زمانی که حلقه هوا به حباب خیلی نزدیک است، کاهش سرعت خنک سازی می‌تواند شرایط را تثبیت کند.

حالت اول “draw resonance“ به عنوان یک تغییر مداوم در قطر حباب است. این فرایند هنگامی رخ می‌دهد که مذاب خیلی سریع و به سرعت کشیده شود. برای حل این مشکل باید سرعت بالا کشیده شدن را کاهش داد یا دور مارپیچ را زیاد کرد که نسبت خروج مواد و کشیده شدن آن همسان شود.

حالت دوم “helical instability“ یا بی ثباتی مارپیچی است. هنگامی رخ می دهد که خط شبنم خیلی پایین است و اجازه نمی‌دهد هوای خنک کننده به مقدار کافی در اطراف حباب خارج شود. برای حل این مشکل باید ارتفاع خط شبنم را توسط تغییراتی مانند افزایش خروجی بالا برد.

حالت سوم “Frost Line Oscillation“ یا نوسان خط شبنم می‌باشد. این پدیده به عنوان حرکت و نوسان بالا و پایین خطی است که در آن حباب  به حداکثر قطر خود می‌رسد. این می‌تواند به دلایل مختلفی مانند تفاوت در خروجی اکستروژن و surging و تغییر در شرایط اطراف حباب ایجاد شود. پس راه حل اساسی حل surging توسط بهبود خوراک دهی مواد جامد و یکنواخت کردن ذوب می‌باشد.

حالت چهارم “Bubble Sag“  بدین معناست که ارتفاع ساقه بسیار پایین است و حداکثر قطر حباب در همه نقاط گسترش می‌یابد.دلیل این پدیده خنک سازی ناکافی است.

حالت پنجم ” bubble tears“ می‌باشد. این مشکل در لبه‌های دای، زمانی که سرعت کشش فیلم خیلی زیاد است رخ می‌دهد. وقتی فیلم خیلی سریع کشیده شود، یا خیلی سریع سرد شود، ممکن است این پدیده رخ دهد. راه حل بالقوه آن شامل افزایش درجه حرارت لبه‌های دای و کاهش سرعت بالا کشیدن است.

حالت ششم “bubble flutter“ یا لرزش حباب، معمولا هنگامی رخ می‌دهد که ارتفاع خط شبنم کم است و باعث می‌شود هوای جاری از حلقه هوا باعث لرزش در پایه حباب شود. راه حل این مشکل افزایش خط شبنم با اقداماتی مانند کاهش سرعت دمنده است.

مشکل کثیف بودن دای

حالت آخر “bubble breathing” زمانی رخ می دهد که حجم هوا داخل حباب متناوبا  افزایش و کاهش می‎‌یابد، این در درجه اول یک مشکل در سیستم خنک کننده حباب داخلی (IBC) است زیرا یک تبادل هوای داخلی متناوبا در حال انجام است. باید شیرها و سنسورهای آن را بررسی کنید.

ممکن است بر روی حباب تشکیل شده به صورت پیوسته خطوطی در جهت ماشین دیده شود که باعث کاهش زیبایی، براقیت و شفافیت و همچنین خواص مکانیکی مانند استحکام پارگی می‌شود.

مشکل ژل شدگی در فرایند تولید فیلم نایلون F7000:

شایع ترین علت این مشکل، کثیف بودن دای است. با گذشت زمان، مواد حتی به مقدار ناچیز در اثر حرارت تخریب می‌شوند و می‌توانند به سطوح داخلی دای بچسبند و به صورت تجمع ذرات سوخته خود را نشان دهند. پس با عبور جریان مذاب پلیمری از شکاف دای، و عبور از این تجمع مواد، سبب ایجاد خطوطی در فیلم خواهد شد. جداکردن و تمیزکاری دای به صورت متناوب می‌تواند این مشکل را حل کند. البته ممکن است این خطوط به دلیل وجود خط و خراشیدگی در لبه دای نیز باشند که باید با ماشینکاری رفع گردد.

ژل یا اثر fisheye، تشکیل توده های گلوله ای شکل کوچگ و سختی می باشد که در فیلم یا سطح آن قرار می گیرند.

به طور کلی توده های موجود در سطح فیلم ها می تواند ناشی از مواد ذوب نشده خوراک و یا از مواد کاملا ذوب شده تشکیل شده باشد. ژل شامل پلیمر تخریب شده با وزن مولکولی بسیار بالا است  که ممکن است حتی به صورت شبکه ای و دارای پیوند عرضی باشد. مشکلاتی مانند زیبایی سطح و نیز ایجاد تمرکز تنش و ضعیف کردن فیلم از ژل ناشی می‌شود.

همچنین ژل می‌تواند از مواد اولیه نشات بگیرد و یا در طول فرایند اکستروژن تولید شود. اگر ژل از مواد اولیه باشد، باید سریعا رزین مورد استفاده را تعویض کرد. ولی در اکثر مواقع ژل شدگی همانطور که گفته شد در اثر حرارت بیش از حد و تخریب پلیمر در طول فرایند اکستروژن رخ می‌دهد. این گرمای بیش از حد می‌تواند به دلیل دمای تنظیم شده بالا باشد ولی در اکثر مواقع به علت بالا بودن زمان اقامت مواد در اکسترودر و بالا بودن تنش‌های مکانیکی وارد بر آن است.

ممکن است مقدار کمی از مواد در اکسترودر به صورت جامد باقی بماند و زمان طولانی را در اکسترودر صرف کند و در نهایت تخریب شده، سپس نرم شده و با مذاب خارج شود که تشکیل ژل را می دهد. باید در هنگام تمیز کاری منبع این ژل ها که ممکن است پره های مارپیچ باشد را پیدا و تمیز کاری نمود.

همچنین ژل ممکن است مربوط به انرژی مکانیکی بالای وارد شده در ابتدای اکسترودر باشد. به عنوان مثال گلویی شیار دار تغذیه و برخی اجزای اختلاط می‌توانند انرژی زیادی به مذاب وارد کنند و این انرژی سبب بالا رفتن دمای آن نقطه شده و منجر به تشکیل ژل شود.

مشکلات خواص مکانیکی ضعیف در تولید فیلم پلی اتیلن F7000

یک راه حل عالی برای حل مشکل ژل شدگی با هر علتی می‌تواند استفاده از افزودنی پایدارکننده‌ای مانند عوامل آنتی اکسیدان‌ها باشد که مانع از شروع تخریب و انتشار یا رشد آن می‌شود.

مهم ترین ویژگی‌های مکانیکی یک فیلم عبارت است از استحکام کششی، استحکام پارگی و مقاومت به ضربه. استحکام کششی و پارگی در هر دو جهت ماشین و عمود بر آن اهمیت دارد.

این ویژگی ها در فیلم تولیدی به چند عامل وابسته است.

عامل اول نوع پلیمری است که فیلم از آن تهیه می‌شود ( در این مورد پلی اتیلن F7000 )،. بعضی پلیمرها مانند پلی آمیدها (نایلون) در ذات خود دارای استحکام مکانیکی بالایی هستند و بعضی پلیمرها مانند LDPE دارای استحکام ضعیفی هستند. البته توجه داشته باشید ممکن است بسته به کاربرد فیلم مورد نظر، شاید این خواص اهمیت بالایی نداشته باشند.مواد پلی اتیلن سبکی که برای تولید فیلم توصیه میشود مواد پلی اتیلن سبک فیلم F7000 تولید پتروشیمی مهر می‌باشد.

فاکتور دوم ترکیب فرمولاسیون و آمیزه ای است که مورد استفاده قرار می‌گیرد و به اکسترودر وارد می‌شود. یعنی اهمیت استفاده از افزودنی‌ها،. اگرچه بعضی افزودنی‌ها مثل آنتی استاتیک‌ها تاثیر خاصی بر خواص مکانیکی ندارند اما تعداد زیادی از آن ها نیز نقش مهمی در این خواص ایفا می‌کنند.

 تقویت کردن مواد با روش‌هایی مانند تقویت کردن با الیاف شیشه، باعث افزایش خواص مکانیکی کششی خواهد شد. از طرفی افزودنی‌های پایه لاستیکی، باعث بهبود خواص ضربه خواهد شد. توجه داشته باشید اگر مقدار این افزودنی‌ها از حد خاصی بیشتر شود، باعث جمع شدن این افزودنی‌ها، تمرکز تنش و در نتیجه ضعیف شدن فیلم در آن محل می‌شود.

فاکتور سوم تاثیر فرایند و شرایط آن می باشد. مهم ترین راه تاثیر فرایند بر خواص مکانیکی، جهت یافتگی زنجیره‌ها و مولکول‌های پلیمری ناشی از کشش حباب فیلم است. همانطور که در فرایند تولید فیلم دمشی نیز توضیح داده شد، جهت یافتگی در جهت ماشین به علت کشیده شدن حباب به سمت بالا و جهت یافتگی در جهت عمود بر ماشین به علت دمیده شدن حباب می‌باشد که تاثیر زیادی بر استحکام فیلم خواهد داشت. به‌طور کلی با کشش و جهت گیری زنجیره‌ها در یک جهت خاص، استحکام کششی فیلم در آن جهت افزایش پیدا خواهد کرد  ولی استحکام پارگی کاهش پیدا می‌کند.

عواملی دیگری نیز در فرایندمی‌تواند بر خواص مکانیکی فیلم تولیدی از پلی اتیلن F7000 پتروشیمی مهر تاثیرگذار باشد. ارتفاع خط شبنم، که تحت تاثیر سرعت خنک سازی حباب است بر درجه کریستالی یا بلورینگی پلیمر اثرگذار است. مناطق کریستالی، متراکم تر و چگال تر هستند، در نتیجه از سایر قسمت‌ها سخت تر می‌باشند. بنابراین وجود کریستال و بلور در فیلم سبب افزایش چشم گیر استحکام مکانیکی و مقاومت ضربه خواهد شد.

فاکتور دیگر شرایط فرایندی تاثیرگذار بر خواص مکانیکی، زمان اقامت مواد است. زمان اقامت مواد در واقع مدت زمانی است که مولکول‌های پلیمری در دمای بالای خط اکستروژن باقی می‌مانند و تحت تاثیر و قابل تنظیم با دور مارپیچ می‌باشد و پارامترهایی مانند طراحی پیچه، طراحی دای و فشار کلگی نیز بر آن اثر گذار خواهد بود.

 هرچه زمان اقامت افزایش یابد، مقدار تخریب پلیمر افزایش می‌یابد و در نتیجه باعث کاهش خواص مکانیکی می‌شود.

مشکلات خواص نوری ضعیف در تولید فیلم نایلون F7000

خواص نوری ضعیف در فیلم تولیدی می توان علل مختلفی داشته باشد که به طور کلی این علل به دو دسته تقسیم بندی می شوند. مواد و فرایند

مشکلاتی که در مواد می تواند باعث ضعیف شدن خواص نوری مانند براقیت و شفافیت شود، وجود آلودگی در مواد و جدایی فازی منشا شده از ناسازگاری مواد مختلف است. آلودگی ناشی از وجود ذرات خارجی در اکسترودر یا مواد اولیه است که این ذرات می تواند خواص نوری سطح فیلم را خراب کند. جدایی فازی نیز زمانی رخ می دهد که آلیاژ دو پلیمر یا ترکیب پلیمر و افزودنی ها به علت ناسازگاری درست انجام نگیرد و  منجر به کاهش خواص نوری و شفافیت شود.

مشکلات فرایندی می تواند مانند خط دای (در بالا توضیح داده شد)، سرعت خنک سازی پایین، شکست مذاب و یا در فیلم‌های چندلایه، ناسازگاری بین سطح لایه‌ها باشد.

مشکلات خط دای در قسمت های بالا شرح داده شد. سرعت خنک سازی اما پارامتر کلیدی در این قضیه می‌باشد چراکه اثر مستقیمی بر کریستال یا بلورینگی فیلم دارد. هرچه مقدار بلور بیشتر باشد، پلیمر مات تر است و خواص نوری پایین‌تری دارد. پس هرچه سرعت خنک سازی بیشتر باشد، مقدار بلور کمتر و خواص نوری و شفافیت فیلم بهتر خواهد بود.

چین و چروک در فیلم نایلون F7000

چروک یکی از متداول ترین مشکلات ایجاد شده در فیلم است. چین و چروک موجود در فیلم ها علت مختلفی می تواند داشته باشد که باید که فرایند بالادست تولید فیلم را دقیقا مورد ارزیابی قرار داد. به عنوان مثال چروک در جهت ماشین می تواند به علت کشیدگی بیش از حد فیلم در قسمتی خاص و یا لرزش یک غلطک باشد که باید اصلاح گردد. چین و چروک در جهت عمود بر ماشین می‌تواند به علت زاویه بیش از حد قاب‌های تخت کننده باشد و یا عدم تنظیم غلطک‌ها.

در این مقاله سعی کردیم در حد بضاعت به مشکلات تولید نایلون F7000 و مواردی که تولید کنندگان را با دردسر مواجه می‌کند بپردازیم ، این موارد میتواند در تولید نایلون با سایر گریدهای پلیمر نیز پیش بیاید که تفاوت زیادی با موارد ذکر شده نخواهند داشت ، برای تهیه مواد اولیه مناسب و مشاوره خرید با کارشناسان ما در پلاستوایران تماس بگیرید و از مشاوره رایگان برخوردار شوید.