Processo e controllo dello stampaggio di film in bolla per estrusione

 

 

Per produrre pellicole plastiche di diversi tipi e specifiche, oltre a selezionare un estrusore, una testa per soffiaggio e un'attrezzatura ausiliaria adeguati, è anche necessario scegliere metodi di stampaggio e condizioni di processo adeguati. Solo in questo modo le operazioni potranno svolgersi senza intoppi e garantire film di alta-qualità.

 

 

In base alla direzione di trazione del film, la produzione di film soffiati può essere suddivisa in tre tipologie: estrusione piatta soffiaggio piatto, estrusione piatta soffiaggio verso l'alto e estrusione piatta soffiaggio verso il basso, dove l'estrusione piatta soffiaggio verso l'alto è la più comune.

 

1. Metodo di soffiaggio piatto per estrusione piatta

Il flusso del processo del metodo di soffiaggio piatto dell'estrusione è mostrato nella Figura 1-15. Questo metodo utilizza una testa portapettini diretta e sia la testa portapettini che l'attrezzatura ausiliaria hanno strutture relativamente semplici, rendendo conveniente l'installazione e il funzionamento dell'attrezzatura. Tuttavia, l'estrusore occupa un ingombro elevato. A causa del flusso di aria calda verso l'alto e di aria fredda verso il basso, il raffreddamento della parte superiore della bolla della pellicola è più lento della parte inferiore. Quando la plastica ha un'elevata densità o il diametro della bolla è grande, la bolla tende ad abbassarsi, con conseguente scarsa uniformità dello spessore del film e difficoltà di regolazione. Tipicamente, questo metodo è adatto per lo stampaggio di film soffiati in PE e PVC con una larghezza pari o inferiore a 600 mm.

 

 

2. Metodo di soffiaggio verso l'alto per estrusione piatta

Il flusso del processo del metodo di estrusione piatta con soffiaggio verso l'alto è mostrato nella Figura 1-16. Questo metodo utilizza una testa della filiera ad angolo retto, dove la direzione di scarico del materiale è perpendicolare alla direzione del flusso nel cilindro dell'estrusore. Il tubo estruso viene tirato verticalmente verso l'alto, gonfiato, pressato e inserito nel rullo di trazione. Il vantaggio principale di questo metodo è che l'intera bolla è supportata dal segmento superiore raffreddato e resistente, garantendo una trazione stabile della pellicola. Può produrre film con un'ampia gamma di spessori e larghezze (ad esempio, diametri superiori a 10 m). Inoltre, l'estrusore è installato a terra, senza richiedere una piattaforma operativa, facilitandone il funzionamento con un ingombro ridotto e consentendo un'ampia gamma di spessori di film con spessore relativamente uniforme. Gli svantaggi principali sono che l'aria calda attorno alla bolla sale mentre l'aria fredda scende, il che è sfavorevole al raffreddamento; la curvatura a 90 gradi della testa della filiera aumenta la resistenza al flusso del materiale, causando potenzialmente la decomposizione del materiale in corrispondenza della curvatura; e l'altezza della fabbrica deve essere maggiore. Inoltre, la testa della filiera e l'attrezzatura ausiliaria hanno strutture complesse.

 

 

3. Metodo di soffiaggio verso il basso per estrusione piatta

Anche il metodo di estrusione piatta e soffiaggio verso il basso utilizza una filiera ad angolo retto-, ma il tubo viene disegnato verticalmente verso il basso, come mostrato nella Figura 1-17. La direzione di trazione della bolla è opposta al flusso d'aria calda proveniente dalla testa della filiera, facilitando il raffreddamento della bolla. Inoltre, è possibile utilizzare una camicia d'acqua per raffreddare direttamente la bolla, migliorando significativamente l'efficienza produttiva e la trasparenza della pellicola. Questo metodo offre buoni effetti di raffreddamento e la pellicola viene trascinata verso il basso per gravità nel rullo di trazione, rendendolo più conveniente rispetto al metodo di soffiaggio verso l'alto. Consente inoltre velocità di linea di produzione più elevate e produttività più elevata. Tuttavia, l'intera bolla è supportata dal segmento di plastica non solidificata, rendendola soggetta a rottura durante la produzione di pellicole più spesse o a velocità di trazione elevate, soprattutto per plastiche con densità maggiore. L'estrusore deve essere installato su una piattaforma operativa elevata, aumentando i costi di installazione e i disagi operativi. Grazie al rapido raffreddamento con la camicia d'acqua, questo metodo è adatto per resine con bassa viscosità del punto di fusione ed elevata cristallinità (ad es. resina PP) e può essere utilizzato per produrre pellicole per imballaggio altamente trasparenti.

 

 

Tra i metodi di produzione di film in bolla, il metodo più comunemente utilizzato è il metodo di estrusione piana, soffiaggio verso l'alto. Di seguito vengono descritte le operazioni di produzione per questo metodo, come mostrato nella Figura 1-18.

 

 

1.Riscaldamento: Riscaldare l'estrusore e la testa della filiera alla temperatura richiesta utilizzando i riscaldatori e mantenere la temperatura per un certo periodo.

2.Alimentazione ed estrusione: Una volta che l'estrusore e la testa della filiera soddisfano i requisiti di isolamento, avviare l'estrusore e aggiungere una piccola quantità di plastica (polvere o pellet) nella tramoggia. Inizialmente, la vite ruota a bassa velocità. Dopo che il materiale fuso è passato attraverso la testa della filiera e si è gonfiato formando una bolla, aumentare gradualmente la velocità della vite, riempire la tramoggia e osservare se il volume di estrusione attorno alla bolla è uniforme. Se la bolla è inclinata o ha uno spessore non uniforme, regolare la temperatura circostante e l'ampiezza dello spazio. Per zone con scarico più rapido, abbassare la temperatura e serrare le viti; viceversa aumentare la temperatura e allentare le viti.

3.Sollevamento: Raccogliere il materiale fuso in uscita dalla testa della filiera, sollevarlo e introdurre una piccola quantità di aria per impedire l'adesione.

4.Rulli di alimentazione: Alimentare la bolla sollevata nei rulli di pressione, che la pressano in una pellicola piegata. La pellicola viene quindi guidata tramite rulli di guida verso l'avvolgitore.

5.Inflazione: dopo aver inserito la bolla nei rulli, gonfiarla con aria e regolare la velocità di trazione e il rapporto di gonfiaggio-per garantire che la larghezza e lo spessore della piega della pellicola soddisfino i requisiti. Poiché l'aria nella bolla è sigillata dai rulli di pressione, riesce a malapena a fuoriuscire, mantenendo una pressione costante nella bolla.

6.Regolazione: La tolleranza dello spessore del film può essere corretta regolando il gioco della matrice, la posizione dell'anello di raffreddamento, il volume dell'aria e la velocità di trazione. La tolleranza della larghezza della pellicola viene regolata principalmente controllando la dimensione di gonfiaggio.

 

 

1. Temperatura di stampaggio

Il controllo della temperatura è fondamentale nel processo di film in bolla, in quanto influisce direttamente sulla qualità del prodotto. Per le plastiche-sensibili al calore come il PVC, è essenziale un controllo preciso della temperatura e il corretto coordinamento della temperatura e del tempo di riscaldamento è fondamentale.

La temperatura di lavorazione è impostata per raggiungere la viscosità ottimale del fuso nello stato di flusso, garantendo prodotti qualificati. Materie prime diverse richiedono temperature diverse; per lo stesso materiale spessori diversi del film richiedono temperature di lavorazione diverse; e anche per lo stesso materiale e spessore, estrusori diversi possono richiedere temperature diverse. Le pellicole più sottili richiedono una migliore fluidità del fuso, quindi per lo stesso materiale, una pellicola da 20 μm richiede una temperatura di riscaldamento molto più elevata rispetto a una pellicola da 80 μm.

 

Il controllo della temperatura può essere suddiviso in due metodi: uno aumenta gradualmente la temperatura dalla sezione di alimentazione allo stampo, mentre l'altro mantiene bassa la temperatura della sezione di alimentazione, aumenta bruscamente la temperatura nella sezione di compressione (controllata alla temperatura di plastificazione ottimale del materiale) e la riduce nella sezione di dosaggio per mantenere lo stato fuso. La temperatura dello stampo dovrebbe mantenere il materiale in uno stato fluido e potrebbe essere uguale o inferiore di 10-20 gradi rispetto alla temperatura finale del cilindro, a seconda del rapporto tra lunghezza-e-diametro della vite.

 

Per le plastiche-sensibili al calore come il PVC, la temperatura del cilindro deve essere inferiore alla temperatura della testa della filiera per evitare il surriscaldamento e la decomposizione nel cilindro. Per le plastiche come PE e PP, che sono meno soggette al surriscaldamento, la temperatura della filiera può essere inferiore alla temperatura del cilindro, favorendo il raffreddamento e la stabilizzazione delle bolle, migliorando così la qualità della pellicola.

 

Il controllo della temperatura è complesso e richiede una conoscenza approfondita delle proprietà dei materiali e delle condizioni di lavorazione per ottimizzare le temperature di riscaldamento. Gli intervalli di controllo della temperatura di estrusione per le pellicole soffiate comunemente utilizzate sono mostrati nella Tabella 1-5.

 

Tabella 1-5 Intervalli di controllo della temperatura di estrusione per le pellicole soffiate di uso comune

 

Tipo di pellicola			Temperatura/grado della canna		Connettore Temperatura/gradi		Temperatura/gradi della testa portapettini
PVC (Polvere)	Soffio ad alta-velocità	160 - 175 170 - 185		170 - 180 180 - 190		185 - 190 190 - 195
PE PP			130 - 160 190 - 250		160 - 170 240 - 250		150 - 160 230 - 240
Pellicola composita	PE PP	120 - 170 180 - 210		210 - 220 210 - 220		200 200

Le temperature di riscaldamento del cilindro e della testa della filiera influiscono in modo significativo sulle proprietà dello stampaggio e della pellicola. Temperature eccessivamente elevate possono rendere fragile la pellicola, riducendo in particolare la resistenza alla trazione longitudinale. Le alte temperature possono anche causare onde di vibrazione trasversali periodiche nella bolla. Se la temperatura è troppo bassa, la resina potrebbe non essere completamente miscelata e plastificata, con conseguente flusso irregolare del materiale, che compromette l'uniformità di allungamento, lucentezza e trasparenza. Le basse temperature di lavorazione possono anche causare "occhi di pesce" sulla superficie della pellicola, dove le punte dei cristalli sono circondate da motivi simili ad anelli annuali-, con una pellicola più sottile attorno alle punte dei cristalli. Inoltre, le basse temperature riducono l'allungamento del film alla rottura e la resistenza agli urti.

 

2. Rapporto-di esplosione

Il rapporto di espansione-non solo determina la larghezza di piegatura della pellicola, ma influisce anche su varie proprietà della pellicola. Pertanto, la scelta del rapporto di espansione- dovrebbe considerare sia la larghezza della piega che le prestazioni. Il rapporto di espansione- è limitato anche dalle proprietà della plastica (ad esempio, peso molecolare, cristallinità, tensione di fusione). La Tabella 1-6 elenca gli intervalli ottimali del rapporto di ingrandimento per diversi tipi e applicazioni di pellicole come riferimento.

 

Tabella 1-6 Intervalli ottimali del rapporto di ingrandimento per vari film

Tipo di pellicola	PVC	LDPE	LLDPE	HDPE (ultra-sottile)	PP	PA	Film termoretraibile, film estensibile, pellicola trasparente
Rapporto-esplosione	2.0~3.0	2.0~3.0	1.5~2.0	3.0~5.0	0.9~1.5	1.0~1.5	2.0~5.0

 

Un rapporto di gonfiaggio maggiore- migliora le proprietà ottiche della pellicola perché il flusso irregolare di materiale nella resina fusa può estendersi longitudinalmente e trasversalmente, rendendo la pellicola più liscia. L'aumento del rapporto di espansione- aumenta anche la resistenza all'impatto, la resistenza alla trazione trasversale e la resistenza allo strappo trasversale, mentre la resistenza alla trazione longitudinale e la resistenza allo strappo diminuiscono relativamente. Entrambe le resistenze allo strappo direzionali si stabilizzano quando il rapporto di espansione-supera 3. L'allungamento longitudinale diminuisce all'aumentare del rapporto di espansione-, mentre l'allungamento trasversale rimane relativamente stabile, aumentando solo quando lo spazio anulare della matrice si allarga.

 

3. Rapporto di trazione

Quando la velocità di trazione viene aumentata (rapporto di trazione maggiore), il flusso irregolare di materiale dallo stampo non può rilassarsi completamente prima del raffreddamento e della solidificazione, con conseguenti proprietà ottiche scadenti. Anche l’aumento della velocità di estrusione non può impedire una diminuzione della trasparenza della pellicola. A una velocità di estrusione costante, l'aumento della velocità di trazione interrompe l'equilibrio delle forze longitudinali e trasversali, aumentando la resistenza longitudinale e diminuendo la resistenza trasversale.

 

Il rapporto di espansione-e il rapporto di trazione rappresentano rispettivamente i multipli dell'espansione trasversale e dell'allungamento longitudinale. Se si aumentano entrambi, lo spessore del film diminuisce mentre aumenta la larghezza della piega, e viceversa. Pertanto, il rapporto di gonfiaggio-e il rapporto di trazione sono parametri critici che determinano le dimensioni e le proprietà finali del film.

 

4. Raffreddamento della pellicola

Il raffreddamento è fondamentale nella produzione di film in bolla e il grado di raffreddamento influisce in modo significativo sulla qualità del prodotto. Il tempo di viaggio della bolla dallo stampo ai rulli di trazione è generalmente superiore a 1 minuto (non superiore a 2,5 minuti). Entro questo breve tempo la bolla deve raffreddarsi e solidificarsi; in caso contrario, le bolle potrebbero aderire sotto la pressione dei rulli di trazione, compromettendo la qualità della pellicola.

 

La velocità di raffreddamento durante il soffiaggio influisce sulla forma della bolla, come mostrato nella Figura 1-19. La Figura 1-19a mostra la forma della bolla con una velocità di raffreddamento più lenta. Nella produzione effettiva, questa forma si forma quando l'anello di raffreddamento è posizionato più in basso, il volume dell'aria è piccolo e la temperatura dell'aria nell'anello di raffreddamento non è molto bassa. La Figura 1-19b mostra la forma delle bolle quando la pellicola viene raffreddata immediatamente dopo aver lasciato la testa della filiera. Nella produzione effettiva, questa forma si forma quando l'anello di raffreddamento è basso, il volume dell'aria è grande e la temperatura dell'aria è molto bassa. La Figura 1-19c mostra la forma delle bolle quando la pellicola viene raffreddata rapidamente ad una certa distanza dalla testa della filiera. Nella produzione effettiva, questa forma si forma quando l'anello di raffreddamento è posizionato più in alto, il volume dell'aria è grande e la temperatura dell'aria è molto bassa.

 

 

 

I fenomeni anomali più comuni, le loro cause e le soluzioni nella produzione di film soffiato sono elencati nella Tabella 1-7.

Tabella 1-7 Fenomeni anomali comuni, cause e soluzioni nella produzione di film soffiato

 

Fenomeno anomalo	Cause	Soluzioni
Trazione della pellicola difficile	1. Temperatura della testa della fustella troppo alta o troppo bassa 2. Ampia variazione di spessore su un lato 3. Materie prime sporche con numerosi punti bruciati	1. Regolare la temperatura della filiera 2. Regolare lo spessore del film per uniformità 3. Sostituire la materia prima, pulire la testa della filiera e la vite
Rottura della pellicola	1. Temperatura della testa della fustella troppo alta o troppo bassa 2. Impurità o materiale decomposto nella massa fusa 3. Filtro o matrice bloccati 4. Velocità di trazione eccessiva 5. Spessore della pellicola non uniforme o rapporto di gonfiaggio-eccessivo	1. Regolare la temperatura della filiera 2. Pulisci lo stampo o sostituisci la resina 3. Sostituire il filtro e pulire lo stampo 4. Ridurre la velocità di trazione 5. Regolare lo spessore della pellicola, ridurre il-rapporto di espansione
Bolla inclinata	1. Temperatura del corpo macchina o dello stampo troppo elevata 2. Temperatura del connettore troppo alta 3. Spessore del film non uniforme	1. Abbassare la temperatura del corpo macchina o dello stampo 2. Abbassare la temperatura del connettore 3. Regolare lo spessore del film in modo che sia uniforme
Spessore della pellicola non uniforme	1. Distanza tra gli stampi non uniforme 2. Deformazione del nucleo dello stampo 3. Temperatura della testa della filiera non uniforme 4. Rapporto di gonfiaggio-eccessivo 5. Raffreddamento non uniforme 6. Aria compressa instabile	1. Regolare la distanza dello stampo 2. Sostituire lo stampo centrale 3. Ispezionare l'anello di riscaldamento della testa della filiera 4. Ridurre il-rapporto di esplosione 5. Regolare il volume dell'aria di raffreddamento per uniformità 6. Ispezionare il compressore d'aria
Rughe della pellicola	1. Spessore della pellicola non uniforme, rughe nelle aree sottili 2. Raffreddamento insufficiente o irregolare 3. Disallineamento della piastra a spina di pesce o dei rulli di trazione con la testata 4. Angolo eccessivo della placca a spina di pesce 5. Pressione irregolare del rullo di trazione 6. Tensione di avvolgimento incoerente 7. Rapporto di gonfiaggio-eccessivo, forma della bolla irregolare 8. Influenza dell'aria ambientale	1. Regolare lo spessore del film per uniformità 2. Migliorare il raffreddamento o ridurre la velocità di produzione 3. Correggere l'allineamento della linea centrale 4. Ridurre l'angolo della piastra a spina di pesce 5. Regolare i rulli di trazione 6. Regolare i rulli di avvolgimento 7. Ridurre il-rapporto di espansione o sostituire lo stampo, regolare la forma della bolla 8. Stabilizzare il flusso d'aria ambientale
Scarsa trasparenza	1. Bassa temperatura di plastificazione 2. Altezza della linea di congelamento insufficiente 3. Velocità di trazione eccessiva 4. Rapporto di-esplosione ridotto	1. Aumentare la temperatura di stampaggio 2. Aumentare l'altezza della linea di congelamento 3. Ridurre la velocità di trazione 4. Aumenta il-rapporto di esplosione
Fioritura della superficie della pellicola	1. Bassa temperatura del corpo macchina o dello stampo 2. Velocità eccessiva della vite 3. Temperatura della vite troppo alta o troppo bassa 4. Formulazione impropria	1. Aumentare la temperatura del corpo macchina o dello stampo 2. Ridurre la velocità della vite 3. Regolare il flusso del mezzo di raffreddamento della coclea 4. Migliorare la formulazione
Impurità o macchie di bruciatura sulla superficie della pellicola	1. Impurità nella materia prima 2. Rete del filtro rotta 3. Decomposizione della resina 4. Miscelazione non uniforme	1. Schermare la materia prima 2. Sostituire lo schermo del filtro 3. Pulire la testa della filiera 4. Controllare rigorosamente il processo di impasto e plastificazione
Bolle sulla superficie della pellicola	Materia prima umida	Materia prima secca
Fori o strappi nella pellicola	1. Impurità nella materia prima 2. Rete filtrante bloccata o rotta 3. Rapporto di-esplosione eccessivo 4. Rapporto di trazione eccessivo 5. Dado bloccato 6. Corpi estranei sulla piastra di raffreddamento o sui rulli graffiano la pellicola	1. Sostituire la materia prima 2. Pulire o sostituire lo schermo del filtro 3. Regola il rapporto-di espansione 4. Ridurre il rapporto di trazione 5. Pulire lo stampo 6. Pulire la piastra a spina di pesce o le superfici dei rulli guida
Filigrane o opacità sulla superficie della pellicola	1. Bassa temperatura del cilindro dell'estrusore 2. Bassa temperatura dello stampo 3. Velocità eccessiva della vite 4. Fori dello schermo filtrante troppo grandi o strati insufficienti 5. Selezione impropria delle materie prime	1. Aumentare la temperatura della canna 2. Aumentare la temperatura dello stampo 3. Ridurre la velocità della vite 4. Sostituire con uno schermo filtrante più fine o aggiungere strati 5. Selezionare la materia prima appropriata
Occhi di pesce o blocchi duri sulla superficie della pellicola	1. Bassa temperatura dell'estrusore 2. Contaminazione con altre resine 3. Basso indice di fluidità della materia prima 4. Scarsa plastificazione delle viti	1. Aumentare la temperatura di estrusione 2. Sostituire la materia prima o rimuovere la resina contaminata 3. Utilizzare materie prime adeguate 4. Sostituire la vite qualificata
Segni evidenti della linea di cucitura	1. Temperatura eccessiva del die o del connettore 2. Decomposizione del materiale nello shunt del nucleo	1. Abbassare la temperatura del die o del connettore 2. Rimuovere l'asta centrale e pulirla
Pellicola appiccicosa (apertura scadente)	1. Temperatura di stampaggio eccessiva 2. Raffreddamento insufficiente 3. Velocità di trazione eccessiva 4. Pressione eccessiva del rullo pressore 5. Formulazione impropria (agente di apertura insufficiente)	1. Temperatura più bassa, in particolare la temperatura dello stampo 2. Migliora il raffreddamento 3. Ridurre la velocità di trazione 4. Regolare la pressione del rullo pressore 5. Aumentare il dosaggio dell'agente di apertura
Avvolgimento irregolare	1. Spessore del film non uniforme 2. Raffreddamento insufficiente 3. Spazio irregolare nel telaio a spina di pesce 4. Disallineamento del rullo di trazione 5. Aria intrappolata nel tubo della pellicola che causa grinze	1. Regolare lo spessore della pellicola 2. Migliora il raffreddamento 3. Correggere la distanza del telaio a spina di pesce 4. Regolare la forza di bloccaggio del rullo di trazione per uniformità 5. Rimuovere l'aria intrappolata per eliminare le rughe
Bordi irregolari del rotolo di pellicola	1. Tensione di avvolgimento insufficiente che causa lo scorrimento dei bordi- 2. Lama per il taglio della pellicola-smussata 3. Tensione di avvolgimento incoerente	1. Aumentare adeguatamente la tensione dell'avvolgimento 2. Sostituire con una nuova lama 3. Ispezionare il sistema di controllo della tensione