Memecahkan lima masalah umum dalam co-extrusion tiupan film

1. ketidakstabilan busa: Istilah ketidakstabilan gelembung mencakup berbagai jenis masalah yang terkait dengan stabilitas gelembung yang diekstrusi. Masalah utama termasuk pecahnya gelembung, pengerasan regangan, ketidakstabilan es dan gelembung bergetar.
Pecahnya gelembung: Ketika bahan cair yang keluar dari cetakan diregangkan secara berlebihan, mengakibatkan pecahnya struktur gelembung, akan terjadi pecahnya gelembung. Ini terjadi ketika kekuatan lelehan material yang diekstrusi tidak cukup untuk mencapai rasio semburan yang dipilih (BUR). Untuk menghindari masalah ini, pemilihan resin dapat dimodifikasi untuk menambahkan bahan dengan kekuatan leleh yang lebih tinggi ke dalam struktur film untuk meningkatkan kekuatan leleh secara keseluruhan. Misalnya, polietilen densitas rendah (LDPE) dimasukkan ke dalam film polietilen densitas rendah linier (LLDPE) untuk meningkatkan kekuatan leleh keseluruhannya.
Pengerasan regangan: Ketika polimer cair diregangkan dengan cepat ke arah mesin (MD) dan dengan demikian mengeras, terjadi pengerasan regangan. Ini akan menyebabkan fluktuasi tekanan gelembung internal dan lebar gelembung. Masalah ini dapat dicegah dengan mengurangi tingkat penarikan. Solusi lain adalah memodifikasi pemilihan resin untuk mengurangi viskositas tarik film secara keseluruhan, memungkinkan film meregang lebih banyak di MD tanpa pengerasan regangan.
Garis es yang tidak stabil: dalam proses yang stabil, garis es akan tetap pada ketinggian konstan lebih tinggi dari cetakan, dan dikendalikan oleh laju pendinginan, keluaran cetakan dan keseragaman ketebalan film. Saat proses menjadi tidak stabil, posisi garis beku juga akan menjadi tidak stabil. Salah satu alasan ketidakstabilan ini adalah distribusi temperatur yang tidak merata pada ekstrusi.
Perubahan suhu leleh dapat disebabkan oleh desain sekrup resin yang dipilih yang tidak tepat, keausan sekrup atau kegagalan pemanas atau termokopel. Sebelum penggabungan, suhu lelehan masing-masing aliran harus diukur untuk menentukan lapisan lelehan mana yang menjadi sumber perubahan suhu. Setelah memposisikan, lepaskan sekrup dan periksa degradasi polimer dan keausan sekrup. Fungsi semua pemanas dan termokopel juga harus diperiksa.
Penyebab umum lain dari garis beku yang tidak stabil adalah penyumbatan jamur. Material penelan die yang tidak rata mungkin disebabkan oleh akumulasi material yang dapat terurai di dalam cetakan. Untuk menghindari situasi ini, cetakan harus diperiksa secara teratur dan penumpukan bahan harus dilakukan jika perlu.
Busa berkibar: busa berkibar dimulai di bawah garis es dan ditampilkan sebagai tanda linier pada permukaan gelembung dalam arah melintang (Td). Bentuk sayap ini disebabkan oleh kecepatan udara yang tinggi dari ring udara. Mengurangi kecepatan peniup atau menyetel komponen cincin udara untuk mengurangi aliran udara di sepanjang permukaan gelembung akan mencegah gelembung bergetar. Namun, mengurangi aliran udara kemudian akan mengurangi efisiensi pendinginan cincin udara, dan kemudian membuat garis embun beku menjauh dari cetakan, menyebabkan masalah baru. Untuk menghindari situasi ini, pemilihan resin dapat dioptimalkan untuk mengurangi viskositas lelehan keseluruhan dari ekstrusi dan mengurangi suhu lelehan keseluruhan.
2. Perubahan indeks: Dalam koekstrusi hembusan film, tidak dapat dihindari untuk memiliki tingkat perubahan instrumen tertentu dalam TD. Contoh profil instrumen dengan film variasi derajat tekanan rendah dapat dilihat pada Gambar 2.1A. Namun, jika masalah tak terduga mulai terjadi selama pemrosesan, tingkat perubahan instrumen dapat meningkat. Ada beberapa masalah berbeda yang dapat menyebabkan peningkatan perubahan spesifikasi, dan penyebab masalah ditentukan dengan memeriksa bentuk profil busa instrumen.
Pendinginan cincin udara yang tidak seragam: aliran udara yang buruk atau tidak merata dari cincin udara akan menyebabkan pendinginan film yang tidak merata dan mempengaruhi rasio penurunan tekanan film. Ini dapat menyebabkan beberapa film meregang lebih dari yang lain, yang dapat menyebabkan penyimpangan pengukuran. Untuk menghindari masalah ini, saluran udara di ring udara harus diperiksa dan dibersihkan secara teratur untuk menghilangkan kotoran yang dapat menyebabkan gangguan aliran udara. Cincin udara juga harus diperiksa untuk memastikan letaknya dengan benar di tengah cetakan.
Suhu lelehan yang tidak merata: Suhu lelehan yang tidak merata akan menyebabkan perubahan laju pendinginan gelembung dan keluaran cetakan. Tanda yang jelas dari suhu leleh yang tidak merata adalah profil sinusoidal. Terbentuknya variasi sinusoidal ini berkaitan dengan aliran material dengan temperatur leleh yang tidak merata melalui cetakan, yang disebut port line. Seperti disebutkan sebelumnya, perubahan suhu lelehan dapat disebabkan oleh desain atau keausan sekrup yang tidak tepat.
3. Ketidakstabilan antarmuka: Istilah ketidakstabilan antarmuka mengacu pada ketidakstabilan pada antarmuka antara dua lapisan. Stabilitas antarmuka akan bergantung pada faktor-faktor seperti karakteristik material, kondisi proses, dan karakteristik desain peralatan. Ada tiga jenis ketidakstabilan antarmuka yang diketahui yang mungkin terjadi selama coextrusion tiupan film.
Ada beberapa alasan yang diketahui untuk tikungan dan belokan. Yang pertama adalah perbedaan viskositas geser antara bahan yang menghasilkan antarmuka. Jika material memiliki viskositas geser yang berbeda secara signifikan, setiap lapisan akan mengalami laju geser yang berbeda di bawah tegangan geser yang diterapkan, menghasilkan deformasi Zig-Zag. Ini dapat dikurangi dengan memilih bahan dengan viskositas geser yang serupa (jika memungkinkan) untuk membuat antarmuka.
Alasan kedua adalah rasio lapisan yang tidak tepat. Jika rasio lapisan yang dipilih membuat antarmuka terlalu dekat dengan dinding cetakan, tegangan geser yang berlebihan akan memicu deformasi. Untuk mencegah hal ini, ketebalan lapisan luar dapat ditingkatkan, antarmuka dapat dijauhkan dari dinding, dan tegangan geser yang dikenakan padanya dapat dikurangi.
Alasan ketiga adalah desain cetakan yang tidak tepat. Saat mendesain cetakan, penting untuk mengoptimalkan saluran fluida dengan benar untuk menciptakan profil kecepatan yang seragam di seluruh cetakan. Desain cetakan yang tidak tepat dapat menyebabkan pembentukan titik geser yang tinggi dan profil kecepatan yang tidak rata, yang dapat menyebabkan ketidakstabilan tersebut.
Ketidakstabilan antarmuka gelombang: Bentuk ketidakstabilan ini disebabkan oleh deformasi elongasi yang tidak merata pada antarmuka antara dua bahan, menghasilkan pola bergelombang yang terbentuk di sepanjang permukaan gelembung karena diekstrusi dari cetakan. Gambaran ketidakstabilan ini dapat dilihat pada Gambar 3. Telah diketahui bahwa deformasi elongasi yang menyebabkan ketidakstabilan ini terjadi dari dua sumber yang diketahui. Yang pertama terkait dengan rasio lapisan yang tidak tepat. Jika salah satu lapisan komposit struktur terlalu tipis, maka akan mengalami percepatan lebih pada titik penggabungan dalam cetakan, sehingga menghasilkan laju deformasi elongasi yang lebih tinggi pada lapisan tersebut. Rasio lapisan harus disesuaikan untuk memungkinkan kurva kecepatan yang lebih seragam untuk membentuk hilir titik penggabungan.
Sumber kedua adalah perbedaan kekentalan pemanjangan dari bahan-bahan yang membentuk antarmuka. Dua bahan dengan gaya elongasi yang berbeda dan viskositas elongasi yang berbeda akan mengalami deformasi pada laju yang berbeda. Jika memungkinkan, bahan dengan sifat perluasan yang serupa harus dipilih untuk membuat antarmuka.
Antarmuka aktif yang tidak stabil: antarmuka reaktif dapat dibentuk dalam proses ekstrusi bersama struktur multi-lapisan yang terdiri dari resin pemblokiran kutub dan lapisan penghubung. Resin penghalang biasanya diekstrusi bersama dengan lapisan resin poliolefin. Struktur ini biasanya membutuhkan lapisan penghubung di antara mereka untuk meningkatkan daya rekat di antara mereka. Lapisan penghubung adalah polimer yang terdiri dari gugus ujung polar dan non-polar. Kadang-kadang, reaksi kimia yang tidak perlu dapat terjadi antara kelompok ujung kutub dari lapisan penghubung dan resin pemblokiran kutub, sehingga membentuk antarmuka yang tidak stabil. Hasil dari reaksi ini adalah penurunan kejernihan optik dan tampilan film yang lebih granular.

4. gel: Istilah gel biasanya digunakan untuk merujuk pada segala bentuk cacat kecil yang menghasilkan deformasi optik pada film akhir. Gel bermasalah karena tidak hanya menghasilkan distorsi optik, tetapi juga mengurangi sifat mekanik film. Gel dapat dibagi menjadi tiga kategori utama: resin yang tidak meleleh, bahan yang dapat terdegradasi dan polutan asing.
Resin tidak bergerak: resin tidak berpori adalah jenis gel yang umum diamati pada throughput ekstruder tinggi. Mereka adalah hasil dari peleburan yang tidak merata yang disebabkan oleh zona geser rendah di ekstruder. Untuk menentukan bahwa gel adalah resin yang tidak tercampur, panaskan gel di atas suhu lelehnya, lalu dinginkan kembali. Jika gel tidak muncul kembali setelah didinginkan, itu adalah resin yang tidak tercampur. Jika ada resin yang tidak tercampur dalam film, sekrup ekstruder harus diperiksa dan didesain ulang untuk meminimalkan adanya zona geser rendah.
Bahan terdegradasi: Jika polimer terkena energi tinggi untuk waktu yang lama, degradasi material dapat terjadi selama ekstrusi. Kondisi ini mengarah pada pembentukan bahan yang sangat teroksidasi atau ikatan silang yang menghadirkan gel di dalam membran. Biasanya gel ini tidak langsung ada setelah startup. Saat polimer terdegradasi menumpuk dalam proses degradasi, mereka muncul di film.
Gel yang sangat teroksidasi menunjukkan bintik-bintik hitam yang rapuh dan dapat diidentifikasi dengan fluoresensi di bawah sinar ultraviolet. Gambar 5 menunjukkan citra gel teroksidasi tinggi yang diambil di bawah cahaya terpolarisasi dan citra fluoresensi gel di bawah sinar UV. Gel ikatan silang memiliki penampilan coklat tua dan terdiri dari bahan teroksidasi. Namun, tingkat oksidasi terlalu rendah untuk menyebabkan fluoresensi di bawah sinar UV.
Gel ikatan silang terkadang disalahartikan sebagai resin yang sangat terjerat. Untuk membedakan keduanya, Anda dapat memanaskan gel ke suhu yang lebih tinggi dari suhu lelehnya, menekannya untuk memecahkannya, lalu membiarkannya dingin. Jika bentuk gel muncul kembali setelah pendinginan, bahannya saling terkait bukan sangat terjerat. Untuk menentukan sumber bahan yang dapat terurai, sekrup ekstruder harus dilepas setelah operasi tanpa pembersihan. Setelah sumber degradasi ditentukan, desain sekrup dapat dioptimalkan di area ini untuk meminimalkan stagnasi dan gaya geser rendah.
Polutan asing: Kadang-kadang, polutan asing dapat memasuki proses. Polutan asing biasanya masuk ke ekstruder melalui hopper, yang dapat ditransfer dari serat pakaian ke resin polimer asing. Jika gel ditemukan memiliki suhu leleh yang berbeda secara signifikan dari resin mentah, atau bentuk yang sangat tidak beraturan (seperti serat), mungkin ada kontaminasi benda asing. Untuk menghindari gel ini, hopper harus selalu dibersihkan dengan benar dan wadah bahan baku asli harus ditutup untuk mencegah pencampuran benda asing.
5. Curl: film curl adalah cacat yang diamati pada struktur multilayer yang terdiri dari bahan dengan kristalinitas berbeda. Cacat ini terbentuk selama proses pendinginan film cair dan menyebabkan film menggulung sendiri. Kelengkungan film terkait dengan dua masalah: perbedaan sifat material (yaitu titik leleh dan kristalinitas) dan susunan lapisan yang tidak tepat.
Contoh umum pengeritingan film ditunjukkan pada Gambar 6, yang menunjukkan film tiga lapis yang terdiri dari polietilen (PE), nilon (PA), dan lapisan penghubung. Ketika film multilayer meninggalkan cetakan, semua lapisan meleleh dan film mulai dingin. Saat mendingin, lapisan nilon mengkristal dan menjadi keras, sedangkan lapisan PE menyusut karena masih cair. Begitu suhu turun di bawah suhu leleh polietilen, polietilen juga mulai menjadi keras. Namun, saat ini, nilon telah mengkristal dan tidak dapat disusutkan lagi, mengakibatkan PE melengkung selama pemadatan.
Sebuah metode untuk mencegah film dari pengeritingan adalah mendinginkan film dengan cepat untuk mencegah kristalisasi. Alih-alih menggunakan udara untuk mendinginkan film, film dapat langsung diekstrusi ke dalam penangas air untuk pendinginan cepat. Hal ini memungkinkan koekstrusi bahan dengan tingkat kristalisasi yang berbeda tanpa menunjukkan film keriting apa pun. Solusi lain yang mungkin adalah mengoptimalkan struktur film multilayer.