Processo e controle de moldagem de filme soprado por extrusão

 

 

Para produzir filmes plásticos de diferentes tipos e especificações, além de selecionar uma extrusora adequada, cabeçote de moldagem por sopro e equipamentos auxiliares, também é necessário escolher métodos de moldagem e condições de processo adequados. Somente desta forma as operações podem funcionar sem problemas e garantir filmes de alta-qualidade.

 

 

Com base na direção da tração do filme, a produção de filmes soprados pode ser dividida em três tipos: extrusão plana, sopro plano, extrusão plana, sopro para cima e extrusão plana, sopro para baixo, sendo a extrusão plana, sopro para cima, a mais comum.

 

1. Método de sopro plano de extrusão plana

O fluxo do processo do método de extrusão plana e sopro plano é mostrado na Figura 1-15. Este método usa uma cabeça de rosca direta, e tanto a cabeça de rosca quanto o equipamento auxiliar têm estruturas relativamente simples, tornando a instalação e operação do equipamento convenientes. No entanto, a extrusora ocupa uma grande área. Devido ao fluxo ascendente de ar quente e ao fluxo descendente de ar frio, o resfriamento da parte superior da bolha do filme é mais lento do que a parte inferior. Quando o plástico tem alta densidade ou o diâmetro da bolha é grande, a bolha tende a ceder, resultando em baixa uniformidade da espessura do filme e dificuldade de ajuste. Normalmente, este método é adequado para moldar filmes soprados de PE e PVC com largura de 600 mm ou menos.

 

 

2. Método de sopro ascendente de extrusão plana

O fluxo do processo do método de extrusão plana soprada para cima é mostrado na Figura 1-16. Este método usa uma cabeça de matriz em ângulo reto, onde a direção de descarga do material é perpendicular à direção do fluxo no cilindro da extrusora. O tubo extrudado é puxado verticalmente para cima, inflado, pressionado e alimentado no rolo de tração. A principal vantagem deste método é que toda a bolha é suportada pelo segmento superior resistente e resfriado, garantindo uma tração estável do filme. Pode produzir filmes com uma ampla gama de espessuras e larguras (por exemplo, diâmetros superiores a 10 m). Além disso, a extrusora é instalada no solo, não necessitando de plataforma operacional, tornando-a fácil de operar com um tamanho reduzido e permitindo uma ampla gama de espessuras de filme com espessura relativamente uniforme. As principais desvantagens são que o ar quente ao redor da bolha sobe enquanto o ar frio desce, o que é desfavorável ao resfriamento; a curvatura de 90 graus na cabeça da matriz aumenta a resistência ao fluxo do material, causando potencialmente a decomposição do material na curva; e a altura de fábrica deve ser maior. Além disso, a cabeça de rosca e os equipamentos auxiliares possuem estruturas complexas.

 

 

3. Método de sopro descendente de extrusão plana

O método de sopro descendente de extrusão plana também usa uma cabeça de matriz em ângulo reto, mas o tubo é puxado verticalmente para baixo, como mostrado na Figura 1-17. A direção de tração da bolha é oposta ao fluxo de ar quente da cabeça de roscar, facilitando o resfriamento da bolha. Além disso, uma camisa de água pode ser usada para resfriar diretamente a bolha, melhorando significativamente a eficiência da produção e a transparência do filme. Este método oferece bons efeitos de resfriamento e o filme é puxado para baixo pela gravidade no rolo de tração, tornando-o mais conveniente do que o método de sopro para cima. Ele também permite velocidades mais rápidas na linha de produção e maior produção. Porém, toda a bolha é sustentada pelo segmento de plástico não solidificado, tornando-a propensa à ruptura na produção de filmes mais espessos ou em altas taxas de tração, principalmente para plásticos com maior densidade. A extrusora deve ser instalada em uma plataforma operacional elevada, aumentando os custos de instalação e os inconvenientes operacionais. Devido ao rápido resfriamento com a camisa de água, este método é adequado para resinas com baixa viscosidade de fusão e alta cristalinidade (por exemplo, resina PP) e pode ser usado para produzir filmes de embalagem altamente transparentes.

 

 

Entre os métodos de produção de filme soprado, o método de extrusão plana por sopro ascendente é o mais comumente usado. A seguir descrevemos as operações de produção para este método, conforme mostrado na Figura 1-18.

 

 

1.Aquecimento: Aqueça a extrusora e a cabeça da matriz até a temperatura necessária usando aquecedores e mantenha a temperatura por um período.

2. Alimentação e Extrusão: Assim que a extrusora e a cabeça de rosca atenderem aos requisitos de isolamento, ligue a extrusora e adicione uma pequena quantidade de plástico (pó ou pellets) ao funil. Inicialmente, o parafuso gira em baixa velocidade. Depois que o material fundido passa pela cabeça da matriz e é inflado em uma bolha, aumente gradualmente a velocidade da rosca, encha a tremonha e observe se o volume de extrusão ao redor da bolha é uniforme. Se a bolha estiver distorcida ou tiver espessura irregular, ajuste a temperatura ambiente e a largura da lacuna. Para áreas com descarga mais rápida, abaixe a temperatura e aperte os parafusos; inversamente, aumente a temperatura e afrouxe os parafusos.

3. Levantamento: Reúna o material fundido que sai da cabeça de roscar, levante-o e introduza uma pequena quantidade de ar para evitar adesão.

4.Rolos de alimentação: Alimente a bolha levantada nos rolos de pressão, que pressionam a bolha em um filme dobrado. O filme é então guiado para o dispositivo de enrolamento através de rolos guia.

5.Inflação: depois de alimentar a bolha nos rolos, infle-a com ar e ajuste a taxa de tração e a taxa de expansão-para garantir que a largura e a espessura da dobra do filme atendam aos requisitos. Como o ar na bolha é selado pelos rolos de pressão, ele quase não escapa, mantendo uma pressão constante na bolha.

6. Ajuste: A tolerância à espessura do filme pode ser corrigida ajustando a folga da matriz, a posição do anel de resfriamento, o volume de ar e a taxa de tração. A tolerância da largura do filme é ajustada principalmente controlando o tamanho da inflação.

 

 

1. Temperatura de moldagem

O controle de temperatura é fundamental no processo de filme soprado, afetando diretamente a qualidade do produto. Para plásticos-sensíveis ao calor, como o PVC, o controle preciso da temperatura é essencial, e a coordenação adequada da temperatura e do tempo de aquecimento é crucial.

A temperatura de processamento é definida para atingir a viscosidade ideal de fusão no estado de fluxo, garantindo produtos qualificados. Matérias-primas diferentes requerem temperaturas diferentes; para o mesmo material, diferentes espessuras de filme requerem diferentes temperaturas de processamento; e mesmo para o mesmo material e espessura, extrusoras diferentes podem exigir temperaturas diferentes. Filmes mais finos requerem melhor fluidez no estado fundido, portanto, para o mesmo material, um filme de 20 μm requer uma temperatura de aquecimento muito mais alta do que um filme de 80 μm.

 

O controle de temperatura pode ser dividido em dois métodos: um aumenta gradualmente a temperatura da seção de alimentação até a matriz, enquanto o outro mantém a temperatura da seção de alimentação baixa, aumenta drasticamente a temperatura na seção de compressão (controlada na temperatura ideal de plastificação do material) e a reduz na seção de dosagem para manter o estado fundido. A temperatura da matriz deve manter o material em um estado fluido e pode ser igual ou 10 a 20 graus menor que a temperatura final do cilindro, dependendo da relação comprimento-e{4}}diâmetro do parafuso.

 

Para plásticos-sensíveis ao calor, como o PVC, a temperatura do cilindro deve ser inferior à temperatura da cabeça da matriz para evitar superaquecimento e decomposição no cilindro. Para plásticos como PE e PP, que são menos propensos ao superaquecimento, a temperatura da cabeça da matriz pode ser inferior à temperatura do cilindro, auxiliando no resfriamento e na estabilização das bolhas, melhorando assim a qualidade do filme.

 

O controle de temperatura é complexo e requer um conhecimento profundo das propriedades dos materiais e das condições de processamento para otimizar as temperaturas de aquecimento. As faixas de controle de temperatura de extrusão para filmes soprados comumente usados ​​são mostradas na Tabela 1-5.

 

Tabela 1-5 Faixas de controle de temperatura de extrusão para filmes soprados comumente usados

 

Tipo de filme			Temperatura / grau do barril		Temperatura/grau do conector		Temperatura / grau da cabeça de rosca
PVC (pó)	Sopro-de alta velocidade	160 - 175 170 - 185		170 - 180 180 - 190		185 - 190 190 - 195
Educação Física PP			130 - 160 190 - 250		160 - 170 240 - 250		150 - 160 230 - 240
Filme Composto	Educação Física PP	120 - 170 180 - 210		210 - 220 210 - 220		200 200

As temperaturas de aquecimento do cilindro e da matriz afetam significativamente as propriedades de moldagem e do filme. Temperaturas excessivamente altas podem tornar o filme quebradiço, reduzindo particularmente a resistência à tração longitudinal. Altas temperaturas também podem causar ondas de vibração transversais periódicas na bolha. Se a temperatura for muito baixa, a resina pode não ser totalmente misturada e plastificada, resultando em fluxo irregular do material, afetando o alongamento uniforme, o brilho e a transparência. Baixas temperaturas de processamento também podem causar "olhos de peixe" na superfície do filme, onde os pontos cristalinos são cercados por padrões anuais-em forma de anel, com um filme mais fino ao redor dos pontos cristalinos. Além disso, as baixas temperaturas reduzem o alongamento do filme na ruptura e a resistência ao impacto.

 

2. Proporção-de expansão

A proporção-de ampliação não apenas determina a largura da dobra do filme, mas também afeta diversas propriedades do filme. Portanto, a seleção da proporção-de expansão deve considerar tanto a largura da dobra quanto o desempenho. A taxa de expansão também é limitada pelas propriedades do plástico (por exemplo, peso molecular, cristalinidade, tensão de fusão). A Tabela 1-6 lista as faixas ideais de proporção de expansão para diferentes tipos e aplicações de filmes para referência.

 

Tabela 1-6 faixas ideais de taxa de expansão para vários filmes

Tipo de filme	PVC	PEBD	PEBDL	HDPE(ultra{0}}fino)	PP	PA	Filme retrátil, filme extensível, filme plástico
Taxa de expansão-	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

 

Uma taxa de expansão maior melhora as propriedades ópticas do filme porque o fluxo irregular de material na resina fundida pode se estender longitudinalmente e transversalmente, tornando o filme mais suave. Aumentar a taxa de expansão também aumenta a resistência ao impacto, a resistência à tração transversal e a resistência ao rasgo transversal, enquanto a resistência à tração longitudinal e a resistência ao rasgo diminuem relativamente. Ambas as resistências direcionais ao rasgo se estabilizam quando a taxa de expansão excede 3. O alongamento longitudinal diminui com o aumento da taxa de expansão, enquanto o alongamento transversal permanece relativamente estável, aumentando apenas quando a lacuna anular da matriz aumenta.

 

3. Taxa de tração

Quando a taxa de tração é aumentada (maior taxa de tração), o fluxo irregular de material da matriz não pode relaxar completamente antes do resfriamento e da solidificação, resultando em propriedades ópticas ruins. Mesmo o aumento da taxa de extrusão não pode evitar um declínio na transparência do filme. A uma taxa de extrusão constante, o aumento da taxa de tração perturba o equilíbrio das forças longitudinais e transversais, aumentando a resistência longitudinal enquanto diminui a resistência transversal.

 

A taxa de expansão e a taxa de tração representam os múltiplos da expansão transversal e do alongamento longitudinal, respectivamente. Se ambos forem aumentados, a espessura do filme diminui enquanto a largura da dobra aumenta e vice-versa. Assim, a taxa de expansão e a taxa de tração são parâmetros críticos que determinam as dimensões e propriedades finais do filme.

 

4. Resfriamento de filme

O resfriamento é fundamental na produção de filmes soprados e o grau de resfriamento afeta significativamente a qualidade do produto. O tempo de deslocamento da bolha desde a matriz até os rolos de tração é geralmente superior a 1 minuto (não excedendo 2,5 minutos). Dentro deste curto espaço de tempo, a bolha deve ser resfriada e solidificada; caso contrário, a bolha poderá aderir sob a pressão dos rolos de tração, afetando a qualidade do filme.

 

A taxa de resfriamento durante o sopro afeta o formato da bolha, conforme mostrado na Figura 1-19. A Figura 1-19a mostra o formato da bolha com uma taxa de resfriamento mais lenta. Na produção real, esse formato se forma quando o anel de resfriamento está posicionado mais baixo, o volume de ar é pequeno e a temperatura do ar no anel de resfriamento não é muito baixa. A Figura 1-19b mostra o formato da bolha quando o filme é resfriado imediatamente após sair da cabeça de roscar. Na produção real, esse formato se forma quando o anel de resfriamento está baixo, o volume de ar é grande e a temperatura do ar é muito baixa. A Figura 1-19c mostra o formato da bolha quando o filme é rapidamente resfriado a uma certa distância da cabeça da matriz. Na produção real, esse formato se forma quando o anel de resfriamento está posicionado mais alto, o volume de ar é grande e a temperatura do ar é muito baixa.

 

 

 

Fenômenos anormais comuns, suas causas e soluções na produção de filmes soprados estão listados na Tabela 1-7.

Tabela 1-7 Fenômenos Anormais Comuns, Causas e Soluções na Produção de Filmes Soprados

 

Fenômeno Anormal	Causas	Soluções
Tração de filme difícil	1. Temperatura da cabeça de rosca muito alta ou muito baixa 2. Grande variação de espessura em um lado 3. Matéria-prima suja com muitos pontos de queimadura	1. Ajuste a temperatura da cabeça de rosca 2. Ajuste a espessura do filme para uniformidade 3. Substitua a matéria-prima, limpe a cabeça da matriz e o parafuso
Quebra de filme	1. Temperatura da cabeça de rosca muito alta ou muito baixa 2. Impurezas ou material decomposto no fundido 3. Filtro bloqueado ou morte 4. Velocidade de tração excessiva 5. Espessura irregular do filme ou taxa de expansão excessiva-	1. Ajuste a temperatura da cabeça de rosca 2. Limpe a matriz ou substitua a resina 3. Substitua o filtro, limpe a matriz 4. Reduza a velocidade de tração 5. Ajuste a espessura do filme, reduza a proporção-de expansão
Bolha distorcida	1. Corpo da máquina ou temperatura da matriz muito alta 2. Temperatura do conector muito alta 3. Espessura irregular do filme	1. Abaixe o corpo da máquina ou a temperatura da matriz 2. Abaixe a temperatura do conector 3. Ajuste a espessura do filme para ser uniforme
Espessura irregular do filme	1. Lacuna de matriz desigual 2. Deformação do molde central 3. Temperatura irregular da cabeça da matriz 4. Proporção de explosão-excessiva 5. Resfriamento irregular 6. Ar comprimido instável	1. Ajuste a folga da matriz 2. Substitua o molde central 3. Inspecione o anel de aquecimento da cabeça de rosca 4. Reduza a proporção-de explosão 5. Ajuste o volume do ar de resfriamento para uniformidade 6. Inspecione o compressor de ar
Enrugamento do filme	1. Espessura irregular do filme, rugas em áreas finas 2. Resfriamento insuficiente ou irregular 3. Desalinhamento da placa em espinha ou rolos de tração com cabeça de roscar 4. Ângulo excessivo da placa em espinha 5. Pressão irregular do rolo de tração 6. Tensão de enrolamento inconsistente 7. Proporção-de expansão excessiva, formato de bolha irregular 8. Influência do ar ambiental	1. Ajuste a espessura do filme para uniformidade 2. Melhore o resfriamento ou reduza a velocidade de produção 3. Alinhamento correto da linha central 4. Reduza o ângulo da placa em espinha 5. Ajuste os rolos de tração 6. Ajuste os rolos de enrolamento 7. Reduza a proporção-de expansão ou substitua a matriz, ajuste o formato da bolha 8. Estabilize o fluxo de ar ambiental
Fraca Transparência	1. Baixa temperatura de plastificação 2. Altura insuficiente da linha de congelamento 3. Velocidade de tração excessiva 4. Pequena proporção-de explosão	1. Aumentar a temperatura de moldagem 2. Aumente a altura da linha de congelamento 3. Reduza a velocidade de tração 4. Aumente a proporção-de expansão
Blooming da superfície do filme	1. Baixa temperatura do corpo da máquina ou da matriz 2. Velocidade excessiva do parafuso 3. Temperatura do parafuso muito alta ou muito baixa 4. Formulação inadequada	1. Aumente a temperatura do corpo da máquina ou da matriz 2. Reduza a velocidade do parafuso 3. Ajuste o fluxo do meio de resfriamento do parafuso 4. Melhorar a formulação
Impurezas ou manchas de queimadura na superfície do filme	1. Impurezas na matéria-prima 2. Tela de filtro quebrada 3. Decomposição da resina 4. Mistura irregular	1. Tela de matéria-prima 2. Substitua a tela do filtro 3. Limpe a cabeça da matriz 4. Controle rigorosamente o processo de amassamento e plastificação
Bolhas na superfície do filme	Matéria-prima úmida	Matéria-prima seca
Buracos ou rasgos no filme	1. Impurezas na matéria-prima 2. Tela de filtro bloqueada ou quebrada 3. Taxa de explosão-excessiva 4. Taxa de tração excessiva 5. Dado bloqueado 6. Objetos estranhos na placa de resfriamento ou rolos arranhando o filme	1. Substitua matéria-prima 2. Limpe ou substitua a tela do filtro 3. Ajuste a proporção-de ampliação 4. Reduza a taxa de tração 5. Limpe a matriz 6. Limpe a placa em espinha ou as superfícies do rolo guia
Marcas d'água ou nebulosidade na superfície do filme	1. Baixa temperatura do cilindro da extrusora 2. Baixa temperatura da matriz 3. Velocidade excessiva do parafuso 4. Orifícios da tela do filtro muito grandes ou camadas insuficientes 5. Seleção inadequada de matéria-prima	1. Aumente a temperatura do barril 2. Aumentar a temperatura da matriz 3. Reduza a velocidade do parafuso 4. Substitua por uma tela de filtro mais fina ou adicione camadas 5. Selecione a matéria-prima apropriada
Olhos de peixe ou blocos rígidos na superfície do filme	1. Baixa temperatura da extrusora 2. Contaminação com outras resinas 3. Baixa taxa de fluxo de matéria-prima 4. Má plastificação do parafuso	1. Aumentar a temperatura de extrusão 2. Substitua a matéria-prima ou remova a resina contaminada 3. Utilize matéria-prima adequada 4. Substitua o parafuso qualificado
Marcas óbvias de linhas de costura	1. Temperatura excessiva da matriz ou do conector 2. Decomposição do material na derivação da haste central	1. Abaixe a temperatura da matriz ou do conector 2. Remova a haste central e limpe
Filme pegajoso (má abertura)	1. Temperatura excessiva de moldagem 2. Resfriamento insuficiente 3. Velocidade de tração excessiva 4. Pressão excessiva do rolo de pressão 5. Formulação inadequada (agente de abertura insuficiente)	1. Temperatura mais baixa, especialmente temperatura da matriz 2. Melhore o resfriamento 3. Reduza a velocidade de tração 4. Ajuste a pressão do rolo de pressão 5. Aumentar a dosagem do agente de abertura
Enrolamento irregular	1. Espessura irregular do filme 2. Resfriamento insuficiente 3. Abertura irregular da estrutura em espinha de peixe 4. Desalinhamento do rolo de tração 5. Ar preso no tubo do filme, causando rugas	1. Ajuste a espessura do filme 2. Melhore o resfriamento 3. Corrija a lacuna da estrutura em espinha de peixe 4. Ajuste a força de fixação do rolo de tração para uniformidade 5. Remova o ar preso para eliminar rugas
Bordas irregulares do rolo de filme	1. Tensão de enrolamento insuficiente causando escorrimento-da borda 2. Lâmina de corte-de filme cego 3. Tensão de enrolamento inconsistente	1. Aumente a tensão do enrolamento de forma adequada 2. Substitua por uma nova lâmina 3. Inspecione o sistema de controle de tensão