A koextrudálásos betáplálási blokk kialakítása határozza meg, hogy egy többrétegű lapsor eladható terméket vagy selejtet termel-e. A betáplálóblokk külön olvadékáramokat kap minden extrudertől, és rétegzett áramlásba egyesíti, amely egységes laminátumként lép be a szerszámba. A koncepció egyszerű – de a benne rejlő folyékony dinamika minden, csak nem triviális. A rétegek közötti viszkozitási eltérések, az áramlási csatorna geometriája és az egyes áramlásokból az egyesített lamináris szerkezetbe való átmenet mind befolyásolja, hogy a végső A lapextrudálási technológia kimenete megfelel a specifikációnak, vagy interfész instabilitást, egyenetlen réteget és stancolt élt okoz. A feedblokk helyes beállítása az előfeltétele mindennek, ami ezután következik.
A betáplálóblokkon belül minden olvadékáram egy egymástól függetlenül szabályozott áramlási csatornán halad keresztül, mielőtt egy egyesülési ponthoz konvergálna. A csatorna geometriája – szélesség, mélység és megközelítési szög – szabályozza a rétegek egyesülését. A meredek megközelítési szögek turbulenciát okoznak a határfelületen; a sekély szögek elősegítik a lamináris áramlást, de meghosszabbítják az adagolóblokk hosszát és növelik a tartózkodási időt.
A legtöbb kereskedelmi forgalomban lévő lapos adagolóblokk fokozatos kifúvatási kialakítást alkalmaz, ahol az egyes rétegcsatornák fokozatosan kiszélesednek, mielőtt a kombinálóperemnél találkoznának. Maga a kombináló ajak kritikus méret: túl keskeny, és a rétegfelületnek nincs ideje stabilizálódni, mielőtt belépne a szerszámba; túl széles, és a tartózkodási idő odáig növekszik, hogy a hőérzékeny polimerek elkezdenek lebomlani.
A belső felület is számít. A polírozott felületek – Ra 0,2 vagy jobb – minimálisra csökkentik a falcsúszás ingadozását, és csökkentik a polimer leakadás kockázatát a holt zónákban. Azok a területek, ahol az anyag stagnál, lebomlik, és végül zselék vagy foltok formájában felszabadul, az optikai hibák gyakori forrását jelentik a koextrudált lemezeken.
Anyagviszkozitás-illesztés
A viszkozitás illesztése a szomszédos rétegek között a legkritikusabb paraméter a feedblock tervezésben. Ha a magréteg viszkozitása lényegesen alacsonyabb, mint a héjréteg viszkozitása, az alacsony viszkozitású olvadék hajlamos bekapszulázni a magasabb viszkozitású anyagot – ez a jelenség tönkreteszi a kívánt rétegszerkezetet. Az általános tervezési szabály: tartsa a viszkozitási arányt a szomszédos rétegek között 3:1-en belül. Az üzemeltetők beállítják az olvadékhőmérsékletet és a polimer minőséget, hogy elérjék ezt az egyensúlyt a gyártási beállítás során.
A/B/A szerkezetek: Szimmetrikus rétegarchitektúrák
Az A/B/A szerkezet – azonos héjrétegek, amelyek egy magot helyeznek el – dominál azokban az alkalmazásokban, ahol mindkét lapfelületnek azonosan kell működnie. A hőformázott pohárfedelek A/B/A konfigurációt használnak, ahol a külső rétegek fényességet és nyomtathatóságot biztosítanak, míg a mag őrölt vagy alacsonyabb költségű gyantát tartalmaz. A tetőfedő lemez és az autóbelső panelek hasonló logikát követnek.
Az A/B/A előtolóblokk tervezése sajátos kihívást jelent: a két A-rétegű csatornának pontosan egyenlő áramlási sebességet kell biztosítania, különben a lap aszimmetrikus vastagságeloszlást mutat. Még a két bőrréteg áramlása közötti 2%-os kiegyensúlyozatlanság is kiszorítja a laminátumot a szerszámon belüli középpontból, így az egyik él több A-anyagot hordoz, mint a másik. A gyártósorok ezt a hozzáillő nyílásos lemezekkel és állítható áramláskorlátozókkal oldják meg, amelyeket a kezelők működés közben finomhangolhatnak.
A A többanyagú koextrudálási megközelítés megköveteli, hogy minden extruder konzisztens, jól képlékeny olvadékot adjon a betápláló blokkhoz. Az egyes extruderek olvadékhőmérsékletének vagy nyomásának ingadozása arányos változást okoz a rétegvastagság eloszlásában – ez a probléma a változó hőtörténettel rendelkező újrahasznosított tartalom feldolgozásakor jelentkezik.
A/B/C szerkezetek: három különböző funkcionális réteg
Az A/B/C konfiguráció minden réteghez más polimert rendel, így három különböző funkciót tesz lehetővé egyetlen lapon. Egy csomagolóanyag alkalmazhat egy kötőréteget (B) egy PET szerkezeti réteg (A) és egy EVOH záróréteg (C) között. Mindegyik réteg olyan célt szolgál – szerkezeti integritás, tapadás és gázgát –, amelyet egyetlen polimer sem tud egyedül szállítani.
A csatornák közötti hőszigetelés elengedhetetlenné válik az A/B/C betáplálási blokkokban. Ha az EVOH-réteg túlmelegszik a szomszédos PP-csatorna vezetőképes hőátadása miatt, a záró tulajdonságai romlanak, és a lap nem felel meg a specifikációnak. A tervezők ezt a blokktestbe bedolgozott hőkorlátokkal, külön hőmérséklet-szabályozó zónákkal és szigetelt áramlási csatorna falakkal oldják meg. Minden olvadékáramnak meg kell érkeznie az egyesülési ponthoz a saját független optimalizált hőmérsékletén.
A rétegarány pontossága egy másik igényes paraméter. A 20/60/20 (A/B/C) céleloszlásnak meg kell maradnia a teljes lapszélességen minden vonalsebességnél. Az 50 m/perc sebességnél pontos arányokat biztosító betáplálási blokk geometriája 100 m/perc sebességnél elsodródhat a nyírási melegítésben és az olvadék viszkozitásában az egyesülési ponton bekövetkező változások miatt.
Réteg interfész stabilitás és Die Integration
Még egy tökéletesen megtervezett betáplálási blokk is hibás lapot termel, ha a lefelé irányuló matrica megzavarja a réteg szerkezetét. A betáplálási blokkról a szerszámra való átmenet a lamináris áramlási út legsebezhetőbb pontja. A hirtelen tágulás, összehúzódás vagy áramlási akadály ebben a csomópontban interfész instabilitást okoz – hullámos vonalakként vagy színes csíkokként látható a lapon.
A takarmányblokk-kombinációs szakaszban lévő föld hossza közvetlenül befolyásolja az interfész stabilitását. A hosszabb felületek több időt hagynak a rétegeknek egyenletes vastagsággá stabilizálódni, mielőtt a geometria megváltozna a szerszám belépésekor. A tipikus felülethossz 30 és 80 mm között van, a hosszabb rétegekkel pedig akkor van megadva, ha a rétegek közötti viszkozitási eltérések nagyobbak.
A A koextrudálási réteg egyenletessége a teljes lapszélességben attól függ, hogy az adagolóblokk egyesített áramlása hogyan oszlik el oldalirányban, amikor belép a szerszámelosztóba. A jól megtervezett adagolóblokk-szerszám kombináció megőrzi a relatív rétegvastagságot a középponttól a szélig. A rosszul illeszkedő pár vékonyabb külső rétegeket hoz létre a lap szélein – ezt a hibát élperem elvékonyodásnak nevezik.
A betáplálóblokk-kialakítás műszakilag a legigényesebb komponens a többrétegű lemezek koextrudálásában, amely precíz áramlási csatorna-geometriát igényel, amely alkalmazkodik a különböző olvadékviszkozitásokhoz a rétegek között. A JWELL koextrúziós betápláló blokkjait számítási folyadékdinamikai szimulációval tervezték, specifikus polimer kombinációkhoz igazítva, ±3%-on belüli rétegarány-pontosságot és 5-120 m/perc közötti interfészstabilitást érve el – ez a teljesítmény kiküszöböli a rosszul megtervezett betáplálási rendszerekben gyakori rétegvándorlási és tokozási hibákat.
GYIK
Maximum hány réteget képes kezelni egy feedblock?
A sima lapokhoz való kereskedelmi adagolóblokkok általában legfeljebb 9 réteget kezelnek. Ezen túlmenően a több elosztóból álló matricák vagy az egymásra rakható szerszámrendszerek praktikusabbakká válnak. Az áramláskiegyenlítés bonyolultsága drámaian növekszik minden egyes hozzáadott réteggel.
Mennyire kritikus a viszkozitás illesztése a koextrudált rétegek között?
Rendkívül kritikus. A szomszédos rétegek közötti 3:1-et meghaladó viszkozitási arányok gyakran tokozást okoznak, ahol az alacsonyabb viszkozitású olvadék körbeveszi a nagyobb viszkozitású anyagot, és megzavarja a kívánt rétegszerkezetet. Ez egyenetlen rétegvastagságban nyilvánul meg, és csak az olvadékhőmérséklet, a polimer minőségek vagy az átbocsátási arány beállításával korrigálható.
Az A/B/A-hoz tervezett feedblokkot át lehet konfigurálni A/B/C-re?
Nem hardver változtatások nélkül. Egy erre a célra épített A/B/A betápláló blokk szimmetrikus áramlási csatornákkal rendelkezik két azonos áramláshoz. Az A/B/C-re való átalakításhoz más betáplálási blokk testre van szükség, három független csatornával, külön hőmérsékleti zónákkal és megfelelő kombinálási geometriával.
Mi okozza a réteg interfész instabilitását koextrudált lapban?
A gyakori okok közé tartozik a rétegek közötti viszkozitási eltérés, a túlzott áramlási sebesség az egyesülési ponton, az elégtelen talajhossz a betáplálási blokkban és a szomszédos olvadékáramok közötti hőmérséklet-különbségek. A diagnózis megköveteli az egyes tényezők szisztematikus értékelését, jellemzően a polimerpárok viszkozitás és nyírási sebesség összehasonlításával kezdődik.
