필름 블로잉 공압출의 5가지 일반적인 문제 해결

1. 기포 불안정성: 기포 불안정성이라는 용어에는 압출 기포의 안정성과 관련된 다양한 유형의 문제가 포함됩니다. 주요 문제는 기포 파열, 변형 경화, 서리 불안정 및 기포 플러터를 포함합니다.
기포 파열: 금형을 떠나는 용융 재료가 과도하게 늘어나 기포 구조가 파열되면 기포 파열이 발생합니다. 이는 압출된 재료의 용융 강도가 선택한 파열 비율(BUR)에 도달하기에 불충분할 때 발생합니다. 이 문제를 방지하기 위해 전체 용융 강도를 개선하기 위해 필름 구조에 더 높은 용융 강도를 가진 재료를 추가하도록 수지 선택을 수정할 수 있습니다. 예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 전체 용융 강도를 높이기 위해 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE) 필름에 통합됩니다.
변형 경화: 용융된 폴리머가 기계 방향(MD)으로 빠르게 늘어나 경화될 때 변형 경화가 발생합니다. 이로 인해 내부 기포 압력과 기포 폭이 변동됩니다. 이 문제는 인출률을 줄임으로써 예방할 수 있습니다. 또 다른 해결책은 필름의 전체 인장 점도를 줄이기 위해 수지 선택을 수정하여 변형 경화 없이 필름이 MD에서 더 많이 늘어날 수 있도록 하는 것입니다.
불안정한 프로스트 라인: 안정적인 프로세스에서 프로스트 라인은 금형보다 높은 일정한 높이를 유지하며 냉각 속도, 금형 처리량 및 필름 두께 균일성에 의해 제어됩니다. 공정이 불안정해지면 동결선의 위치도 불안정해진다. 이러한 불안정성에 대한 한 가지 이유는 압출의 불균일한 온도 분포입니다.
용융 온도의 변화는 선택한 수지의 스크류 설계가 잘못되었거나 스크류 마모 또는 히터 또는 열전쌍 고장으로 인해 발생할 수 있습니다. 병합하기 전에 각 흐름의 용융 온도를 측정하여 어떤 용융 층이 온도 변화의 원인인지 확인해야 합니다. 포지셔닝 후 나사를 제거하고 폴리머 열화 및 나사 마모를 확인하십시오. 모든 히터와 열전대의 기능도 점검해야 합니다.
불안정한 결빙선의 또 다른 일반적인 원인은 곰팡이 막힘입니다. 불균일한 다이 삼키는 재료는 금형에 분해 가능한 재료가 축적되었기 때문일 수 있습니다. 이러한 상황을 방지하려면 금형을 정기적으로 점검하고 필요한 경우 재료 축적을 수행해야 합니다.
폼 플러터링: 폼 플러터링은 서리선 아래에서 시작하여 가로 방향(Td)으로 버블 표면에 선형 표시로 표시됩니다. 이 날개 모양은 에어 링의 높은 공기 속도로 인해 발생합니다. 송풍기 속도를 줄이거나 공기 링 부품을 조정하여 기포 표면을 따라 흐르는 공기 흐름을 줄이면 기포 플러터를 방지할 수 있습니다. 그러나 공기 흐름을 줄이면 에어 링의 냉각 효율이 감소하고 프로스트 라인이 금형에서 멀어져 새로운 문제가 발생합니다. 이러한 상황을 방지하기 위해 압출의 전체 용융 점도를 줄이고 전체 용융 온도를 낮추도록 수지 선택을 최적화할 수 있습니다.
2. 인덱스 변경: 필름 블로잉 공압출에서는 TD에서 어느 정도의 기기 변경이 불가피합니다. 그림 2.1A에서 압력 정도 변화가 적은 필름이 있는 기기 프로파일의 예를 볼 수 있습니다. 그러나 처리 중에 예기치 않은 문제가 발생하기 시작하면 기기 변경 정도가 높아질 수 있습니다. 사양 변경의 증가로 이어질 수 있는 몇 가지 다른 문제가 있으며 문제의 원인은 폼의 계기 프로파일 모양을 확인하여 결정됩니다.
불균일한 에어 링 냉각: 에어 링의 공기 흐름이 불량하거나 고르지 않으면 필름 냉각이 고르지 않고 필름의 압력 강하 비율에 영향을 미칩니다. 이로 인해 일부 필름이 다른 필름보다 더 늘어나 측정 편차가 발생할 수 있습니다. 이 문제를 방지하려면 공기 링의 공기 덕트를 정기적으로 점검하고 청소하여 공기 흐름 방해를 일으킬 수 있는 불순물을 제거해야 합니다. 에어 링이 금형 중앙에 올바르게 위치했는지 확인하기 위해 에어 링도 점검해야 합니다.
불균일한 용융 온도: 불균일한 용융 온도는 기포 냉각 속도와 금형 처리량에 변화를 가져옵니다. 불균일한 용융 온도의 분명한 징후는 사인곡선 프로파일입니다. 이러한 정현파 변화의 형성은 용융 온도가 불균일한 재료가 금형을 통과하는 흐름과 관련이 있으며 이를 포트 라인이라고 합니다. 앞서 언급한 바와 같이 용융 온도의 변화는 부적절한 스크류 설계 또는 마모로 인해 발생할 수 있습니다.
3. 인터페이스 불안정성: 인터페이스 불안정성이라는 용어는 두 레이어 사이의 인터페이스에서의 불안정성을 의미합니다. 인터페이스의 안정성은 재료 특성, 공정 조건 및 장비 설계 특성과 같은 요소에 따라 달라집니다. 필름 블로잉 공압출 중에 발생할 수 있는 알려진 세 가지 유형의 계면 불안정성이 있습니다.
우여곡절에 대한 몇 가지 알려진 이유가 있습니다. 첫 번째는 인터페이스를 생성하는 재료 간의 전단 점도 차이입니다. 재료의 전단 점도가 상당히 다른 경우 적용된 전단 응력 하에서 각 레이어는 서로 다른 전단 속도를 경험하여 지그재그 변형이 발생합니다. 이는 인터페이스를 생성하기 위해 유사한 전단 점도(가능한 경우)를 가진 재료를 선택하여 완화할 수 있습니다.
두 번째 이유는 부적절한 레이어 비율입니다. 선택한 레이어 비율로 인해 인터페이스가 금형 벽에 너무 가까워지면 과도한 전단 응력이 변형을 유발합니다. 이를 방지하기 위해 외부 레이어의 두께를 늘리고 인터페이스를 벽에서 멀리 유지하며 그에 가해지는 전단 응력을 줄일 수 있습니다.
세 번째 이유는 부적절한 금형 설계입니다. 금형을 설계할 때 유체 채널을 올바르게 최적화하여 금형 전체에서 균일한 속도 프로파일을 생성하는 것이 중요합니다. 부적절한 금형 설계는 높은 전단점과 불균일한 속도 프로파일을 형성하여 이러한 불안정성을 초래할 수 있습니다.
파동 계면 불안정성: 이 형태의 불안정성은 두 재료 사이의 계면에서 불균일한 연신 변형으로 인해 발생하며, 이는 금형에서 압출되기 때문에 기포 표면을 따라 형성된 물결 모양의 패턴을 초래합니다. 이 불안정성의 이미지는 그림 3에서 볼 수 있습니다. 이 불안정성을 유발하는 신장 변형은 두 가지 알려진 소스에서 발생하는 것으로 밝혀졌습니다. 첫 번째는 부적절한 레이어 비율과 관련이 있습니다. 구조의 복합재 층 중 하나가 너무 얇으면 금형의 병합 지점에서 더 많은 가속이 발생하여 층의 신장 변형률이 더 높아집니다. 병합 지점의 하류를 형성하기 위해 보다 균일한 속도 곡선을 허용하도록 레이어 비율을 조정해야 합니다.
두 번째 원인은 인터페이스를 생성하는 재료의 신장 점도 차이입니다. 신장력과 신장 점도가 다른 두 재료는 다른 속도로 변형됩니다. 가능하면 확장 특성이 유사한 재료를 선택하여 인터페이스를 작성해야 합니다.
불안정한 활성 계면: 극성 차단 수지와 연결층으로 구성된 다층 구조의 공압출 공정에서 반응성 계면이 형성될 수 있습니다. 장벽 수지는 일반적으로 폴리올레핀 수지 층과 함께 공압출됩니다. 이러한 구조는 일반적으로 그들 사이의 접착력을 향상시키기 위해 그들 사이에 연결 층이 필요합니다. 연결층은 극성 및 비극성 말단 그룹으로 구성된 폴리머입니다. 경우에 따라 연결층의 극성 말단기와 극성 차단 수지 사이에 불필요한 화학 반응이 일어나 불안정한 계면을 형성할 수 있다. 이러한 반응의 결과로 광학적 투명도가 감소하고 필름의 외관이 더욱 세분화됩니다.

4. 겔: 일반적으로 겔이라는 용어는 최종 필름에서 광학적 변형을 일으키는 모든 형태의 작은 결함을 지칭하는 데 사용됩니다. 겔은 광학적 왜곡을 일으킬 뿐만 아니라 필름의 기계적 특성을 감소시키기 때문에 문제가 됩니다. 젤은 녹지 않은 수지, 분해성 물질 및 외부 오염 물질의 세 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다.
부동 수지: 비다공성 수지는 높은 압출기 처리량에서 일반적으로 관찰되는 일반적인 유형의 젤입니다. 이는 압출기의 낮은 전단 영역으로 인해 고르지 않게 녹는 결과입니다. 젤이 혼합되지 않은 수지인지 확인하려면 젤을 녹는 온도 이상으로 가열한 다음 다시 식힙니다. 냉각 후 젤이 다시 나타나지 않으면 혼합되지 않은 수지입니다. 필름에 혼합되지 않은 수지가 있는 경우 압출기 나사를 확인하고 저전단 영역의 존재를 최소화하도록 재설계해야 합니다.
분해된 재료: 고분자가 장시간 동안 높은 에너지에 노출되면 압출 중에 재료 분해가 발생할 수 있습니다. 이러한 조건은 막에 겔을 제공하는 고도로 산화되거나 가교결합된 물질의 형성으로 이어집니다. 일반적으로 이러한 젤은 시작 직후에 존재하지 않습니다. 분해 과정에서 분해된 폴리머가 축적되면서 필름에 나타납니다.
고도로 산화된 젤은 부서지기 쉬운 검은 반점을 나타내며 자외선 아래에서 형광으로 식별할 수 있습니다. 그림 5는 편광 하에서 촬영한 고도로 산화된 겔의 이미지와 UV 광 하에서 겔 형광 이미지를 보여줍니다. 가교된 겔은 암갈색 외관을 가지며 산화된 물질로 구성된다. 그러나 산화 정도가 너무 낮아 UV 빛 아래에서 형광을 일으키지 않습니다.
가교된 젤은 때때로 심하게 얽힌 수지로 오인됩니다. 둘을 구별하기 위해 젤을 녹는 온도보다 높은 온도로 가열하고 압력을 가해 깨뜨린 다음 식히십시오. 냉각 후 젤 모양이 다시 나타나면 재료가 심하게 얽히기보다는 교차 결합된 것입니다. 분해성 물질의 출처를 확인하기 위해 압출기의 나사는 퍼지 없이 작동 후 제거해야 합니다. 열화 원인이 파악되면 이 영역에서 나사 설계를 최적화하여 정체와 낮은 전단력을 최소화할 수 있습니다.
외부 오염 물질: 때때로 외부 오염 물질이 공정에 들어갈 수 있습니다. 외부 오염 물질은 일반적으로 호퍼를 통해 압출기로 들어가며 의류 섬유에서 외부 고분자 수지로 옮길 수 있습니다. 젤이 원료 수지와 녹는 온도가 현저히 다르거나 매우 불규칙한 모양(예: 섬유)이 있는 경우 이물질 오염일 수 있습니다. 이러한 젤을 방지하기 위해 호퍼는 항상 적절하게 청소되어야 하며 이물질이 섞이지 않도록 원래 원료 용기를 닫아야 합니다.
5. 컬(Curl): 필름 컬은 결정성이 다른 물질로 구성된 다층 구조에서 관찰되는 결함입니다. 이 결함은 용융 필름의 냉각 과정에서 형성되며 필름 자체가 말리는 원인이 됩니다. 필름 컬은 두 가지 문제와 관련이 있습니다. 재료 특성(예: 융점 및 결정화도)의 차이와 부적절한 층 배열입니다.
필름 컬링의 일반적인 예는 폴리에틸렌(PE), 나일론(PA) 및 연결 층으로 구성된 3층 필름을 보여주는 그림 6에 나와 있습니다. 다층 필름이 금형을 떠나면 모든 층이 녹고 필름이 냉각되기 시작합니다. 냉각되면 나일론 층이 결정화되어 단단해지며 PE 층은 여전히 ​​용융 상태이기 때문에 수축됩니다. 온도가 폴리에틸렌의 녹는점 이하로 떨어지면 폴리에틸렌도 단단해지기 시작합니다. 그러나 이때 나일론은 결정화되어 더 이상 수축할 수 없으므로 응고 중에 PE가 말려 떨어집니다.
필름 컬링을 방지하는 방법은 필름을 급속 냉각하여 결정화를 방지하는 것입니다. 필름을 냉각하기 위해 공기를 사용하는 대신 필름을 수조에 직접 압출하여 급속 냉각할 수 있습니다. 이를 통해 곱슬 필름을 표시하지 않고 결정화 속도가 다른 재료를 공압출할 수 있습니다. 또 다른 가능한 해결책은 다층 필름의 구조를 최적화하는 것입니다.