Résoudre cinq problèmes courants dans la co-extrusion par soufflage de film

1. Instabilité de la mousse : Le terme instabilité des bulles comprend de nombreux types de problèmes liés à la stabilité des bulles extrudées. Les principaux problèmes incluent la rupture des bulles, l'écrouissage, l'instabilité due au gel et le flottement des bulles.
Rupture de bulle : lorsque le matériau fondu quittant le moule est excessivement étiré, ce qui entraîne la rupture de la structure de la bulle, une rupture de bulle se produit. Cela se produit lorsque la résistance à l'état fondu du matériau extrudé est insuffisante pour atteindre le taux d'éclatement sélectionné (BUR). Afin d'éviter ce problème, la sélection de résine peut être modifiée pour ajouter des matériaux avec une résistance à l'état fondu plus élevée dans la structure du film afin d'améliorer la résistance globale à l'état fondu. Par exemple, du polyéthylène basse densité (LDPE) est incorporé dans un film de polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE) pour augmenter sa résistance à l'état fondu globale.
Durcissement par déformation : lorsque le polymère fondu est rapidement étiré dans le sens machine (MD) et ainsi durci, un durcissement par déformation se produit. Cela entraînera des fluctuations de la pression interne de la bulle et de la largeur de la bulle. Ce problème peut être évité en réduisant le taux de retrait. Une autre solution consiste à modifier la sélection de résine pour réduire la viscosité à la traction globale du film, permettant au film de s'étirer davantage en MD sans aucun durcissement par déformation.
Ligne de givre instable : dans un processus stable, la ligne de givre restera à une hauteur constante supérieure au moule et est contrôlée par la vitesse de refroidissement, le débit du moule et l'uniformité de l'épaisseur du film. Lorsqu'un processus devient instable, la position de la ligne de gel devient également instable. Une des raisons de cette instabilité est la répartition inégale de la température dans l'extrusion.
Le changement de température de fusion peut être causé par une mauvaise conception de la vis de la résine sélectionnée, l'usure de la vis ou une défaillance de l'élément chauffant ou du thermocouple. Avant la fusion, la température de fusion de chaque flux doit être mesurée pour déterminer quelle couche de fusion est la source du changement de température. Après le positionnement, retirer la vis et vérifier la dégradation du polymère et l'usure de la vis. Le fonctionnement de tous les éléments chauffants et thermocouples doit également être vérifié.
Une autre cause fréquente de ligne de gel instable est le blocage des moisissures. Le matériau d'avalement inégal de la matrice peut être dû à l'accumulation de matériaux dégradables dans le moule. Pour éviter cette situation, le moule doit être vérifié régulièrement et une accumulation de matière doit être effectuée si nécessaire.
Flottement de la mousse : le flottement de la mousse commence sous la ligne de gel et s'affiche sous la forme d'une marque linéaire sur la surface de la bulle dans le sens transversal (Td). Cette forme d'aile est causée par la vitesse élevée de l'air provenant de l'anneau d'air. La réduction de la vitesse du ventilateur ou le réglage des composants de l'anneau d'air pour réduire le débit d'air le long de la surface de la bulle empêchera le flottement des bulles. Cependant, la réduction du débit d'air réduira alors l'efficacité de refroidissement de l'anneau d'air, puis fera dériver la ligne de givre du moule, causant de nouveaux problèmes. Afin d'éviter cette situation, la sélection de la résine peut être optimisée pour réduire la viscosité globale à l'état fondu de l'extrusion et réduire la température globale à l'état fondu.
2. Changement d'indice : Dans la coextrusion de soufflage de film, il est inévitable d'avoir un certain degré de changement d'instrument en TD. Un exemple d'un profil d'instrument avec un film de faible variation de degré de pression peut être vu sur la figure 2. 1A. Cependant, si des problèmes inattendus commencent à se produire pendant le traitement, le degré de changement d'instrument peut augmenter. Il existe différents problèmes qui peuvent entraîner une augmentation des changements de spécifications, et la cause du problème est déterminée en vérifiant la forme du profil de l'instrument en mousse.
Refroidissement non uniforme de l'anneau d'air : un débit d'air médiocre ou irrégulier de l'anneau d'air entraînera un refroidissement irrégulier du film et affectera le taux de chute de pression du film. Cela peut amener certains films à s'étirer plus que d'autres, ce qui peut entraîner un écart de mesure. Afin d'éviter ce problème, le conduit d'air dans l'anneau d'air doit être vérifié et nettoyé régulièrement pour éliminer toutes les impuretés susceptibles de perturber le flux d'air. L'anneau d'air doit également être vérifié pour confirmer qu'il est correctement placé au centre du moule.
Température de fusion inégale : une température de fusion inégale entraînera des changements dans la vitesse de refroidissement des bulles et le débit du moule. Un signe évident de la température de fusion inégale est le profil sinusoïdal. La formation de cette variation sinusoïdale est liée à l'écoulement de matériaux avec une température de fusion inégale à travers le moule, qui est appelé ligne de port. Comme mentionné précédemment, le changement de température de fusion peut être causé par une conception ou une usure incorrecte des vis.
3. Instabilité d'interface : Le terme instabilité d'interface fait référence à l'instabilité à l'interface entre deux couches. La stabilité de l'interface dépendra de facteurs tels que les caractéristiques du matériau, les conditions de traitement et les caractéristiques de conception de l'équipement. Il existe trois types connus d'instabilité interfaciale qui peuvent se produire lors de la coextrusion par soufflage de film.
Il y a des raisons connues pour les rebondissements. Le premier est la différence de viscosité de cisaillement entre les matériaux qui produisent l'interface. Si le matériau a une viscosité de cisaillement significativement différente, chaque couche subira des taux de cisaillement différents sous la contrainte de cisaillement appliquée, ce qui entraînera une déformation en zig-zag. Cela peut être atténué en sélectionnant des matériaux avec une viscosité de cisaillement similaire (si possible) pour créer une interface.
La deuxième raison est le mauvais rapport des couches. Si le rapport de couche sélectionné rend l'interface trop proche de la paroi du moule, la contrainte de cisaillement excessive déclenchera la déformation. Afin d'éviter cela, l'épaisseur de la couche externe peut être augmentée, l'interface peut être maintenue éloignée de la paroi et la contrainte de cisaillement qui lui est imposée peut être réduite.
La troisième raison est une mauvaise conception du moule. Lors de la conception d'un moule, il est important d'optimiser correctement le canal de fluide pour créer un profil de vitesse uniforme dans tout le moule. Une mauvaise conception du moule peut entraîner la formation de points de cisaillement élevés et de profils de vitesse inégaux, ce qui peut entraîner une telle instabilité.
Instabilité de l'interface d'onde : Cette forme d'instabilité est causée par une déformation d'allongement inégale à l'interface entre les deux matériaux, entraînant la formation de motifs ondulés le long de la surface de la bulle car elle est extrudée du moule. L'image de cette instabilité peut être vue sur la figure 3. Il a été constaté que la déformation d'allongement provoquant cette instabilité provient de deux sources connues. Le premier est lié à un rapport de couche incorrect. Si l'une des couches composites de la structure est trop mince, elle subira plus d'accélération au point de fusion dans le moule, produisant ainsi un taux de déformation par allongement plus élevé dans la couche. Le rapport de couche doit être ajusté pour permettre à une courbe de vitesse plus uniforme de se former en aval du point de fusion.
La deuxième source est la différence de viscosité d'allongement des matériaux qui créent l'interface. Deux matériaux avec une force d'allongement différente et une viscosité d'allongement différente se déformeront à des vitesses différentes. Si possible, des matériaux avec des propriétés d'extension similaires doivent être sélectionnés pour créer l'interface.
Interface active instable : une interface réactive peut être formée dans le processus de co-extrusion d'une structure multicouche composée d'une résine de blocage polaire et d'une couche de connexion. La résine barrière est habituellement co-extrudée avec la couche de résine de polyoléfine. Ces structures ont généralement besoin d'une couche de liaison entre elles pour améliorer l'adhérence entre elles. La couche de liaison est un polymère composé de groupes terminaux polaires et non polaires. Parfois, une réaction chimique inutile peut se produire entre le groupe terminal polaire de la couche de connexion et la résine de blocage polaire, formant ainsi une interface instable. Le résultat de ces réactions est une clarté optique réduite et un aspect plus granuleux du film.

4. gel : Le terme gel est généralement utilisé pour désigner toute forme de petit défaut qui produit une déformation optique dans le film final. Les gels sont problématiques car ils produisent non seulement une distorsion optique, mais réduisent également les propriétés mécaniques du film. Le gel peut être divisé en trois catégories principales : les résines non fondues, les matériaux dégradables et les polluants étrangers.
Résine immobile : la résine non poreuse est un type de gel couramment observé dans les extrudeuses à haut débit. Ils sont le résultat d'une fusion inégale causée par une zone de faible cisaillement dans l'extrudeuse. Pour déterminer que le gel est une résine non mélangée, chauffez le gel au-dessus de sa température de fusion, puis refroidissez-le. Si le gel ne réapparaît pas après refroidissement, il s'agit d'une résine non mélangée. S'il y a de la résine non mélangée dans le film, la vis de l'extrudeuse doit être vérifiée et repensée pour minimiser la présence de zones à faible cisaillement.
Matériau dégradé : si le polymère est exposé à une énergie élevée pendant une période prolongée, une dégradation du matériau peut se produire pendant l'extrusion. Ces conditions conduisent à la formation de matériaux hautement oxydés ou réticulés qui présentent un gel dans la membrane. Habituellement, ces gels n'existent pas immédiatement après le démarrage. Au fur et à mesure que les polymères dégradés s'accumulent au cours du processus de dégradation, ils apparaissent sur le film.
Le gel hautement oxydé présente des points noirs cassants et peut être identifié par fluorescence sous lumière ultraviolette. La figure 5 montre l'image du gel fortement oxydé prise sous lumière polarisée et l'image de la fluorescence du gel sous lumière UV. Le gel réticulé a un aspect marron foncé et est composé de matériaux oxydés. Cependant, le degré d'oxydation est trop faible pour provoquer une fluorescence sous lumière UV.
Les gels réticulés sont parfois confondus avec des résines fortement enchevêtrées. Pour faire la distinction entre les deux, vous pouvez chauffer le gel à une température supérieure à sa température de fusion, appliquer une pression dessus pour le casser, puis le laisser refroidir. Si la forme de gel réapparaît après refroidissement, le matériau est réticulé plutôt que fortement enchevêtré. Afin de déterminer la source des matières dégradables, la vis de l'extrudeuse doit être retirée après fonctionnement sans purge. Une fois la source de dégradation déterminée, la conception de la vis peut être optimisée dans cette zone pour minimiser la stagnation et la faible force de cisaillement.
Polluants étrangers : Occasionnellement, des polluants étrangers peuvent entrer dans le procédé. Les polluants étrangers pénètrent généralement dans l'extrudeuse par la trémie, qui peut être transféré de la fibre de vêtement à la résine polymère étrangère. S'il s'avère que le gel a une température de fusion significativement différente de celle de la résine brute, ou une forme très irrégulière (comme une fibre), il peut s'agir d'une contamination par des corps étrangers. Pour éviter ces gels, la trémie doit toujours être correctement nettoyée et le récipient de matière première d'origine doit être fermé pour empêcher tout corps étranger de se mélanger.
5. Courbure : la courbure du film est un défaut observé dans la structure multicouche composée de matériaux de cristallinité différente. Ce défaut se forme pendant le processus de refroidissement du film fondu et provoque l'enroulement du film. La courbure du film est liée à deux problèmes : la différence de propriétés des matériaux (c'est-à-dire le point de fusion et la cristallinité) et un agencement de couches incorrect.
Un exemple courant de bouclage de film est illustré à la figure 6, qui montre un film à trois couches composé de polyéthylène (PE), de nylon (PA) et d'une couche de liaison. Lorsque le film multicouche quitte le moule, toutes les couches fondent et le film commence à refroidir. En refroidissant, la couche de nylon se cristallise et devient dure, tandis que la couche de PE rétrécit car elle est encore fondue. Une fois que la température descend en dessous de la température de fusion du polyéthylène, il commence également à devenir dur. Cependant, à ce moment-là, le nylon s'est cristallisé et ne peut plus être rétréci, ce qui fait que le PE se recourbe pendant la solidification.
Un procédé pour empêcher le film de s'enrouler consiste à refroidir rapidement le film pour empêcher la cristallisation. Au lieu d'utiliser de l'air pour refroidir le film, le film peut être directement extrudé dans un bain d'eau pour un refroidissement rapide. Cela permet la coextrusion de matériaux avec des taux de cristallisation différents sans montrer de film bouclé. Une autre solution possible consiste à optimiser la structure des films multicouches.