押出インフレーションフィルム成形プロセスと制御

 

 

種類や仕様の異なるプラスチックフィルムを製造するには、適切な押出機、ブロー成形ダイヘッド、付帯設備の選定に加え、適切な成形方法や加工条件を選択する必要があります。この方法によってのみ、業務をスムーズに実行し、高品質の映画を保証することができます。-

 

 

フィルムの牽引方向に基づいて、インフレーションフィルムの製造は、フラット押出フラットブロー、フラット押出上向きブロー、およびフラット押出下向きブローの 3 つのタイプに分類できます。フラット押出上向きブローが最も一般的です。

 

1. フラット押出フラットブロー法

平板押出フラットブロー法のプロセスフローを図1に示します-15。この工法はストレートスルーダイヘッドを使用しており、ダイヘッドや付帯設備も比較的シンプルな構造となっているため、設備の設置や操作が容易です。しかし、押出機は大きな設置面積を占めます。熱風は上向きに流れ、冷気は下向きに流れるため、膜気泡の上部の冷却は下部に比べて遅くなります。プラスチックの密度が高い場合や気泡径が大きい場合、気泡がたわみやすく膜厚均一性が悪くなり調整が困難になります。通常、この方法は幅 600 mm 以下の PE および PVC インフレーションフィルムの成形に適しています。

 

 

2. 平板押出上吹き法

平押出上吹き法のプロセスフローを図1に示します-16。この方法では直角ダイヘッドが使用され、材料の排出方向が押出機バレル内の流れ方向と直角になります。押し出されたチューブは垂直上方に引かれ、膨張、加圧され、トラクション ローラーに送り込まれます。この方法の主な利点は、気泡全体が冷却された丈夫な上部セグメントによってサポートされ、安定したフィルムの牽引力が確保されることです。幅広い厚さと幅（直径 10 μm を超えるなど）のフィルムを製造できます。また、押出機は地上に設置されており、操作台が不要なため、設置面積が小さく操作が容易で、比較的均一な厚みで広範囲のフィルム厚みを得ることができます。主な欠点は、気泡の周囲の熱い空気が上昇する一方、冷たい空気は沈むため、冷却には好ましくないことです。ダイヘッドが 90 度曲がっていると、材料の流れの抵抗が増加し、曲げ部分で材料の分解が発生する可能性があります。工場出荷時の高さはそれより大きくなければなりません。また、ダイヘッドや付帯設備も複雑な構造となっています。

 

 

3. 平坦押出下吹き工法

平坦押出下向きブロー法でも直角ダイヘッドが使用されますが、図 1- に示すように、チューブは垂直下向きに引き出されます。-17.気泡の牽引方向はダイヘッドからの熱風の流れとは逆であり、気泡の冷却が促進されます。さらに、ウォータージャケットを使用してバブルを直接冷却することができるため、生産効率とフィルムの透明性が大幅に向上します。この方式は冷却効果が高く、フィルムは重力により下向きに引き込まれてトラクションローラーに吸い込まれるため、上向きブロー方式に比べて利便性が高くなります。また、生産ラインの速度も向上し、生産量も増加します。ただし、気泡全体は固化していないプラスチック部分によって支えられているため、より厚いフィルムを製造するときや、特に密度の高いプラスチックの場合、高い牽引率で気泡が壊れやすくなります。押出機は高い操作プラットフォームに設置する必要があるため、設置コストが増加し、操作が不便になります。ウォータージャケットによる急速冷却のため、PP樹脂などの溶融粘度が低く結晶性の高い樹脂に適しており、透明性の高い包装用フィルムの製造が可能です。

 

 

インフレーションフィルムの製造方法の中で、平押出上向きブロー法が最も一般的に使用されています。図 1-18 に示すように、このメソッドの作成操作を次に説明します。

 

 

1.加熱: ヒーターを使用して押出機とダイヘッドを必要な温度まで加熱し、その温度を一定期間維持します。

2.供給と押出: 押出機とダイヘッドが断熱要件を満たしたら、押出機を始動し、少量のプラスチック (粉末またはペレット) をホッパーに追加します。最初はスクリューが低速で回転します。溶融材料がダイヘッドを通過して気泡状に膨張した後、徐々にスクリュー速度を上げてホッパーに充填し、気泡の周囲の押し出し量が均一であるかどうかを観察します。気泡が歪んでいたり、厚みが均一でない場合は、周囲の温度や隙間幅を調整してください。放電が速い領域では、温度を下げてネジを締めてください。逆に温度を上げてネジを緩めます。

3.リフティング: ダイヘッドから出た溶融材料を集めて持ち上げ、付着を防ぐために少量の空気を導入します。

4.送りローラー: 持ち上げた気泡をニップローラーに送り込み、気泡を折り畳んだフィルムに押し込みます。その後、フィルムはガイドローラーを介して巻き取り装置に案内されます。

5.インフレ: バブルをローラーに送り込んだ後、空気で膨らませ、トラクション率と膨張率を調整して、フィルムの折り目幅と厚さが要件を満たしていることを確認します。{0}}気泡内の空気はニップローラーによって密閉されているため、ほとんど逃げることがなく、気泡内の圧力は一定に保たれます。

6.調整: 膜厚公差は、ダイギャップ、冷却リング位置、風量、トラクション率を調整することで補正できます。フィルムの幅公差は主にインフレーションサイズを制御することで調整されます。

 

 

1. 成形温度

温度制御はインフレーションフィルムプロセスにおいて非常に重要であり、製品の品質に直接影響します。 PVC などの熱に弱いプラスチックの場合、正確な温度制御が不可欠であり、加熱温度と時間を適切に調整することが重要です。

加工温度は流動状態で最適な溶融粘度を達成するように設定されており、品質の高い製品が保証されます。原材料が異なれば、必要な温度も異なります。同じ材料でも膜厚が異なれば必要な処理温度も異なります。また、同じ材料と厚さであっても、押出機が異なれば必要な温度も異なる場合があります。フィルムが薄いほど、より優れた溶融流動性が必要となるため、同じ材料の場合、20 μm のフィルムは 80 μm のフィルムよりもはるかに高い加熱温度が必要になります。

 

温度制御には、フィード部からダイスまで徐々に昇温する方法と、フィード部の温度を低く保ち、圧縮部の温度を急激に上げ（材料の最適可塑化温度に制御）、計量部で降温して溶融状態を維持する方法があります。ダイ温度は材料を流動可能な状態に保つ必要があり、スクリューの長さ-と-の直径の比率に応じて、バレルの終了温度と同じか、10～20 度低くなります。

 

PVC などの熱に弱いプラスチックの場合、バレル内の過熱と分解を防ぐために、バレル温度をダイヘッド温度より低くする必要があります。{0}過熱しにくいPEやPPなどのプラスチックの場合、ダイヘッド温度をバレル温度より低くすることで気泡の冷却と安定化を促進し、フィルムの品質を向上させることができます。

 

温度制御は複雑であり、加熱温度を最適化するには材料の特性と加工条件を十分に理解する必要があります。一般的に使用されるインフレーションフィルムの押出温度制御範囲を表 1-5 に示します。

 

表 1-5 一般的に使用されるインフレーションフィルムの押出温度制御範囲

 

フィルムの種類			バレル温度/度		コネクタ温度/度		ダイヘッド温度/度
PVC（粉末）	高速ブロー	160 - 175 170 - 185		170 - 180 180 - 190		185 - 190 190 - 195
PE PP			130 - 160 190 - 250		160 - 170 240 - 250		150 - 160 230 - 240
複合フィルム	PE PP	120 - 170 180 - 210		210 - 220 210 - 220		200 200

バレルとダイヘッドの加熱温度は、成形品やフィルムの特性に大きな影響を与えます。温度が高すぎるとフィルムが脆くなり、特に縦方向の引張強度が低下する可能性があります。高温も気泡内に周期的な横振動波を引き起こす可能性があります。温度が低すぎると、樹脂が十分に混合および可塑化されず、材料の流れが不規則になり、均一な伸び、光沢、透明性に影響を与える可能性があります。処理温度が低いと、フィルム表面に「フィッシュアイ」が発生する可能性があります。このフィッシュアイでは、結晶点が年輪のようなパターンで囲まれ、結晶点の周囲の膜が薄くなることがあります。-さらに、低温ではフィルムの破断伸びと衝撃強度が低下します。

 

2. ブロウアップ率-

ブローアップ率はフィルムの折り目幅を決定するだけでなく、フィルムのさまざまな特性にも影響します。-したがって、膨張率の選択では、折り幅とパフォーマンスの両方を考慮する必要があります。-ブロウアップ比は、プラスチックの特性 (分子量、結晶化度、溶融張力など) によっても制限されます。表 1-6 に、参考として、フィルムの種類や用途ごとに最適なブローアップ比の範囲を示します。

 

表 1-6 さまざまなフィルムの最適なブローアップ比の範囲

フィルムの種類	PVC	LDPE	LLDPE	HDPE(超薄型)	PP	PA	シュリンクフィルム、ストレッチフィルム、粘着フィルム
ブローアップ率-	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

 

ブローダウン比を大きくすると、溶融樹脂中の不規則な材料の流れが縦方向と横方向に広がり、フィルムがより滑らかになるため、フィルムの光学特性が向上します。{0}ブローダウン比を増加すると、衝撃強度、横方向の引張強度、横方向の引裂強度も向上しますが、縦方向の引張強度と引裂き強度は相対的に低下します。ブローダウン比が 3 を超えると、両方向の引裂き強度が安定します。ブローダウン比が増加すると縦方向の伸びが減少します。一方、横方向の伸びは比較的安定しており、ダイの環状ギャップが広がった場合にのみ増加します。-

 

3. トラクションレシオ

トラクション率が増加すると（トラクション率が大きくなると）、金型からの不規則な材料の流れが冷却して固化する前に完全に緩和できなくなり、光学特性が低下します。押出速度を上げてもフィルムの透明性の低下は避けられません。押出速度が一定の場合、トラクション速度が増加すると縦方向と横方向の強度のバランスが崩れ、縦方向の強度は増加しますが、横方向の強度は減少します。

 

ブローアップ比とトラクション比は、それぞれ横方向の膨張と縦方向の伸びの倍数を表します。{0}両方を増加させると、フィルムの厚さは減少し、折り目の幅は増加します。逆も同様です。したがって、ブローアップ比とトラクション比は、フィルムの最終寸法と特性を決定する重要なパラメータです。

 

4. フィルム冷却

冷却はインフレーションフィルムの製造において重要であり、冷却の程度は製品の品​​質に大きく影響します。ダイからトラクション ローラーまでの気泡の移動時間は、通常 1 分を超えます (2.5 分を超えない)。この短い時間内に、気泡は冷却されて固化する必要があります。そうしないと、トラクション ローラーの圧力で気泡がくっつき、フィルムの品質に影響を与える可能性があります。

 

図 1-19 に示すように、発泡中の冷却速度は気泡の形状に影響を与えます。図 1-19a は、冷却速度が遅い場合の気泡の形状を示しています。実際の製造では、冷却リングの位置が低く、風量が少なく、冷却リング内の空気温度がそれほど低くない場合にこの形状が形成されます。図 1-19b は、フィルムがダイヘッドから出た直後に冷却されたときの気泡の形状を示しています。実際の生産では、冷却リングが低く、風量が多く、気温が非常に低い場合にこの形状が形成されます。図 1-19c は、フィルムがダイヘッドから一定の距離で急冷されたときの気泡の形状を示しています。実際の生産では、冷却リングの位置が高く、風量が多く、気温が非常に低い場合にこの形状になります。

 

 

 

インフレーションフィルム製造における一般的な異常現象とその原因、および解決策を表 1-7 に示します。

表 1-7 インフレーションフィルム製造における一般的な異常現象、原因、および解決策

 

異常現象	原因	ソリューション
フィルムのトラクションが難しい	1. ダイヘッド温度が高すぎる、または低すぎる 2.片面の厚み変化が大きい 3. 焦げ跡が多く汚れた原料	1. ダイヘッド温度を調整する 2. 膜厚を調整して均一にする 3. 原材料を交換し、ダイヘッドとネジを洗浄します。
フィルムの破損	1. ダイヘッド温度が高すぎる、または低すぎる 2. 溶融物中の不純物または分解物 3. フィルターまたはダイの詰まり 4. 過剰なトラクション速度 5. 膜厚の不均一または過剰なブローアップ率-	1. ダイヘッド温度を調整する 2. 金型の洗浄または樹脂の交換 3. フィルターを交換し、ダイを洗浄します 4. トラクション速度を下げる 5. 膜厚を調整し、ブローアップ率を下げます。-
スキューバブル	1. 機械本体または金型の温度が高すぎる 2. コネクタの温度が高すぎる 3. 膜厚ムラ	1. 機械本体または金型の温度を下げる 2. コネクタの温度を下げる 3. 膜厚を均一に調整する
膜厚ムラ	1. 不均一なダイギャップ 2.コア金型の変形 3. ダイヘッド温度の不均一 4. 過剰なブローアップ率- 5. 不均一な冷却 6. 不安定な圧縮空気	1. ダイギャップを調整する 2.コア金型を交換する 3. ダイヘッド加熱リングを検査します。 4. 爆発率を下げる- 5. 冷却風量を調整して均一にする 6. エアコンプレッサーの点検
フィルムのシワ	1. 膜厚ムラ、薄い部分のシワ 2. 冷却が不十分または不均一である 3. ヘリンボーンプレートまたはトラクションローラーとダイヘッドの位置ずれ 4. 過度のヘリンボーンプレート角度 5. トラクションローラーの圧力が不均一である 6. 巻取り張力のばらつき 7. 過剰な膨張率、不規則な泡の形状 8. 環境大気の影響	1. 膜厚を調整して均一にする 2. 冷却を強化するか、生産速度を下げる 3. 正しい中心線の位置合わせ 4. ヘリンボーンプレートの角度を小さくする 5. トラクションローラーを調整する 6. 巻き取りローラーの調整 7. ブローアップ率を下げるか、金型を交換し、気泡の形状を調整します- 8. 環境の空気の流れを安定させる
透明度が悪い	1. 可塑化温度が低い 2. 凍結線の高さが不十分である 3. 過剰なトラクション速度 4. 小さいブローアップ率-	1. 成形温度を上げる 2.凍結線の高さを高くする 3. トラクション速度を下げる 4. 爆発率を高める-
フィルム表面ブルーミング	1. 機械本体または金型の温度が低い 2. スクリュー速度の超過 3. スクリュー温度が高すぎる、または低すぎる 4. 不適切な配合	1. 機械本体または金型の温度を上げる 2. スクリュー速度を下げる 3. スクリュー冷却媒体の流れを調整する 4.配合の改善
フィルム表面の不純物や焼け跡	1. 原料中の不純物 2.壊れたフィルター画面 3. 樹脂の分解 4. 不均一な混合	1.スクリーン原料 2.フィルタースクリーンを交換する 3. ダイヘッドの洗浄 4. 混練および可塑化プロセスを厳密に制御
フィルム表面の気泡	湿った原料	乾燥原料
フィルムの穴や破れ	1. 原料中の不純物 2. フィルター画面のブロックまたは破損 3. 過剰なブローアップ率- 4.過剰なトラクション比 5.ブロックされたダイ 6. 冷却プレートやローラー上の異物がフィルムを傷つける	1. 原材料を交換する 2. フィルタースクリーンを掃除または交換します 3. ブローアップ比を調整します- 4. トラクションレシオを下げる 5. クリーンダイ 6. ヘリンボーンプレートまたはガイドローラーの表面をきれいにします
フィルム表面の透かしや曇り	1. 押出機バレル温度が低い 2. 金型温度が低い 3. スクリュー速度の超過 4. フィルタースクリーンの穴が大きすぎるか層が不十分です 5. 原材料の選択が不適切	1.バレル温度を上げる 2. 金型温度を上げる 3. スクリュー速度を下げる 4. より細かいフィルタースクリーンに置き換えるか、レイヤーを追加します 5. 適切な原材料の選択
フィルム表面のフィッシュアイまたはハードブロック	1. 押出機温度が低い 2. 他の樹脂の混入 3. 原料のメルトフローレートが低い 4. スクリューの可塑化不良	1. 押出温度を上げる 2. 原材料の交換または汚染樹脂の除去 3. 適切な原材料を使用する 4. 認定されたネジを交換します。
明らかな縫い目跡	1. ダイまたはコネクタの過度の温度 2. コアロッドシャントの材料分解	1. ダイまたはコネクタの温度を下げる 2. コアロッドを取り外して清掃します。
粘着フィルム（開口部不良）	1. 成形温度が高すぎる 2. 冷却が不十分である 3. 過剰なトラクション速度 4. ニップローラー圧が強すぎる 5. 配合ミス（開栓剤不足）	1. 温度、特に金型温度を下げる 2.冷却を強化する 3. トラクション速度を下げる 4. ニップローラー圧を調整する 5. 開口剤の投与量を増やす
不等巻き	1. 膜厚ムラ 2. 冷却が不十分である 3.不均一なヘリンボーンフレームギャップ 4. トラクションローラーの位置ずれ 5. フィルムチューブ内に空気が溜まりシワの原因となる	1. 膜厚を調整する 2.冷却を強化する 3. ヘリンボーンフレームのギャップを修正する 4. トラクションローラーのクランプ力を調整して均一にする 5. 溜まった空気を取り除き、シワを解消します。
フィルムロールの端が不均一	1. 巻取り張力が不十分でエッジの振れが発生する- 2. 鈍いフィルム-切断刃 3. 巻取り張力のばらつき	1. 巻き取り張力を適切に高める 2. 新しい刃に交換します 3. 張力制御システムの検査