LDPE เทียบกับ HDPE ในเครื่องอัดรีดฟิล์มเป่า: วัสดุใดดีกว่ากัน?

พฤติกรรมการแปรรูปใน เครื่องอัดรูปฟิล์มแบบเป่า : ความหนืดของหลอม การเสถียรภาพของฟอง และผลกระทบต่อการออกแบบสกรู

ความหนืดของหลอม ความไวต่ออุณหภูมิ และการตอบสนองต่อแรงเฉือนระหว่างการอัดรีด

เมื่อพูดถึงการอัดรีดฟิล์มเป่าที่อุณหภูมิมาตรฐานระหว่าง 180 ถึง 230 องศาเซลเซียส LDPE ไหลได้ดีกว่า HDPE เนื่องมีความหนื้วยังหลอมเหลวต่ำกว่า ซึ่งหมาย้วนวัสดุจะเคลื่อนผ่านระบบได้อย่างราบรื่นมากกว่าและสร้างแรงกดต่อมอเตอร์น้อยกว่า นอกจากนี้ LDPE แสดงคุณสมบัติการบางตัวเมื่อรับแรงเฉือน (shear-thinning) อย่างมีประโยชน์ ซึ่งทำให้การประมวลงานง่ายขึ้นเมื่อมีแรงเฉือนสูงในบริเวณแม่พิมพ์ ในทางกลับ HDPE มีดัชนี้การไหลหลอมเหลว (melt flow index) สูงมาก ประมาณ 20 กรัมต่อ 10 นาที เมื่อเทียบกับ LDPE ที่ต่ำกว่า 1 กรัมต่อ 10 นาที สิ่งนี้โดยพื้นฐานหมาย้วน HDPE จะแข็งกว่าเมื่อหลอมเหลว ดังนั้นต้องการไดรฟ์ที่มีกำลังสูงกว่าและการจัดการอุณหภูมิอย่างระมัดระวัง เมื่อเกิน 210 องศาเซลเซียสขึ้น HDPE จะเริ่มยากขึ้นอย่างรวดเร็ว การเสื่อมโทรมจากความร้อนกลายเป็นปัญหาที่ร้ายแรง ซึ่งเป็นเหตุว่าทำไมการรักษาอุณหภูมิของบาร์เรลและแม่พิมพ์คงที่มีความสำคัญมาก เพื่อป้องกันปัญหาเช่นการเกิดเจลหรือออกซิเดชันที่ทำลายคุณภาพวัสดุ

การควบคุมเส้นน้ำค้างและการคงตัวของฟอง: เหตุใด LDPE จึงมอบช่วงการทำงานที่กว้างขึ้น

การที่ LDPE เกิดผลึกช้าลงทำให้ผู้ปฏิบัติงานมีพื้นที่ปรับความสูงของเส้นน้ำค้าง (frost line) ได้มากขึ้น ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาความเสถียรของฟองและรักษาระดับความหนาอย่างสม่ำเสมอตลอดกระบวนการผลิต เนื่องจาก LDPE ใช้เวลานานกว่าจะแข็งตัว จึงสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอัตราการเย็นลงได้ประมาณ 15% โดยไม่ก่อให้เกิดปัญหา เช่น การสั่นสะเทือนจากการดึง (draw resonance) หรือการยุบตัวของฟอง ในทางตรงกันข้าม HDPE ทำงานต่างออกไป มันแข็งตัวเร็วกว่ามาก ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยจึงมีผลกระทบมากกว่า แม้เพียงการเปลี่ยนแปลงเพียง 8% ในการตั้งค่าแหวนเป่าลมหรืออุณหภูมิลูกกลิ้งทำความเย็น ก็อาจทำให้กระบวนการทั้งหมดเสียสมดุลได้ ความแตกต่างเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อการผลิตในเชิงพาณิชย์ เมื่อเส้นน้ำค้างเคลื่อนที่อย่างไม่แน่นอนระหว่างการแปรรูป HDPE ความแตกต่างของความหนาอาจเพิ่มขึ้นกว่า 12% ขณะที่ LDPE ยังคงรักษาระดับความสม่ำเสมอได้ดีกว่ามาก ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญสำหรับฟิล์มเกษตรบาง ๆ ที่ต้องการการส่งผ่านแสงอย่างสม่ำเสมอและคุณสมบัติทางกลที่เหมาะสมอย่างยิ่ง

ความขัดแย้งของความแข็งแรงในการหลอม HDPE: เมื่อความแข็งแรงที่สูงขึ้นต้องการเรขาคณิตสกรูที่ถูกดัดแปลง

HDPE มีความต้านทานแรงดึงที่ยอดเยี่ยมเมื่ออยู่ในรูปของแข็ง แต่เมื่อนำมาหลอมเพื่อกระบวนการอัดรีดแบบเป่าฟิล์ม ความยืดหยุ่นต่ำจะก่อให้เกิดปัญหาต่างๆ มากมายเกี่ยวกับความเสถียรของฟอง เช่น เกิดการหย่อนคล้อย มีผลหดตัวบริเวณคอที่น่ารำคาญ และบางครั้งฟองอาจแตกก่อนกำหนด เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ ผู้ผลิตจำเป็นต้องใส่ใจอย่างใกล้ชิดต่อการออกแบบสกรูเครื่องอัดรีด โดยทั่วไปโรงงานส่วนใหญ่เลือกใช้สกรูแบบบาร์เรียร์ที่มีอัตราส่วนการอัดประมาณ 3:1 คู่กับถังลำเลียงชนิดมีร่อง (grooved feed barrels) ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการแปรรูป HDPE ระบบที่เหมาะสมเช่นนี้ช่วยได้อย่างมาก โดยเพิ่มประสิทธิภาพการหลอมละลาย และทำให้เนื้อหลอมมีความสม่ำเสมอมากขึ้นประมาณ 40% นอกจากนี้ยังช่วยรักษาระดับแรงดันให้คงที่ จึงไม่เกิดการพุ่งของผลผลิตอย่างฉับพลัน หากบริษัทละเลยการปรับเปลี่ยนเหล่านี้ ก็จะต้องเผชิญกับวัสดุของเสียจำนวนมากจากฟองที่ล้มเหลว อัตราของเสียอาจสูงถึงเกือบ 30% ในบางกรณี ดังนั้นการเลือกใช้สกรูที่เหมาะสมจึงไม่ใช่แค่ทางเลือกที่ดี แต่เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับผู้ที่จริงจังในการผลิตฟิล์ม HDPE คุณภาพสูงโดยไม่สูญเสียวัตถุดิบจำนวนมาก

คุณสมบัติของฟิล์มเชิงกลและเชิงหน้าที่: ความหนาแน่นและผลึกมีบทบาทอย่างไรต่อประสิทธิภาพการใช้งานจริง

ความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่น–ผลึก–ความยืดหยุ่นในเกรด LDPE และ HDPE

การแยกตัวเป็นกิ่งก้านยาวใน LDPE ขัดขวางการเกิดผลึก ทำให้เกิดพื้นที่ไม่มีระเบียบจำนวนมาก ซึ่งช่วยให้วัสดุยืดออกได้มาก (ประมาณ 500 ถึง 700 เปอร์เซ็นต์) และดูดซับแรงกระแทกได้ค่อนข้างดี HDPE มีโครงสร้างโซ่ตรงที่ทำให้โมเลกุลจัดเรียงตัวใกล้ชิดกันได้ ทำให้วัสดุมีความแข็งแรงโดยรวมมากกว่า แต่ไม่ดีเท่าไรเมื่อพูดถึงการยืดตัวก่อนขาด (มักจะยืดตัวได้เพียง 10 ถึง 120 เปอร์เซ็นต์) เนื่องจากคุณสมบัติที่แตกต่างกันเหล่านี้ วัสดุทั้งสองจึงถูกใช้งานในงานที่ต่างกันในการอัดรีดฟิล์มแบบเป่า LDPE ถูกใช้อย่างแพร่หลายในฟิล์มห่อแบบยืดและบรรจุภัณฑ์แบบฟอร์มฟิลล์ซีล เพราะต้องสามารถปรับรูปร่างให้แนบกับสิ่งของที่ห่อหุ้ม ขณะเดียวกันก็ต้องทนต่อแรงเครียดได้ ส่วน HDPE นั้นถูกใช้ในผลิตภัณฑ์เช่น ขวดบรรจุผงซักฟอกและแผ่นรองอุตสาหกรรมหนัก ซึ่งวัสดุจำเป็นต้องคงรูปร่างไว้ได้แม้จะมีการบรรทุกของหนักไว้

การแลกเปลี่ยนระหว่างความต้านทานแรงดึง ความต้านทานการเจาะทะลุ และความเหนียวในฟิล์มบรรจุภัณฑ์

ระดับของผลึกโดยพื้นฐานแล้วเป็นตัวกำหนดว่าวัสดุเหล่านี้จะทำงานได้อย่างไรเมื่อนำไปใช้งาน พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) มีโครงสร้างผลึกที่แน่นซึ่งทำให้มีความต้านทานแรงดึงสูงกว่าพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) ประมาณสี่เท่า (ประมาณ 30-40 เมกกะพาสกาล เทียบกับเพียง 8-20 เมกกะพาสกาล) และยังทนต่อการถูกเจาะได้ดีกว่ามาก ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อจัดการกับวัตถุที่มีคมภายในบรรจุภัณฑ์ แต่ในทางกลับกัน LDPE มีบริเวณที่ไม่มีโครงสร้างผลึกมากกว่า ทำให้โซ่โพลิเมอร์สามารถเลื่อนผ่านกันได้ในช่วงที่เกิดแรงกระแทก ส่งผลให้ LDPE ทนต่อแรงกระแทกได้ดีกว่า HDPE โดยมีความต้านทานแรงกระแทกสูงกว่าประมาณสองเท่า นั่นจึงเป็นเหตุผลที่ LDPE มักถูกใช้ในถุงส่งสินค้าที่ต้องถูกโยนหรือกระทบระหว่างการขนส่ง ขณะเดียวกัน HDPE ก็ยังคงความแข็งแรงพอที่จะป้องกันไม่ให้ถังสารเคมีบวมออก และรักษาความสามารถในการปิดผนึกได้ดีแม้จะมีแรงดันสะสมภายในเป็นเวลานาน เมื่อต้องเลือกระหว่างพลาสติกชนิดต่างๆ ผู้ผลิตจำเป็นต้องพิจารณาว่าผลิตภัณฑ์ของตนจะต้องเผชิญกับแรงประเภทใดบ่อยที่สุด ไม่ว่าจะเป็นแรงดึง แรงกระแทกทันที หรือการเปลี่ยนรูปแบบช้าๆ เป็นเวลานาน

การคัดเลือกวัสดุที่สอดคล้องกับการใช้งาน: จัดแนว LDPE หรือ HDPE กับผลลั้งจริงจากเครื่องอัดรีดฟิล์มเป่า

ความโดดเด่นของ LDPE ในฟิล์มการเกษตร: ความใส ความยืดหยุ่น และความแข็งแรงของการปิดผนึกสำหรับการใช้งานในเรือนเพาะพืช

พอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) ยังคงเป็นวัสดุที่นิยมใช้สำหรับคลุมเรือนเพาะปลูกและฟิล์มคลุมดินทางการเกษตร เนื่องจากมีคุณสมบัติหลายประการที่ทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีค่าดัชนีการไหลของหลอม (MFI) อยู่ในช่วง 0.2 ถึง 2.0 กรัมต่อ 10 นาที ตามมาตรฐาน ASTM D1238 ซึ่งทำให้ผู้ผลิตสามารถผลิตฟิล์มบางได้ถึงความหนาเพียง 0.02 มม. โดยไม่เกิดการแตกร้าวของเนื้อพลาสติกในระหว่างกระบวนการอัดรีด ส่งผลให้ฟิล์มที่ได้มีการส่งผ่านแสงสว่างมากกว่า 90% ของแสงที่มีอยู่ พร้อมทั้งควบคุมความใสได้ดี ช่วยให้พืชเติบโตได้ดียิ่งขึ้นจากการเข้าถึงแสงแดดอย่างเต็มที่ นอกจากนี้ LDPE ยังมีความยืดหยุ่นสูง และสามารถปิดผนึกได้ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ ระหว่าง 110 ถึง 125 องศาเซลเซียส คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้รอยต่อของฟิล์มยังคงแข็งแรงทนทานแม้อยู่ภายใต้สภาวะอากาศที่เปลี่ยนแปลงหรือแรงกดทางกายภาพ จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้คลุมเรือนเพาะปลูกที่ต้องเผชิญกับลมแรง หรือการผลิตฟิล์มคลุมดินที่ช่วยรักษาระดับความชื้นในดิน ประโยชน์ทั้งหมดเหล่านี้เกิดจากโครงสร้างโดยธรรมชาติของโมเลกุล LDPE และได้รับการพิสูจน์มาแล้วหลายครั้งในการผลิตในเชิงพาณิชย์ ซึ่งเทคนิคการแปรรูปที่เหมาะสมจะสอดคล้องกับลักษณะการไหลของวัสดุ

ข้อได้เปรียบของ HDPE ในผลิตภัณฑ์ซับในอุตสาหกรรมและถุงที่มีความทนทานสูง: ความแข็งแรง, ความต้านทานต่อสารเคมี, และความสามารถในการรับน้ำหนัก

โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูงโดดเด่นเป็นพิเศษในงานอุตสาหกรรมที่ต้องการวัสดุคงรูปและทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง วัสดุมีโครงสร้างผลึกประมาณ 70 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งให้ความแข็งแรงดึงได้มากกว่า 30 เมกะพาสคัล ส่งผลให้แผ่นรองและถุง HDPE สามารถรับน้ำหนักได้ประมาณ 50 กิโลกรัมโดยไม่หย่อนหรือเสียรูปตามกาลเวลา สิ่งที่ทำให้ HDPE พิเศษคือโมเลกุลที่จัดเรียงชิดกันอย่างแน่นหนาในรูปโซ่ยาว โครงสร้างนี้ทำให้วัสดุมีความต้านทานสารเคมีหลายชนิด เช่น ตัวทำละลาย กรด และด่าง ผลการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM D543 ยืนยันถึงความต้านทานดังกล่าว ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมผู้ผลิตจึงนิยมใช้ HDPE สำหรับบุด้านในของถังเก็บสารเคมีและบรรจุภัณฑ์สำหรับวัสดุอันตราย เมื่อผลิตด้วยเครื่องอัดฟิล์มแบบเป่า (blown film extrusion) พร้อมสกรูแบ่งชั้นและวงแหวนควบคุมอากาศที่เหมาะสม HDPE จะสร้างฟิล์มที่มีความหนาตั้งแต่ 0.05 ถึง 0.2 มิลลิเมตร โดยมีความหนาสม่ำเสมอตลอดทั้งแผ่น ฟิล์มเหล่านี้ยังคงความมั่นคงแม้อยู่ภายใต้แรงกด และไม่ฉีกขาดง่ายจากพื้นผิวขรุขระหรือวัตถุแหลมคม ทำให้เหมาะสำหรับใช้เป็นฉากกั้นในงานก่อสร้างและภาชนะขนส่งปริมาตรขนาดใหญ่