กระบวนการอัดรีดฟิล์มแบบเป่าคืออะไร

เครื่องอัดรีดฟิล์มเป่าเป็นอุปกรณ์สำคัญสำหรับการผลิตฟิล์มพลาสติก ซึ่งถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ เกษตรกรรม อุตสาหกรรมหนัก และสินค้าอุปโภคบริโภค โดยกระบวนการผลิตฟิล์มเป่าจะทำให้เกิดกระบวนการเปลี่ยนแปลงที่สมบูรณ์จากเม็ดพลาสติกเป็นฟิล์ม ผ่านกระบวนการหลอมละลาย อัดรีด และเป่าพลาสติกวัตถุดิบให้เป็นฟิล์มบาง ดังนั้น กระบวนการผลิตของเครื่องอัดรีดฟิล์มเป่ามีขั้นตอนอย่างไรบ้าง ในบทความนี้จะอธิบายเริ่มต้นจากลำดับขั้นตอนกระบวนการ โดยอธิบายอย่างเป็นระบบในแต่ละขั้นตอนสำคัญและจุดควบคุมทางเทคนิค เพื่อช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจกระบวนการทำฟิล์มเป่าด้วยวิธีอัดรีดให้ถ่องแท้

1. อะไรคือ การขึ้นรูปฟิล์มเป่า กระบวนการ?

การอัดรีดฟิล์มแบบเป่า (Blown film extrusion) เป็นกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกประเภทเทอร์โมพลาสติก ซึ่งเหมาะสำหรับการผลิตฟิล์มที่ทำจากวัตถุดิบ เช่น โพลีเอทิลีน (PE) และโพลีโพรพิลีน (PP) เป็นหลัก โดยพลาสติกจะถูกให้ความร้อนจนละลายโดยเครื่องอัดรีด (extruder) จากนั้นอัดผ่านหัวแม่พิมพ์ (die head) และขยายตัวเป็นฟิล์มภายใต้แรงดันอากาศสูง ในเวลาเดียวกัน กระบวนการผลิตฟิล์มทั้งหมดจะถูกดำเนินต่อโดยการดึง ทำให้เย็นตัว และม้วนฟิล์ม

2. องค์ประกอบและโครงสร้างของเครื่องอัดรีดฟิล์มแบบเป่า

เครื่องอัดรีดฟิล์มแบบเป่ามาตรฐานทั่วไปมักประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ ดังต่อไปนี้:

• ระบบอัดรีด (Hopper, สกรู, บาร์เรล, ระบบให้ความร้อน)
• ระบบหัวแม่พิมพ์ (สำหรับขึ้นรูปฟิล์มเบื้องต้น)
• ระบบแหวนลม (ทำหน้าที่ระบายความร้อนและเป่าลม)
• อุปกรณ์ดึง (ควบคุมความหนาและความเสถียรของฟิล์ม)
• อุปกรณ์ม้วนเก็บ (ทำหน้าที่เก็บม้วนฟิล์มให้สมบูรณ์)
• ระบบควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์ (ควบคุมอุณหภูมิ ความเร็ว และแรงดันลม เป็นต้น)
• แต่ละส่วนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทั้งหมด

3. ขั้นตอนการปฏิบัติงานของเครื่องเป่าฟิล์มแบบอัดรีด

3.1 การเตรียมและป้อนวัตถุดิบ

ขั้นตอนแรกในกระบวนการเป่าฟิล์มคือการเตรียมวัตถุดิบ โดยทั่วไปจะใช้เม็ดพลาสติกเทอร์โมพลาสติก เช่น โพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE), โพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE), โพลีเอทิลีนเชิงเส้นความหนาแน่นต่ำ (LLDPE) หรือโพลีโพรพิลีน (PP) นอกจากนี้ สามารถเติมเม็ดสี (มาสเตอร์แบตช์), สารต้านอนุมูลอิสระ, สารหล่อลื่น และสารเติมแต่งอื่น ๆ ตามความต้องการที่แตกต่างกัน
เม็ดพลาสติกเหล่านี้จะถูกป้อนเข้าสู่เครื่องอัดรีดผ่านระบบป้อนอัตโนมัติ และถูกส่งเข้าสู่เขตความร้อนของสกรูด้วยแรงโน้มถ่วงหรืออุปกรณ์ป้อนแบบสกรู

3.2 การหลอมละลายและทำให้เป็นพลาสติก (การอัดรีด)

เมื่อสกรูหมุน เม็ดพลาสติกจะถูกให้ความร้อน ถูกอัดแรง และหลอมละลายทีละขั้น สกรูและบาร์เรลแบ่งออกเป็นสามเขต ได้แก่
เขตป้อน (Feeding area): พลาสติกเริ่มรับความร้อนและเคลื่อนที่ไปข้างหน้า
เขตอัดแรง (Compression area): วัสดุเริ่มหลอมละลายและแรงดันเพิ่มขึ้น
เขตวัดปริมาณ (Metering area): เพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุที่หลอมแล้วมีความสม่ำเสมอและพร้อมสำหรับการอัดรีด
กระบวนการทั้งหมดต้องควบคุมอุณหภูมิของแต่ละส่วนอย่างเข้มงวด โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 160°C ถึง 250°C (ขึ้นอยู่กับชนิดวัสดุ) เพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุหลอมละลายอย่างสมบูรณ์และไม่สลายตัว

3.3 การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ (Extrusion Film Embryo)

พลาสติกที่หลอมละลายจะถูกอัดรีดออกมาอย่างสม่ำเสมอและขึ้นรูปเป็นฟิล์มตัวอ่อนแบบท่อด้วยหัวอัดรีดแบบแหวน การออกแบบโครงสร้างของหัวอัดรีดมีผลอย่างมากต่อความสม่ำเสมอและความเสถียรของความหนาฟิล์ม อุณหภูมิของหัวอัดรีดยังต้องควบคุมให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม โดยทั่วไปจะสูงกว่าส่วนอัดรีดเล็กน้อย เพื่อป้องกันไม่ให้วัสดุเย็นตัวและจับตัวเป็นก้อนที่หัวอัดรีด

3.4 Inflation Film

อากาศที่ถูกอัดจะถูกฉีดเข้าไปยังศูนย์กลางของแม่พิมพ์เพื่อเป่าฟิล์มต้นแบบให้ขยายจากเส้นผ่านศูนย์กลางเริ่มต้นเป็นขนาดเป้าหมาย เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อบางที่เกิดขึ้นนี้ เรียกว่า "อัตราขยายตัวขณะเป่า" โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 2:1 ถึง 4:1 โดยการปรับแรงดันภายใน ความเร็วในการระบายความร้อน และอัตราการดึง จะสามารถควบคุมความหนาและคุณสมบัติทางกลของฟิล์มได้
กระบวนการการเป่าเป็นกุญแจสำคัญในการควบคุมการขึ้นรูป และมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติการยืดตัว ความโปร่งใส และความเรียบของฟิล์ม

3.5 การระบายความร้อนและการขึ้นรูป

หลังจากฟิล์มต้นแบบถูกเป่าขึ้นรูปแล้ว จำเป็นต้องทำการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วเพื่อคงรูปร่างไว้ และหลีกเลี่ยงการยุบตัวของฟิล์มหรือฟองอากาศที่ไม่มั่นคง วิธีการระบายความร้อนที่ใช้กันทั่วไปคือการระบายความร้อนด้วยแหวนลม (แหวนลมเดี่ยวหรือแหวนลมคู่) โดยเป่าลมที่อุณหภูมิปกติออกมาล้อมรอบฟองฟิล์มและระบายความร้อนให้เย็นตัวอย่างสม่ำเสมอจากด้านนอก
ประสิทธิภาพในการระบายความร้อนมีผลโดยตรงต่อความเร็วในการผลิตและความใสของฟิล์ม โมเดลที่มีความเร็วสูงมักติดตั้งระบบระบายความร้อนด้วยอากาศที่มีประสิทธิภาพสูง

3.6 การดึงและพับ

กระบอกฟิล์มที่ถูกระบายความร้อนแล้วจะถูกดึงขึ้นด้านบนโดยลูกกลิ้งดึง และเข้าสู่อุปกรณ์ทำแบน ลูกกลิ้งทำแบนจะกดฟิล์มทรงกระบอกให้แบนกลายเป็นฟิล์มสองชั้น และตัดแต่งขอบในเวลาเดียวกัน เพื่อเตรียมสำหรับการม้วน การควบคุมความเร็วในการดึงเป็นพารามิเตอร์สำคัญในการปรับความหนาของฟิล์ม โดยทั่วไปจะต้องสัมพันธ์กับอัตราการอัดรีด
ระบบการดึงต้องมีฟังก์ชันควบคุมแรงตึงอัตโนมัติ เพื่อให้แรงดึงของฟิล์มสม่ำเสมอและมีความหนาคงที่

3.7 การม้วนเป็นม้วน

ฟิล์มแบนสุดท้ายจะถูกส่งไปยังระบบม้วนฟิล์ม และทำการม้วนเป็นม้วนฟิล์มที่ความเร็วที่กำหนดไว้ เครื่องเป่าฟิล์มรุ่นใหม่ส่วนใหญ่จะติดตั้งระบบการม้วนแบบแรงเสียดทานผิวหน้า (Surface Friction) หรือระบบม้วนกลาง (Center Winding) และรองรับการทำงานเปลี่ยนม้วนโดยอัตโนมัติ การม้วนฟิล์มที่มีคุณภาพดีสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในขั้นตอนการผลิตต่อเนื่อง เช่น ขั้นตอนการพิมพ์และการตัดฟิล์ม

4. ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อคุณภาพฟิล์มเป่า

4.1 เทคนิคการควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสม

การควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำช่วยรักษาคุณสมบัติของโพลิเมอร์ในระหว่างการอัดรีด ระบบสมัยใหม่ใช้การให้ความร้อนแบบหลายโซนบนบาร์เรลด้วยระบบป้อนกลับแบบปิด (ความแม่นยำ ±1°C) เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของวัสดุ อุณหภูมิที่มีความต่างของอุณหภูมิ (Temperature Gradients) บนได (die) จะต้องถูกควบคุมให้น้อยที่สุดโดยใช้ฮีตเตอร์แบบแยกส่วน

4.2 การคำนวณอัตราขยายตัวขณะเป่า (Blow-Up Ratio) และคุณสมบัติของฟิล์ม

อัตราขยาย (BUR) คือค่าที่ใช้วัดการขยายตัวของฟิล์ม คำนวณจากเส้นผ่านศูนย์กลางของฟองท่อหารด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของได (die) โดยค่า BUR มาตรฐานจะอยู่ระหว่าง 1.5–4.0:

4.3 ความขัดแย้งในอุตสาหกรรม: การปรับสมดุลระหว่างความเร็วในการผลิตกับคุณภาพของผลึก

การผลิตความเร็วสูงมักขัดแย้งกับความสมบูรณ์แบบของผลึก เมื่อความเร็วสายการผลิตเกิน 40 เมตร/นาที การเย็นตัวอย่างรวดเร็วจะกดการก่อตัวของผลึกลง 15–30% ทำให้คุณสมบัติกันสิ่งก่อรบกวนลดลง ระบบขั้นสูงแก้ปัญหานี้ด้วยการใช้แหวนลมควบคุมอุณหภูมิแบบต่างระดับ

5. การแก้ไขปัญหาในการทำงานของเครื่องเป่าฟิล์มแบบอัดรีด

5.1 การแก้ไขปัญหาความหนาฟิล์มไม่สม่ำเสมอ

ความหนาของฟิล์มที่ไม่สม่ำเสมอเกิดขึ้นบ่อยครั้งจากช่องว่างของได (die gap) ที่ไม่สมดุลหรือการระบายความร้อนไม่สม่ำเสมอ การปรับตั้งไดต้องมั่นใจว่าการกระจายของพอลิเมอร์เมลต์มีความสม่ำเสมอ โดยทั่วไปอยู่ในช่วง ±5% ของความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้

5.2 การป้องกันปรากฏการณ์ความไม่เสถียรของฟองอากาศ

ความไม่เสถียรของฟองเกิดจากความหนืดของวัสดุที่ไม่สม่ำเสมอหรือความดันอากาศที่เปลี่ยนแปลง รักษาความเสถียรของความหนืดด้วยการควบคุมความชื้นของเรซิน (<0.02%) และอุณหภูมิของสกรูให้สม่ำเสมอ ตัวควบคุมแรงดันอัตโนมัติควรปรับการไหลของลมในอากาศริงให้อยู่ในช่วง ±2.5 พาสคัล

คำถามที่พบบ่อย

1. กระบวนการอัดรีดฟิล์มเป่าคืออะไร?

Blown film extrusion คือกระบวนการที่ใช้การอัดรีดเรซินที่หลอมละลายอย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างฟองที่ถูกขยายให้พองตัวและยืดออกจนกลายเป็นฟิล์ม

2. ประโยชน์ของกระบวนการอัดรีดฟิล์มเป่าคืออะไร?

กระบวนการนี้ช่วยให้ผลิตฟิล์มที่ออกแบบได้ตั้งแต่ฟิล์มชั้นเดียวสำหรับห่อของไปจนถึงแผ่นลามิเนตหลายชั้นที่ซับซ้อน พร้อมคุณสมบัติทางกลที่สามารถปรับแต่งได้

3. วัสดุที่ใช้ในกระบวนการผลิตฟิล์มเป่ามีอะไรบ้าง

พอลิเมอร์ที่ใช้ทั่วไป ได้แก่ โพลีเอทิลีน (LDPE, LLDPE, HDPE), โพลีโพรพิลีน, PVC และพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพหรือพอลิเมอร์ที่ถูกพัฒนาเป็นพิเศษ เช่น EVOH

4. ฉันจะป้องกันความไม่เสถียรของฟองอากาศในระหว่างการอัดรีดได้อย่างไร

การรักษาความเสถียรของความหนืดและตรวจสอบให้แน่ใจว่าแรงดันอากาศสม่ำเสมอโดยใช้ตัวควบคุมอัตโนมัติ สามารถช่วยป้องกันปรากฏการณ์ฟองอากาศไม่เสถียรได้