3층-블로운 필름 라인을 운영해 본 사람이라면 일관된 층간 균일성을 얻는 것이 보기보다 어렵다는 것을 알고 있습니다. 세 개의 완벽하게 보정된 압출기를 사용하고 모든 영역에서 온도를 정밀하게 제어하더라도 한 층의 한쪽 면은 40% 더 두껍고 다른 쪽 면은 60% 더 얇은 필름이 생성될 수 있습니다-. 또는 타이 레이어가 고르지 않게 이동하여 전체 롤에 걸쳐 접착력이 저하되는 필름이 생성될 수 있습니다.
대부분의 문제 해결 가이드에서는 압출기 출력 또는 냉각 링 공기 흐름을 원인으로 지적합니다. 그리고 그 변수가 중요합니다. 그러나 많은 경우 근본 원인은 다이 헤드 자체의 설계에 있습니다. 다이 헤드 형상이 층간 분포를 어떻게 제어하는지 이해하는 것이 이러한 문제를 진단하고 예방하는 첫 번째 단계입니다.
다이 헤드가 실제로 하는 일
에서3-레이어 필름 블로잉 머신, 다이 헤드는 3개의 압출기(- 일반적으로 코어 레이어와 2개의 스킨 레이어-)로부터 3개의 개별 용융 스트림을 수용하고 결합된 용융물이 튜브로서 다이 갭을 통해 빠져나가기 전에 다이 본체 내부에서 단일의 공압출된 환형 구조로 결합합니다.-
다이 헤드는 세 가지 작업을 동시에 수행해야 합니다.
환형 다이의 전체 360도 둘레에 각 용융 흐름을 균일하게 분포시킵니다.
3개의 레이어를 세 레이어 사이의 인터페이스를 섞거나 불안정하게 하지 않고 올바른 순서로 쌓습니다.
각 채널의 용융 흐름 저항을 관리하여 각 레이어의 상대적 두께를 제어합니다.
이 세 가지 중 하나라도 잘못되고 - 각각이 잘못될 수 있는 경우는 여러 가지가 있습니다. - 그 결과는 층간 불균일-입니다.
나선형 맨드릴 대. 스파이더 다이: 근본적인 선택
두 가지 기본 다이 헤드 아키텍처가 사용됩니다.3-레이어 필름 블로잉 머신, 그리고 그들은 원주 분포를 매우 다르게 처리합니다.
스파이더 다이(스파이더 다리가 있는 환형 다이)
스파이더 다이는 방사형 지지 다리("스파이더 다리")를 사용하여 맨드릴을 다이 중앙에 고정하고 용융물이 다리 주위로 흐르며 하류에서 재결합됩니다. 분할된 용융 흐름 -이 다시 합류하는 레그 웰드 라인 -은 이 설계의 근본적인 약점입니다. 웰드 라인은 기계적 취약 영역을 만들고, 다층 필름의 경우 더욱 중요하게는 층 두께가 달라질 수 있는 지점을 만듭니다. 다리 주위로 분할된 후 레이어가 동일하게 재결합되지 않습니다.
스파이더 다이는 기계적으로 더 간단하고 저렴하지만, 특히 배리어 필름 응용 분야에서 웰드 라인이 층간 균일성을 손상시키기 때문에 심각한 다층 필름 생산에서는 상대적으로 흔하지 않습니다.
나선형 맨드릴 다이
나선형 맨드릴 다이는 현대 3{0}층 필름 제작에서 지배적인 디자인입니다. 이 설계에서 각 용융 흐름은 중앙 공급 포트를 통해 다이로 들어간 다음 맨드릴 표면에 가공된 나선형 홈으로 흘러 들어갑니다. 용융물이 나선형을 따라 진행됨에 따라 나선형 랜드를 점차적으로 넘치고 나선형 흐름과 압력{3}}에 의한 축 흐름의 조합에 의해 원주 방향으로 분포됩니다.
용융물이 다이 출구에 도달할 때까지 여러 나선형 채널({0}} 일반적으로 현대 다이의 레이어당 4~8개 나선형 -의 중첩에 의해 분산되어 원주 변화를 효과적으로 평균화합니다. 그 결과 스파이더 다이가 달성할 수 있는 것보다 훨씬 더 균일한 두께 분포를 얻을 수 있습니다.
나선형 채널 형상이 균일성을 제어하는 방법
나선형 맨드릴 디자인 내에서 채널의 특정 형상에 따라 각 레이어가 얼마나 잘 분산되는지가 결정됩니다. 다이 헤드 설계가 실제로 복잡해지는 곳입니다.
나선형 피치와 깊이
각 나선형 채널의 피치(나선형 회전 사이의 간격)와 깊이({0}}채널 단면)는 나선형 흐름(나선형을 따른)과 축 흐름(다이 출구 방향) 사이의 균형을 제어합니다. 채널이 깊을수록 범람 전에 나선형 분포가 더욱 촉진됩니다. 채널이 더 얕을수록 용융물이 넘쳐 축방향으로 더 빨리 전진하게 됩니다.
균일한 분포의 경우:
채널이 너무 얕으면 용융물이 주로 공급 지점에서 축 방향으로 전진하여 공급 포트 위치에 맞춰 정렬된 패턴의 두께 변화가 발생합니다(0도에서는 "지방 지점", 180도에서는 얇아짐).
채널이 너무 깊으면 축 방향 전진이 지연되고 용융 인터페이스를 불안정하게 만드는 압력 상승이 발생할 수 있습니다.
최적의 나선형 형상은 용융 점도와 실행 중인 재료의 유속(-)에 따라 달라집니다. 이는 LLDPE용으로 설계된 다이가 재구성 없이 반드시 HDPE 또는 EVA와 동일하게 성능을 발휘하지 못하는 이유입니다.
나선형 시작 수
층당 나선형 시작이 많을수록(입구 포트에서 공급되는 개별 나선형 채널의 수) 원주 주변의 분배 경로가 더 많이 겹쳐지며, 이는 두께 변화를 더 효과적으로 평균화합니다. 얇은 배리어 필름용 고성능-3층-레이어 다이는 레이어당 6~8개의 나선형 시작을 사용할 수 있습니다. 단순한 PE 패키징을 위한 경제형 다이는 4개만 사용할 수 있습니다. 그 차이는 원주 두께 변화에서 직접적으로 나타납니다. - 일반적으로 고품질 멀티스타트 다이의 경우 ±3%이고 단순한 디자인의 경우 ±6~8%입니다.
층간 적층: 세 개의 용융 흐름이 만나는 곳
각 레이어의 원주 분포를 관리하는 것은 문제의 일부일 뿐입니다. 또한 레이어는 설계된 두께 비율을 유지하면서 제어되고 안정적인 방식으로 서로 만나야 합니다.
스태킹 위치
레이어는 두 가지 방법으로 다이 내부에서 결합될 수 있습니다.
내부 조합:3개의 용융 흐름은 다이 본체 내부, 다이 출구의 상류에서 합쳐지고 결합된 다-층 용융물로 다이 갭까지 이동합니다. 이는 종료되기 전에 인터페이스가 안정화되는 데 더 많은 시간을 제공하여 다이 종료 영역에서 레이어 불안정성의 위험을 줄입니다. 그러나 인접한 레이어 간의 정확한 점도 일치가 필요합니다. - 인터페이스의 불일치 점도는 캡슐화 불안정성을 만듭니다(낮은-점도 레이어가 높은-점도 레이어를 이동하여 둘러싸려고 합니다).
외부 조합:레이어는 다이 출구에 매우 가까워질 때까지 분리된 상태로 유지된 다음 짧은 최종 영역에서 결합됩니다. 이 접근 방식은 점도 불일치에 대해 더 관대하지만 안정화 시간은 더 짧습니다.
대부분의 최신 3{0}층 블로운 필름 다이는 레이어가 갑작스럽지 않고 점진적으로 수렴되는 신중하게 설계된 전환 영역과 내부 조합을 사용하여 계면 교란의 위험을 줄입니다.
다이 랜드 길이
다이 랜드는 세 개의 레이어가 모두 튜브로 빠져나가기 전에 환형 채널에서 함께 흐르는 다이 출구의 평행 단면입니다. 더 긴 랜드 길이:
레이어 간의 속도 차이를 부드럽게 합니다.
용융 인터페이스를 안정화할 수 있습니다.
레이어 간의 흐름-으로 인한 방향 차이 감소
랜드가 너무 짧으면 완전히 평형화되지 않은 레이어가 발생합니다. - 한 레이어가 인접한 레이어보다 빠르게 이동할 수 있으며, 이로 인해 용융물이 빠져나와 팽창한 후 경계면에 전단이 발생하고 레이어 두께가 고르지 않게 됩니다.
일반적인 다이 랜드 길이는 표준 취입 필름 응용 분야의 경우 15~30mm이며, 얇은 배리어 필름이나 고점도 재료에 사용되는 긴 랜드는-있습니다.
공급 포트 위치 및 압력 균형
3개의 압출기 각각은 공급 포트를 통해 다이 헤드에 연결됩니다. 이러한 피드 포트의 위치와 기하학적 구조는 간과하기 쉬운 방식으로 균일성에 영향을 미칩니다.
대칭 피드
잘 설계된-다이에서는 각 용융 스트림이 공급 포트에서 다이 출구까지 동일한 압력 강하로 유입되도록 3개의 공급 포트가 배치됩니다. 비대칭 공급 포트 배치는 원주 주위에 불균등한 압력 분포를 생성하며, 이는 최종 필름 -에서 일반적으로 공급 포트 위치에 피크가 있는 사인파 패턴으로 일관된 두껍고 얇은 패턴으로 나타납니다.
크로스-헤드 대. 스택 다이 방향
크로스헤드가-죽음:압출기는 다이 축에 수직인 측면에서 공급됩니다. 기계적으로는 더 간단하지만 용융 흐름의 90도 회전으로 인해 압력 비대칭이 발생하므로 이를 보상하기 위해 세심한 채널 형상이 필요합니다.
스택 다이(인라인):압출기는 다이 축을 따라 공급됩니다. 제작이 더 복잡하지만 대칭 피드 형상으로 인해 균일한 배포를 더 쉽게 달성할 수 있습니다.
다이 본체 내부의 온도 변화
용융 점도는 온도-에 민감합니다. 고르지 않은 가열, 환경으로의 열 손실 또는 한 채널에서 다른 채널로의 전도로 인해 다이 본체의 여러 부분이 서로 다른 온도에 있는 경우 - 용융 점도가 변경되어 유동 저항과 두께 분포가 변경됩니다.
최신 3{0}}레이어 다이 헤드는 독립적으로 제어되는 여러 가열 영역을 사용합니다.
몸체, 맨드릴 및 다이 링을 위한 별도의 구역
여러 지점에서 열전대 피드백이 있는 PID{0}}제어 히터
채널 간 열 이동을 방지하기 위한 구역 간 단열
다이 전체에 걸쳐 온도 변화가 5도라도 LLDPE의 점도를 15~20%만큼 변화시킬 수 있으며, 이는 측정 가능한 두께 불균일을 야기하기에 충분합니다.- 이것이 바로 다이 헤드 온도 제어가 다이 형상만큼 중요한 이유입니다. - 잘 제어되지 않은 온도에서 작동하는 잘 설계된 다이는 여전히 가변 필름을 생성합니다.
다이 갭 조정 및 그 한계
다이 갭({0}} 용융물이 빠져나가는 맨드릴 팁과 다이 링 사이의 환형 슬롯-은 전체 필름 두께와 유속을 제어합니다. 대부분의 생산 다이에는 작업자가 다이 출구에서 두께 불균일성을 보상할 수 있는 수동 또는 자동 다이 간격 조정 시스템(일반적으로 8~16개의 개별 조정 볼트 또는 자동 플렉스{5}}립 시스템)이 포함되어 있습니다.
그러나 다이 간격 조정은 수정 도구이지 좋은 다이 설계를 대체할 수는 없습니다. 나선형 채널 형상 또는 공급 포트 비대칭으로 인해 발생하는 분배 문제를 보상하기 위해 다이 간격을 조정하면 원주 - 주변에서 고르지 않은 다이 간격이 발생하여 시간이 지남에 따라 용융 흐름 불안정성, 다이 립 침전물 및 다이 립의 물리적 손상을 비롯한 2차 문제가 발생합니다.
필름이 균일한 두께를 달성하기 위해 원주 주위에 ±1.5mm 이상의 다이 간격 변화가 필요한 경우, 근본적인 원인은 직접 해결해야 하는 다이 설계 또는 상태 문제임이 거의 확실합니다.
영화 제작자를 위한 실질적인 영향
다이 설계가 층간 균일성에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 것은 장비 선택, 공정 문제 해결 및 유지 관리에 직접적인 영향을 미칩니다.
기계를 구매하거나 지정할 때:레이어당 나선형 시작 수, 다이 조합 방법(내부 대 외부) 및 온도 영역 구성을 문의하세요. 이러한 질문에 명확하게 대답할 수 없는 공급업체는 위험 신호입니다.
두께 변화 문제를 해결하는 경우:다이 간격이나 냉각 링을 조정하기 전에 롤 폭 전체와 원주 주변의 변형 패턴을 매핑합니다. 일관된 위치에서 최고조에 달하는 사인파 패턴은 피드 포트 형상 또는 나선형 채널 문제를 나타냅니다. 롤 전반에 걸친 무작위 변화는 냉각 또는 기포 안정성 문제일 가능성이 높습니다.
유지 관리를 위해:다이 청결도는 유통에 직접적인 영향을 미칩니다. 나선형 채널의 연소되거나 품질이 저하된 재료는 두껍거나 얇은 줄무늬를 생성하는 국부적인 흐름 저항을 생성합니다. 적절한 다이 분해 및 검사-를 포함한 정기적인 청소 일정-은 다이가 설계된 분배 성능을 유지하는 데 필수적입니다.
결론
다이 헤드3-레이어 필름 블로잉 머신층간 균일성에 가장 큰 영향을 미치는 단일 구성요소입니다.- 압출기, 냉각 링, 공정 매개변수 조정보다 더 큽니다. 나선형 채널 형상은 원주 분포를 제어합니다. 스태킹 및 랜드 설계는 층간 안정성을 제어합니다. 공급 포트 형상과 온도 구역 설정에 따라 설계 의도가 실제로 생산에서 실현되는지 여부가 결정됩니다.
이러한 관계를 이해하는 작업자와 엔지니어는 두께 균일성 문제를 더 빠르게 진단하고, 더 스마트한 장비 구매 결정을 내리며, 이미 실행 중인 라인에서 보다 일관된 필름 품질을 얻을 수 있습니다.
