ダブルカラーフィルムブローイングマシンにおける異なる色の原材料の融合メカニズムは何ですか?{0}}

最新の軟包装施設に足を踏み入れると、ほぼ確実に、パレットのどこかに 2 トーンのフィルムのロールが置かれているのが見つかります。- 縞模様のバリア バッグ、2 色の農業用マルチ、または白い芯と着色された外層を持つ共押出ショッピング バッグ-、{3}}。彼らは皆、家の中で生活を始めました。ダブルカラーフィルムブロー機-。しかし、顔料樹脂の 2 つの別々の流れをシームレスに接合された光学的に異なるフィルムに変えるプロセスは、2 つのホッパーを 1 つのダイに単に供給するよりもはるかに微妙です。融合メカニズムには、慎重に制御されたポリマーレオロジー、熱管理、金型形状、および界面接着科学が含まれます。この記事では、各段階について詳しく説明します。

1. 原料の準備と顔料の分散

融合が起こる前に、各カラー チャネルを正しく準備する必要があります。マスターバッチ ペレット - キャリア樹脂に分散された濃縮顔料 - は、規定のレットダウン比、通常 1% ～ 5% の重量でベース ポリマーとブレンドされます。-。キャリア樹脂の選択は非常に重要です。2 つの流れがダイ内で合流するときに同様の粘度プロファイルを共有するように、キャリア樹脂はベースポリマーと互換性のあるメルトフローインデックス (MFI) を持っている必要があります。

顔料の分散が不十分だと、縞、凝集体、または「ゲル」- 半透明の斑点が生じ、フィルムが弱くなり、光学的不一致が発生します。各押出機チャンネルの高せん断混合スクリューまたはインラインスタティックミキサーにより、ダイに到達する前に溶融物が同じになるため、顔料が各色の流れに均一に広がります。一方の色がディープ カーボン-ブラックのポリエチレンで、もう一方の色がナチュラルまたはホワイトの LLDPE の場合、熱伝導速度は少し異なります。したがって、機械の制御システムは各押出機のバレル ゾーン温度を独自に変更することでこの問題を解決する必要があります。

2. デュアル押出機構成とメルトフロー制御

ダブルカラーフィルムブロー成形機では、2 つの別々の押出機 - が稼働します。サイズが同じ場合もあれば、2 つのカラー層の目標厚さが異なる場合は非対称になる場合もあります。各エクストルーダーは、以下を通じて独自の色を個別に処理します。

フィードゾーン：ペレットは回転スクリューによって引き込まれ、摩擦熱と熱伝達により柔らかくなり始めます。

圧縮ゾーン: スクリューチャネルが浅くなるため、溶融物が絞られ、エアポケットが押し出されます。
計量ゾーン: 溶融物は均一になり、設定温度 (ポリエチレン タイプの場合は通常 160 度から 220 度の間) で完全に溶融します。

2 つの溶融ストリームは各押出機バレルから出て、ダイヘッドにつながる別々の流路に入ります。両方の経路で溶融圧力を同じに保つことが非常に重要です。一方の流れの圧力が他方の流れよりはるかに高い場合、カラー ラインがダイ内の中心からずれて押し出され、不均一なストライプ幅や層厚さの変化が発生します。-

3. ダイヘッド: 融合が始まる場所

ダイヘッドは融合機構の心臓部です。ダブルカラーのインフレーション フィルム ダイでは、精密に機械加工されたマンドレル アセンブリ内で 2 つの溶融流が初めて合流します。-業界で使用される主なダイ アーキテクチャは 2 つあります。

3.1--サイドバイサイド（ストライプ）ダイ設計

この構成では、2 つのカラー ストリームが、環状ダイ ギャップの周囲に交互のセクターで配置された個別のスパイラル マンドレル チャネルを通って流れます。溶融物がダイリップから出ると、各色が円形バブルの定義された円弧セグメントを占めます。その結果、平坦な幅に沿って縦方向に走る縦縞が入ったフィルムができあがります。-

隣接するカラーセクター間の融合界面は、通常幅 0.5 mm 未満の狭いゾーン - であり、分子レベルの相互拡散が発生します。-。この時点（それぞれの結晶化温度以上）では両方の流れがまだ溶融状態にあるため、ある色のポリマー鎖が界面を横切って移動し、隣接する色の鎖と絡み合う可能性があります。これ界面での共結晶化-これにより、機械的な圧入ではなく本物の結合が形成されます。-

融合ゾーンの幅は次の要素によって決まります。

ダイ内の滞留時間- 長く滞留すると、より多くの拡散が可能になります

溶融温度- より高い温度により、鎖の移動性と拡散深さが増加します

2 つのポリマーの相溶性- LLDPE と LLDPE をブレンドすると、容易に拡散します。 LLDPE とポリプロピレンを組み合わせるには相溶化剤層が必要です

3.2 同心円（レイヤー-オーバー-レイヤー）ダイ設計

一部の二色機では、ストライプではなく、一方のポリマーが内層を形成し、もう一方が外層を形成するバブルを生成します。{0}ダイには、マンドレル内に垂直に積み重ねられた 2 つの同心の螺旋チャネルが含まれています。内側のチャネルは、ダイ ギャップの内側の環に 1 つの色を供給します。外側のチャネルは 2 番目の色を外側の環に配信します。

2 つのストリームはダイリップの直前で合流し、薄いメルトサンドイッチを形成します。両方の層が接触するときはまだ結晶化温度より高いため、上で説明したのと同じ鎖の絡み合いメカニズムを通じて界面接着が発生します。-。得られたフィルムは、きれいな断面があり、-各面に 1 つの色が見えます -。ポリマーが相溶性であれば、同等の厚さの単層フィルムと機械的に区別できません。-。

4. 界面接着: 結合の背後にある科学

2 つの色の融合界面の品質は、2 つの熱い表面を単に一緒に押し付けるだけの機能ではありません。それはによって異なります熱力学的混和性そして動的拡散.

熱力学的互換性

同様の溶解度パラメーターを共有するポリマーは、分子レベルで混合します。 2 つのグレードの直鎖状低密度ポリエチレン (LLDPE)- は、担持する顔料の量が異なる場合でも、相溶性が高く、強力で粘着力のある界面を形成します。 2 つの化学的に異なるポリマー -、つまりポリエチレンとナイロン - は熱力学的適合性が低いと言えます。それらの鎖は容易には絡み合わず、界面は弱いままです。タイ-層樹脂（極性基を持つ化学修飾ポリエチレン）はそれらの間で共押出されます。-

同じベース樹脂の 2 つの色合いを使用する真のダブルカラー機では、通常、タイレイヤーは不要です。融合メカニズムは完全に界面での熱拡散に依存しています。

動的拡散深度

あるカラーレイヤーのチェーンが隣接するレイヤーに浸透する深さは、レプテーションポリマーの拡散モデル。溶融状態のポリマー鎖が蛇のような動きで周囲の鎖の中をくねくねと動きます。-。拡散深度dおおよそ次のようにスケールします。

d ∝ √(D · t)

どこDは拡散係数 (温度と分子量に大きく依存します)、t溶融物が固化するまでの接触時間です。ダイ滞留時間が長くなり、溶融温度が高くなると、拡散深さが増加し、したがって界面強度が増加します。

実際には、機械オペレータは以下を調整することでこれを調整します。

金型温度(= が高いほどより深く拡散しますが、顔料の熱劣化の危険性があります)

回線速度(遅い方が=滞留時間が長くなり、より深く拡散します)

スクリュー速度と背圧(せん断加熱により溶融温度に影響を与える)

5. 気泡の形成と二軸配向

融合したダブル カラー メルトが単一の環状チューブとしてダイリップから出てくると、圧縮空気によって膨張して気泡が形成されます。これ二軸延伸縦方向 (MD) と横方向 (TD) の両方で、融着界面に大きな影響を与えます。

気泡が膨張するにつれて、界面全体のポリマー鎖がピンと張って配向されます。この配向は実際に結合を強化します。色の境界を越えて部分的に拡散した鎖は、フィルムが冷えて結晶化するにつれてまっすぐになり、所定の位置に固定されます。その結果、袋の製造、印刷、最終用途の取り扱い中に発生する剥離力に耐えることができるインターフェースが得られます。-

ただし、ブローアップ比（BUR）が高すぎると、拡散深さを超えて界面に応力がかかり、剥離が始まる可能性があります。{0}ほとんどのポリエチレングレードで BUR を 2:1 ～ 3.5:1 に維持すると、望ましい光学的および機械的フィルム特性を達成しながら、界面を無傷に保つことができます。

6. 冷却、フロストライン、色の定義

フロスト ラインの高さ -、フィルムが溶融状態から半固体 - に移行する点 - は、ダブルカラー フィルムの色の定義に重要な制御パラメータです。-。フロストラインより上では、溶融物はまだ流動性があり、気泡の周囲で乱気流や温度勾配が不均一である場合、色の境界が移動したりぼやけたりする可能性があります。

個別のゾーン制御を備えたエアリングにより、オペレーターはバブル周囲の冷却強度を調整できるため、フロストラインが均一に保たれます。均一なフロストラインにより、ダイで形成されるカラーストライプの形状や層構造が固定され、ロール全体で安定した色品質が得られます。

冷却が不十分だと、溶融物がフロストラインの上に長時間接触したままになり、拡散ゾーンが広くなり、カラーエッジが柔らかくなる可能性があります。これはフェード効果には良い場合もありますが、精密な縞模様の梱包用フィルムには通常好ましくありません。-

7. 一般的な処理の課題と解決策

8. 最適な融合のための材料選択の考慮事項

すべてのポリマーの組み合わせが同等に強力な融合界面を生成するわけではありません。以下の組み合わせは、ダブルカラー インフレーション フィルムの場合における自然な適合性が最も高いものから最も低いものまで大まかに並べられています。-

LLDPE + LLDPE(さまざまな密度グレードまたは顔料) - 優れた自然な接着力

LDPE + LLDPE- 非常に優れており、農業用マルチフィルムに広く使用されています

HDPE + LLDPE- 中程度。ほとんどの包装用途に許容できる界面強度

PP+PE- は相溶化剤なしでは不十分です。無水マレイン酸が必要です-グラフトタイレジン

PE+PA(ナイロン)- には特定の PE-g-MAH タイ層が必要です。高バリア用途で使用される-

ダブルカラー マシンを指定する前にこれらの互換性関係を理解し​​ておけば、インストール後のコストのかかる再構築を防ぐことができます。{0}}

結論

ダブルカラー フィルムブロー機の溶融メカニズムは、ポリマー化学、精密工学、熱管理が慎重に調整されて相互作用しています。{0} 2 つの独立して可塑化されたカラー ストリームがダイ内で集められ、そこで制御された温度と滞留時間によりカラー界面全体に分子鎖が拡散します。気泡の膨張中に二軸延伸を行うと、その拡散結合が所定の位置に固定され、2 つの色が光学的には異なりながらも構造的には統一されたフィルムが生成されます。

このプロセスをうまく行うには、マスターバッチの選択から押出機のダイ形状、ブローアップ率、フロスト ラインの制御に至るまで、-あらゆる段階で注意が必要です。-すべての設定が連携して機能すると、食品包装、農場での使用、工業用バッグ、店舗製品のニーズを満たす、優れた安定したダブルカラー フィルムが得られます。-