La variation de l’épaisseur du film est l’un des problèmes de qualité les plus persistants et les plus préjudiciables sur le plan économique dans la production de films soufflés. Même un écart de 5 % par rapport à l'épaisseur cible peut déclencher le rejet du produit de la part de clients soucieux de la qualité-, augmenter les coûts des matériaux en raison de-spécifications excessives et créer des problèmes de traitement en aval sur les lignes d'impression, de couchage ou de fabrication de sacs-.
Le problème avec la variation d’épaisseur est qu’elle a rarement une seule cause. Le processus de film soufflé est très sensible aux petits changements de température, de pression atmosphérique, de propriétés de la résine et d’alignement mécanique. Ces variables s’influencent également d’une manière qui n’est pas toujours claire. La bonne nouvelle est que la plupart des problèmes d'épaisseur peuvent être diagnostiqués et que la plupart des ajustements nécessaires pour les corriger sont simples une fois que vous comprenez ce qui se passe réellement. Cette compréhension s'applique directement à tout machine de soufflage de film,quel que soit la marque ou le modèle.
Cet article passe en revue les sources les plus courantes d'épaisseur de film inégale et les ajustements ciblés que les opérateurs peuvent apporter pour ramener la jauge aux spécifications.
Pourquoi l'uniformité de l'épaisseur est plus importante qu'il n'y paraît
Avant de plonger dans les causes et les solutions, il est utile de clarifier le coût réel de la variation. La plupart des producteurs définissent leur jauge cible de manière prudente -, de 10 à 15 % plus épaisse que la spécification minimale -, spécifiquement pour tenir compte des pics et des creux d'épaisseur sur le rouleau. Lorsque la variation d’épaisseur augmente, cette marge de sécurité est consommée et les producteurs sont obligés soit d’accepter des taux de rejet plus élevés, soit de pousser la jauge moyenne encore plus haut, gaspillant ainsi la résine.
En plus du coût des matériaux, les larges bandes de jauge posent des problèmes sur les équipements de conversion. Le repérage de l'impression change lorsque l'épaisseur du film change sur la bande. Le thermoscellage devient inégal lorsque le film allant aux barres de scellage n'a pas partout la même épaisseur. Les machines de fabrication de sacs-sont configurées pour des plages d'épaisseur spécifiques. Ils fonctionnent mal lorsque l’épaisseur du film sort de ces plages. Un bien entretenumachine de soufflage de filmpeut maintenir l'épaisseur à ± 5 % de manière constante lorsque toutes les variables sont contrôlées.
En bref, le contrôle de l'épaisseur n'est pas seulement une mesure de qualité - : c'est un facteur direct de rendement, d'efficacité des matériaux et de performances en aval.
Les quatre principales catégories de variation d’épaisseur
Lorsque vous rencontrez un problème d’épaisseur, la première étape consiste à voir à quel type de variation vous avez affaire. Cela vous indique où concentrer votre regard.
1. Variation circonférentielle (bandes de jauge autour du tube)
La variation circonférentielle signifie que l'épaisseur change à mesure que vous vous déplacez autour de la circonférence de la bulle -, ce que la plupart des gens veulent dire lorsqu'ils disent "points épais et minces autour du rouleau". Sur un rouleau fini, cela apparaît comme un motif épais-fin répétitif lorsque vous déballez les couches.
Causes les plus courantes :
Le dé est le principal suspect. L'espacement des lèvres de la filière peut être irrégulier autour de la circonférence -, une condition qui se développe progressivement à mesure que les lèvres s'usent de manière asymétrique ou que les dépôts de polymère accumulés créent une obstruction. Même une variation de 0,02 mm de l’espace entre les matrices peut produire une bande de jauge mesurable dans le film fini.
Un mandrin mal centré est un autre coupable fréquent. Si le mandrin intérieur de la matrice annulaire n'est pas parfaitement centré, le flux de plastique se concentre sur un côté, créant une région épaisse et constante à une position angulaire fixe.
Comment y remédier :
Mesurez l'écartement des lèvres de la matrice en 8 à 12 points autour du cercle à l'aide d'une jauge d'épaisseur ou d'un outil de mesure de l'écartement de la matrice dédié. Notez les lectures et comparez-les. Toute différence d’écart supérieure à 0,03 mm doit entraîner un nettoyage ou un usinage des lèvres de la matrice.
Vérifiez le centrage du mandrin. Sur les machines équipées de mandrins réglables, utilisez une jauge de centrage pour vérifier que le mandrin est centré avec le corps de matrice. Ajustez petit à petit et observez l'effet sur le profil de la jauge.
Si l’accumulation de polymère en est probablement la cause, effectuez un nettoyage complet de la matrice. Nettoyez à la fois les lèvres de la filière et la zone de contact. Utilisez un produit de nettoyage sans danger pour le polymère. Suivez les instructions de nettoyage du fabricant de matrices.
2. Variation longitudinale (changements de jauge sur la longueur du rouleau)
La variation longitudinale signifie que le film devient plus épais ou plus fin au fil du temps à mesure que le rouleau est produit - parfois progressivement, parfois par cycles. Ce type de variation est souvent lié à l'instabilité du processus plutôt qu'à la géométrie de la filière. Sur n'importe quelmachine de soufflage de film, la stabilité longitudinale est un indicateur direct de la consistance de l’extrusion et du refroidissement.
Causes les plus courantes :
Les fluctuations des vis sont une cause fréquente. Si la vis de l'extrudeuse a subi une usure dans sa zone d'alimentation ou de compression, le matériau devient incohérent cycle-par-cycle. Cela alimente directement la variation de la jauge qui se répète à la fréquence de rotation de la vis.
L’oscillation du régulateur de température est une autre source courante. Lorsque les contrôleurs de température sont mal réglés ou lorsque les bandes chauffantes tombent en panne par intermittence, les températures du canon et de la filière varient au-dessus et au-dessous du point de consigne. Même une oscillation de 3 à 5 degrés au niveau de la filière est suffisante pour produire un cycle de jauge visible dans la production de couches minces.
L'instabilité de la pression atmosphérique entraîne également une variation longitudinale. La pression interne de la bulle qui maintient la forme de la bulle doit rester stable. Si l'alimentation en air présente des changements de pression - provenant d'autres machines utilisant la même conduite ou d'un mauvais régulateur de pression -, le diamètre de la bulle se déplace. Ensuite, la jauge locale du film change avec cela.
Comment y remédier :
Observez attentivement le manomètre de fusion par extrusion. Une lecture de pression constante sur l’écran du contrôleur signifie une alimentation stable. Une lecture de pression qui saute ou augmente indique des problèmes de vis ou d’alimentation. Si vous pensez que la vis est usée, pensez à la retirer pour vérifier ou parlez à un vissier pour la retravailler ou la remplacer.
Exécutez un test de stabilité de la température. Réglez toutes les zones sur une sortie manuelle à 50 % de puissance. Surveillez les changements de température sur 30 minutes. Si une zone oscille de plus de 2 degrés à 3 degrés, vérifiez la résistance de la bande chauffante et l'état du thermocouple. Remplacez tout thermocouple qui lit différemment des zones adjacentes.
Vérifiez la pression d'alimentation en air avec un manomètre séparé sur la machine. Ne vous fiez pas uniquement à l'affichage de la pression de la machine. Comparez la lecture au point de consigne du contrôleur. S'ils ne correspondent pas, remplacez le transducteur ou le régulateur de pression.
3. Variation transversale (changements de jauge sur la largeur)
Dans le film replié, la variation transversale signifie qu'un côté du tube est systématiquement plus épais ou plus fin que l'autre. C'est ce qu'on appelle parfois une pente de jauge ou un profil de colline-et-de vallée sur la largeur du rouleau. Même une haute-qualitémachine de soufflage de filmproduira une variation transversale si le cadre qui s'effondre ou l'anneau d'air est mal aligné.
Causes les plus courantes :
Le désalignement du cadre qui s’effondre est la cause la plus fréquente de variation transversale de l’écartement. Si les deux côtés du cadre qui s'effondre ne sont pas positionnés symétriquement par rapport à la ligne centrale de la bulle, un côté du tube est tiré légèrement plus fort pendant l'effondrement, ce qui l'étire plus finement. Au fur et à mesure que le film est enroulé, cette asymétrie devient un gradient d'épaisseur constant.
L'asymétrie de l'air de refroidissement crée également une variation transversale. L'anneau d'air délivre de l'air de refroidissement sur toute la circonférence, mais si une ou plusieurs buses d'air sont partiellement obstruées, ou si le flux d'air est dévié par un anneau endommagé, un côté de la bulle refroidit plus rapidement. Le côté le plus froid de la bulle se solidifie avec un diamètre légèrement plus petit, attirant le film du côté opposé et créant une différence d'épaisseur.
Comment y remédier :
Inspectez le cadre qui s’effondre pour vérifier la symétrie. Utilisez un ruban à mesurer pour vérifier que les deux panneaux du cadre sont à égale distance de l'axe central de la machine en haut et en bas du cadre. Ajustez le positionnement du cadre pour obtenir la symétrie.
Nettoyez les buses à anneau d'air et vérifiez s'il y a des dommages physiques. Même un blocage partiel dû à de la poussière ou des fines de polymère peut créer suffisamment d'asymétrie pour produire un gradient de jauge mesurable. Pensez à installer un débitmètre sur chaque buse si une asymétrie persistante persiste.
Sur les machines équipées de lèvres de filière réglables (en particulier celles équipées d'actionneurs de lèvres de filière), vérifiez si le réglage des lèvres a dérivé. Certains systèmes utilisent des lèvres de matrice flexibles qui peuvent être ajustées pour compenser la variation transversale de la jauge - le réglage est souvent
contre-intuitif, pousser le film plus épais d'un côté en élargissant légèrement l'espace de la matrice de ce côté.
4. Dessiner la résonance - Le cas particulier
Il existe un phénomène distinct qui mérite sa propre section : la résonance. Il s'agit d'une oscillation périodique du diamètre de la bulle qui se produit lorsque la vitesse de reprise-dépasse un seuil critique par rapport à l'indice de fluidité. Visuellement, on dirait que la bulle vacille d’un côté à l’autre à mesure qu’elle monte, produisant des bandes épaisses et fines alternées régulières sur toute la longueur du rouleau.
La résonance d'étirage n'est pas un problème de matrice ou un problème d'alignement mécanique - c'est une instabilité hydrodynamique inhérente au processus de soufflage du film à des taux d'étirage élevés-. Les opérateurs de toutmachine de soufflage de filmdoit reconnaître la résonance par son motif d'oscillation régulier caractéristique, qui la distingue de la variation aléatoire.
Comment y remédier :
Réduisez la vitesse de reprise-par rapport au taux d'extrusion à l'état fondu. Le point de départ standard consiste à réduire le taux d'abaissement-jusqu'à ce que l'oscillation s'arrête, puis à l'augmenter progressivement jusqu'à ce que vous trouviez la fenêtre de fonctionnement stable.
Augmentez légèrement le taux d'explosion-. Un BUR plus élevé a tendance à stabiliser la bulle contre la résonance de tirage en augmentant la longueur gelée de la bulle avant la ligne de gel.
Température de fusion plus basse pour augmenter la viscosité de la résine. Une viscosité plus élevée réduit la tendance de la matière fondue à subir une résonance d'étirage en atténuant les oscillations d'écoulement extensionnelles.
Une approche systématique du dépannage d'épaisseur
La tentation face à des problèmes de jauge est de commencer à ajuster les choses de manière aléatoire - en démarrant les lèvres de la matrice, en échangeant les thermocouples, en changeant les vitesses. C’est presque toujours contre-productif. Une approche plus efficace, applicable à tousmachine de soufflage de filminstallation:
Mesurez d’abord.Utilisez un micromètre calibré ou une jauge d'épaisseur laser pour produire un véritable profil d'épaisseur - circonférentiel, longitudinal et transversal. Sans mesures, vous ne pouvez pas savoir si un ajustement a réellement aidé.
Identifiez la catégorie de variation.Est-ce autour de la circonférence, sur la longueur, sur la largeur ou oscillant ? Chaque catégorie renvoie à un ensemble différent de causes.
Abordez d’abord la cause la plus probable dans cette catégorie.Problèmes de variation circonférentielle. Stabilité de la température et de la pression pour la variation longitudinale. Symétrie du cadre et de l'anneau d'air pour une variation transversale.
Faites un changement à la fois et observez.Modifiez une variable, exécutez un film test, mesurez à nouveau. Si le problème s'améliore, vous êtes sur la bonne voie. Si ce n'est pas le cas, annulez la modification et essayez la cause la plus probable suivante.
Documentez tout.Enregistrez les paramètres de la machine avant et après chaque réglage, ainsi que les résultats des mesures. Au fil du temps, ce journal développe des connaissances institutionnelles sur ce qui fonctionne sur votre combinaison spécifique de machine et de résine.
Conclusion
La variation de l'épaisseur du film dans la production de films soufflés est presque toujours une combinaison d'instabilité du processus et de conditions mécaniques. Le côté processus - contrôle de la température, pression de l'air, performances des vis - est en grande partie entre les mains de l'opérateur et répond bien à une maintenance et une surveillance systématiques. Le côté mécanique - usure de la matrice, centrage du mandrin, alignement du cadre - nécessite une inspection périodique et des mesures physiques plutôt qu'un ajustement logiciel.
Les opérateurs qui produisent systématiquement le film le plus uniforme sont ceux qui traitent le profil de la jauge d'épaisseur comme un outil de diagnostic plutôt que comme un test réussite/échec, et qui prennent l'habitude de rechercher des modèles dans la variation plutôt que de réagir à la moyenne.
