质量管理

浅谈吹膜工艺对输液膜性能的影响

作者:田仁和 (南京大冢泰邦科技有限公司)    浏览:67    发布时间:2016-6-27 13:00:03

浅谈吹膜工艺参数对输液膜性能的影响

/田仁和 (南京大冢泰邦科技有限公司)

多层共挤输液膜的性能除了由配方决定以外,在生产过程中吹膜工艺参数的控制和优化则对输液膜的产品质量保障十分的重要,生产工艺流程是否优化,公用系统的配置是否合理,关键参数的控制范围是否有效,薄膜厚度厚薄点的控制是否出现局部的偏心或者厚度公差值是否偏大,这些都会严重的影响到输液膜上机制袋性能(比如焊接不良、走机不畅/弯曲度大、松紧边或称荷叶边等)和影响输液膜的物理性能(比如横向强度等);本文仅从工艺参数优化的角度谈谈改善输液膜上机制袋性能一些体会。

吹膜工艺参数与输液膜外观质量和性能的介绍

多层共挤输液膜的工艺目前均采用如下工艺流程:

原料→物料塑化挤出→模头→吹胀→水环冷却→人字夹板→旋转牵引→纠偏收卷→大膜卷,在生产过程中一个最大的问题就是如果工艺参数选择不合理,轻者会造成膜泡不稳定,膜面产生皱褶、水纹状、松紧边等质量问题,重者则会导致无法收卷,比如厚度公差超过10%等。

合格的输液薄膜外观应是:膜面塑化良好、透明、平整光滑,无皱折,无明显的"水纹""云雾"或称之为“指甲痕”

输液膜的外观质量受工艺参数的影响比较大:(1)膜面的塑化效果受挤出机螺杆和模头各区工艺温度、膜泡冷却水环的大小(吹胀比)、牵引速度(挤出量)的影响较大,当吹胀比不合适时么如果牵引速度增加,膜面易产生指甲痕以及水波纹状。(2)挤出间的环境温湿度也会影响膜面的塑化效果,当挤出间的温度控制精度不高时,如果室外温差变化较大时(白天和夜晚),夜晚出现膜面塑化不良的现象,结果是将模头温度升高5°改善。(3)膜泡冷却水的温度和流量对膜面的透明性以及厚度的均匀性影响较大,同时也会影响膜面的褶皱和厚度的均匀性,严重时产生松紧边(又称蛇形边、弯曲度)。

影响输液膜的上机制袋性能(走机不畅、焊接不良)的原因分析

输液膜的松紧边(蛇形边、弯曲度)是影响客户上机制袋使用(走机不畅、焊接不良)的一个非常重要的指标,而松紧边大的输液膜在吹膜以及分切过程中很难发现,只有到了客户使用时才发现,所以松紧边的控制必须在吹膜生产中彻底解决。

产生松紧边的原因主要有以下两个:

(一)厚度公差

多层共挤输液膜的厚度公差公式:

最大正偏差=(最大厚度测量值-厚度测量平均值)/厚度测量的平均值100%,

最大负偏差=(最小厚度测量值-厚度测量平均值)/厚度测量的平均值100%,×100%

影响厚度公差的因子

1口模-厚度螺丝的调节精度或者叫可调节性;见1

2)模头流道的加工精度-模流流量的均匀性,如果加工精度不足会造成四周树脂的流动不均匀,则很难通过调整螺丝去调整,这就是所谓的薄点和厚点(固有缺陷)。

3)每层挤出量的稳定性是影响薄膜纵向厚度的最大因素;当口模间隙调整完毕之后影响厚度的就是每层挤出量的均匀性,由于树脂颗粒的下料量受原料堆积密度的影响,因此当原料的堆积密度出现变化时就会导致挤出量的不稳定,从而影响到厚度的不稳定。

4)挤出机各区以及模头各区工艺温度的影响,主要是当温度过高时会改变树脂的流动性,从而导致厚度不稳定。

5)冷却膜泡冷却水的温度、流量以及环水流分布的均匀性是影响厚度变化的一个原因。

6)水环的大小(即吹胀比)

7)测量方法(包括测量仪器和取样点的数量)

如果采用千分尺人工测量薄膜的厚度,那测量点的数量和测量时间就会是一对矛盾的关系(排除人工测的差异性),目前人工检测1次厚度大概测量点在110个点左右,按照680mm折径的膜其周长为1360mm,人工检测相当于13.6mm才测量1个点,而采用厚度测量仪器可以达到1mm一个测量点,而且速度非常快,只需要几十秒即可完成一个样品的检测,而人工测量需要7-10分钟。


对于大多数的下吹水冷多层共挤输液膜而言,厚度的控制是靠调节分布在口模四周的(16-48颗)调节螺丝来调整口模间隙,从而达到调整厚度的目的(见图2)。而要靠口模的16-48颗螺丝的调整来控制厚度的均匀性,我们知道这是比较困难的,虽然部分厂家采用了柔性口模,可以将将调解螺丝从16颗增加到48颗,但由于高分子流动的多样性,要向将厚度偏差控制到一个很小的范围是比较困难的,因此目前通用的厚度公差控制执行的标准在10%范围(最大正偏差或最大负偏差)。

多层共挤输液膜执行的厚度标准是平均厚度为200um,最薄点不得低于180um,这是因为当厚度低于180um时,由于制袋机焊接模具间隙固定的原因而容易产生虚焊,另外也可能会影响到水蒸汽透过量、氧气透过量和氮气透过量都的增加。或最大负偏差)。


另外,虽然有的膜厚度公差小于10%,但是却出现了弯曲度大(又称松紧边、蛇形边等),这是由于口模四周出现了连续的薄点或者厚点,如果从厚度图来看出现了偏心(也就是测量值没有均匀的分布在平均值的附近),见图3(第5-14区域连续偏厚)。

(二)熔体强度

聚合物熔体强度是指熔体在一定的条件下受到力(如牵引或拉伸力)的作用而断裂,此时这个力定义为聚合物的熔体强度。是指聚合物在熔融状态下支持自身质量的能力熔体强度反映聚合物熔体的抗延伸性及抗熔性,它是决定产品成型时材料加工特性的一个非常重要的性质。

松紧边跟输液膜熔体强度有直接关系,薄膜离开口模进入水环冷却,进入人字夹板牵引拉伸,最后收卷,我们知道从口模到第一牵引的距离为3.5-4.0米之间,塔架的稳定性以及薄膜在下拉产生的自锤现象度可能造成的拉伸不均匀,从而产生局部拉伸(松)局部没有拉伸(紧),因而在分切后把膜展开时形成较大的弯曲度,这就是我们所说的“松紧边”现象。


4  松紧边的检测方法:见图4

取分切后成品膜(120mm/135mm/160mm)裁成每段3米的长度,分别测量每段最大的弯曲距离,取最大值为弯曲度的最大值,平均值则为弯曲度的平均值,弯曲度(松紧边)的合格范围宜在最大值不超过25mm,平均值不超过10mm


5  松紧边最大的问题是在制袋与接口焊接过程中,膜的端面与接口的焊接部位不齐整,见图5,严重时无法焊接。


四 影响输液膜的上机制袋性能(走机不畅、焊接不良)的改善措施

(一)改善厚度的方法

1)挤出机安装自动称量系统

以笔者多年的经验来看,要使厚度稳定最为核心的是挤出量采用自动称重系统,这样可以确保挤出量的稳定和均匀,自动称量原理简述如下:系统采用失重称量的原理,在规定的时间内称量计算出物料的消耗量,该消耗量与设定值进行比较,得出的比较值去控制挤出机螺杆增加或者减小转速,从而控制挤出机挤出量的稳定。

2)采用连续自动测量厚度的仪器取代人工采用千分尺的测量方法

我们知道由于厚度公差是通过测量得出的数据,因此取样点的多少以及测量方法的有效性。

   图6是一个宽度为680mm的大膜卷厚度测量图,从图中我们可以看出:测量点为1360点(1mm一个点),最大厚度值是209.4um,最小值是185.5um,平均值是197um,则正偏差为(最大厚度值-平均厚度值)/平均厚度值-6.3%,负偏差为(最小厚度值-平均厚度值)/平均厚度值-5.8%


3)降低挤出机以及模头各区的温度6

多层共挤输液膜其配方是由PP+SEBS组成,我们外层采用的是均聚的PP,其熔点最高也是在160°附近,而内层的PP是采用无规共聚的PP,其熔点在125-145°之间,因此在保证膜面质量的情况下可以适当降低工艺温度来改善厚度。

厚度公差的改善案例:降低挤出机和模头各区温度5-10度,结果公差比例降低1%以上,即从降温前的7-8%降到7%以下。

(二)改善聚合物熔融状态下熔体强度的方法

(1) 改善工艺温度参数的影响

熔体强度随着温度的升高开始明显地下降,当温度升高到一定的温度以后,熔体强度的变化就不明显了。这与高分子中存在的自由体积和它对温度的敏感性以及分子的缠结有关。温度的提高增加了分子的自由体积,分子之间的距离加大,必然减小了分子之间的作用力,另外温度的提高会使分子解缠,所以熔体强度下降。但是当温度提高到一定的程度,自由体积和分子的解缠已经对温度不敏感,所以这时熔体强度变化不明显。

(2) 改善拉伸长度的影响(拉伸比)

熔体强度随着拉伸长度的加大而减小。这种现象我们可以解释为:短的拉伸长度的熔体束具有更强的抵抗横截面变小的能力,所以熔体强度高。拉伸比即在挤出量不变的情况下改变牵引速度。笔者在5层膜的进行过试验,当牵引速度从8.5m/min提高到9.5m/min时,在其它工艺条件不变的情况下测量松紧边,结果变差。

(3) 改善吹胀比

吹胀比是输液膜生产中的一个非常重要的参数,是指高温熔融的聚合物离开口模经过压缩空气的吹胀后再进入水环冷却前膜泡的直径与口模直径之间的比值。吹胀比为薄膜的横向膨胀倍数,实际上是对薄膜进行横向拉伸的考量参数,拉伸会对塑料分子产生一定程度的取向作用,吹胀比增大,从而使薄膜的横向强度提高。但是,吹胀比也不能过大,否则容易造成膜泡不稳定,且薄膜容易出现皱折和产生松紧边。因此,吹胀比应当同牵引比配合适当才行,一般来说,多层共挤输液膜的吹胀比应控制在1.1-1.5为宜。

 

五 结束语

在输液膜的生产过程中,除了对原料及配方加强管理之外,以下工艺参数的监控管理对于提高输液膜的外观质量和输液膜的上机制袋性能起着非常重要的作用,这些参数必须在工艺验证阶段进行充分的验证,找出最合适的范围值,这样产品质量才能在正常生产时得到保证。

² 挤出机和螺杆各区的实际温度;

² 膜泡冷却水环的大小(吹胀比);

² 牵引速度(挤出速率/拉伸比);

² 膜泡冷却水的温度和流量(透明性/熔体强度)。

² 各层挤出机喂料量(挤出量)的控制精度

² 挤出间的环境温湿度


六 引用文献

中国塑料 20038月第8期 “聚合物的熔体强度及其测试技术” 作者 占国荣 周南桥 彭响方