圖1 被氧化的樹脂不僅產生黑斑,還會引起HDPE瓶的破裂
對于吹塑成型的HDPE制品而言,氧化帶來的缺陷不可小覷。從設備的啟動到關機,從操作運行到維護保養,甚至是材料的造粒過程,都會給氧化以可乘之機。避免氧化對制品的危害,每一步都很關鍵。
對于HDPE制品的吹塑成型商而言,每周一的早晨習慣要做的第一件事情,就是將設備中的殘余物料清理掉。一般,清理的這些殘余物料主要是被氧化的樹脂,包括:灼燒、凝膠、黃化、褐斑或黑斑等。通常,人們都希望能有更多的樹脂可被重新利用,但大多數的殘余物料卻是廢料。這顯然意味著材料、能源和金錢的浪費。
問題的本質
與其他有機材料一樣,HDPE在過熱的情況下會燒焦變黑。一旦氧化,焦狀的熔體就會粘附在型腔的金屬壁上,這將導致更多樹脂的氧化,甚至燃燒。因此,首先必須防止最初氧化的發生。
吹塑成型的一個特點是再生料的使用,這與其他生產工藝有所不同,由于生產中一般會添加35%的再生料,因此吹塑級別的HDPE更需要使用穩定劑來防止樹脂的氧化。但是,如果操作不當,就會使抗氧劑失去作用,從而導致灼燒。圖1 所示的瓶子破裂就是由灼燒引起的。雖然可以采用檢漏儀檢測出這類廢品,但有些已進入倉庫的產品仍會有類似的問題出現。對此,應采用專門的監控技術和加工程序來予以避免。
操作程序
由于冷卻時間決定了產品成型周期的長短,因此出于經濟上的考慮,人們都希望以盡可能少的熱量來使樹脂熔融,從而縮短冷卻時間。同時,熔融溫度的降低還有助于防止樹脂的氧化。
但是,一些限制因素往往使人不能如愿。例如,驅動馬達過大的電流以及過高的熱壓等。同時,太低的熔融溫度會導致一些缺陷的出現,如水紋及熔接痕等。此外,對制品表面的光澤度要求以及邊角處的充滿性問題等,都要求熔體具有良好的流動性,這些也限制了熔體溫度的降低。
圖2 加工者必須注意,過長的機器閑置時間會導致殘留在熱機筒或機頭內的HDPE發生氧化,甚至燃燒
除了受外部加熱器的加熱外,來自機器內部的剪切力也會使熔體的溫度升高。為了使剪切熱最小化,應盡可能地降低機器的合模壓力以及往復式螺桿單元的背壓。
此外,還有一種可能導致氧化的情況:晚上下班離開前,沒有關掉加熱系統,并且也沒有及時清理機器,從而導致機器中殘留的樹脂被氧化,如圖2所示。
啟動和保養
一般,35lb(15.9kg)或50lb(22.7kg)重的機頭不會像120mm或150mm的擠出機那樣快速達到預設溫度,那么為什么兩者要同時開始加熱呢?因為在機頭預熱時,物料已經在擠出機中熔融了。
或者,在設定擠出機溫度時,可以采取兩個步驟。一旦達到操作溫度的要求,就快速啟動機器。如果不能馬上開始成型加工,就要對機器進行周期性的清理,以保證機筒和機頭內的樹脂的純度。
此外,還應保證溫度控制器的準確性。如果機筒內裝有冷卻系統,必須確保其正常工作。同時,要注意螺桿和機筒的磨損情況,并記錄好每臺設備的生產日志。一般,過度磨損的螺桿會產生逆流,因此要輸送同量的熔體就需要更大的轉速,由此便產生了大量的局部剪切熱。局部溫度過高是由磨損螺桿引發的一個常見問題,它會導致樹脂的燃燒。
如果需要將螺桿卸下進行維修保養,一定要記錄好螺桿的直徑。在此,有一個簡單的方法可以檢查機筒的磨損情況,即采用一個比機筒內徑稍小的柱形物體,在其一端打上強光。
圖3 在將粒料加入到吹塑機中以前,需要確認它們沒有氧化
當該圓柱體在機筒內轉動時,周圍任何可見的漏光都表明機筒有磨損。此外,機頭的磨損情況也需要格外注意,必要時需將其拆下來清洗。注意不要使用鋼絲刷清潔機頭,以避免損傷精密配件及拋光面等。
可靠的關機
停工時,操作者通常是直接切斷機器的電源,然后就離開了。這是一件非常糟糕的事情。雖然添加了抗氧劑的吹塑級別的樹脂穩定性較好,但是,在加熱狀態下,抗氧劑會逐漸消耗掉。特別是對于再生料,在多次加熱后,其穩定性遠不如純樹脂。因此,在關機前,應該停止加入再生料,只加入純樹脂即可。
使用色母粒的情況也同樣如此。一般,色母粒的載體樹脂與吹塑級別的樹脂的抗氧能力完全不同,例如,常用作載體樹脂的薄膜級樹脂,其抗氧性能就較差。因此,也應在關機前停止此類材料的加入。
如果可能,可使停機狀態下的溫度降低50~75℉(28~42℃),同時打開冷卻系統。此外,可在較低的轉速下清潔機器,以消除生產系統中潛藏的熱量,但需要注意的是,要時刻觀察擠出機上的安培表,防止驅動馬達的過載。
當溫度降到比工作溫度低100℉(約56℃)時就可以完全冷卻了。通常,半流動狀態的熔體可堵塞住氧氣的入口,特別是在機頭部位。一旦機頭變冷,樹脂凝固收縮,就會產生氣體通道,使氧氣流入。當溫度再次升高時,便導致了氧化問題的出現。因此,在冷卻前,應確保機頭和螺桿處充滿樹脂以防止空氣的進入,或者使用瓶胚控制器也可以封住機頭間隙。
最后還需要說明的一點是,氧化不只是發生在吹塑過程中。實際上,在造粒的過程中也會出現樹脂的氧化。因此在加入樹脂進行加工前,就需要對其進行檢查(如圖3所示)。另外,對于含有黑斑或樹脂降解的不合格制品,請不要再回收使用,否則這些缺陷會在下一批制品中出現。