圖1 被氧化的樹(shù)脂不僅產(chǎn)生黑斑,還會(huì )引起HDPE瓶的破裂
對于吹塑成型的HDPE制品而言,氧化帶來(lái)的缺陷不可小覷。從設備的啟動(dòng)到關(guān)機,從操作運行到維護保養,甚至是材料的造粒過(guò)程,都會(huì )給氧化以可乘之機。避免氧化對制品的危害,每一步都很關(guān)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(shù)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(shù)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(zhù)材料、能源和金錢(qián)的浪費。
問(wèn)題的本質(zhì)
與其他有機材料一樣,HDPE在過(guò)熱的情況下會(huì )燒焦變黑。一旦氧化,焦狀的熔體就會(huì )粘附在型腔的金屬壁上,這將導致更多樹(shù)脂的氧化,甚至燃燒。因此,首先必須防止最初氧化的發(fā)生。
吹塑成型的一個(gè)特點(diǎn)是再生料的使用,這與其他生產(chǎn)工藝有所不同,由于生產(chǎn)中一般會(huì )添加35%的再生料,因此吹塑級別的HDPE更需要使用穩定劑來(lái)防止樹(shù)脂的氧化。但是,如果操作不當,就會(huì )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(lèi)廢品,但有些已進(jìn)入倉庫的產(chǎn)品仍會(huì )有類(lèi)似的問(wèn)題出現。對此,應采用專(zhuān)門(mén)的監控技術(shù)和加工程序來(lái)予以避免。
操作程序
由于冷卻時(shí)間決定了產(chǎn)品成型周期的長(cháng)短,因此出于經(jīng)濟上的考慮,人們都希望以盡可能少的熱量來(lái)使樹(shù)脂熔融,從而縮短冷卻時(shí)間。同時(shí),熔融溫度的降低還有助于防止樹(shù)脂的氧化。
但是,一些限制因素往往使人不能如愿。例如,驅動(dòng)馬達過(guò)大的電流以及過(guò)高的熱壓等。同時(shí),太低的熔融溫度會(huì )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(mǎn)性問(wèn)題等,都要求熔體具有良好的流動(dòng)性,這些也限制了熔體溫度的降低。
除了受外部加熱器的加熱外,來(lái)自機器內部的剪切力也會(huì )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(kāi)前,沒(méi)有關(guān)掉加熱系統,并且也沒(méi)有及時(shí)清理機器,從而導致機器中殘留的樹(shù)脂被氧化,如圖2所示。
啟動(dòng)和保養
一般,35lb(15.9kg)或50lb(22.7kg)重的機頭不會(huì )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(shí)開(kāi)始加熱呢?因為在機頭預熱時(shí),物料已經(jīng)在擠出機中熔融了。
或者,在設定擠出機溫度時(shí),可以采取兩個(gè)步驟。一旦達到操作溫度的要求,就快速啟動(dòng)機器。如果不能馬上開(kāi)始成型加工,就要對機器進(jìn)行周期性的清理,以保證機筒和機頭內的樹(shù)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(shí),要注意螺桿和機筒的磨損情況,并記錄好每臺設備的生產(chǎn)日志。一般,過(guò)度磨損的螺桿會(huì )產(chǎn)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(chǎn)生了大量的局部剪切熱。局部溫度過(guò)高是由磨損螺桿引發(fā)的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題,它會(huì )導致樹(shù)脂的燃燒。
如果需要將螺桿卸下進(jìn)行維修保養,一定要記錄好螺桿的直徑。在此,有一個(gè)簡(jiǎn)單的方法可以檢查機筒的磨損情況,即采用一個(gè)比機筒內徑稍小的柱形物體,在其一端打上強光。
當該圓柱體在機筒內轉動(dòng)時(shí),周?chē)魏慰梢?jiàn)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(shí)需將其拆下來(lái)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(guān)機
停工時(shí),操作者通常是直接切斷機器的電源,然后就離開(kāi)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(shù)脂穩定性較好,但是,在加熱狀態(tài)下,抗氧劑會(huì )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(shù)脂。因此,在關(guān)機前,應該停止加入再生料,只加入純樹(shù)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(shù)脂與吹塑級別的樹(shù)脂的抗氧能力完全不同,例如,常用作載體樹(shù)脂的薄膜級樹(shù)脂,其抗氧性能就較差。因此,也應在關(guān)機前停止此類(lèi)材料的加入。
如果可能,可使停機狀態(tài)下的溫度降低50~75℉(28~42℃),同時(shí)打開(kāi)冷卻系統。此外,可在較低的轉速下清潔機器,以消除生產(chǎn)系統中潛藏的熱量,但需要注意的是,要時(shí)刻觀(guān)察擠出機上的安培表,防止驅動(dòng)馬達的過(guò)載。
當溫度降到比工作溫度低100℉(約56℃)時(shí)就可以完全冷卻了。通常,半流動(dòng)狀態(tài)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(shù)脂凝固收縮,就會(huì )產(chǎn)生氣體通道,使氧氣流入。當溫度再次升高時(shí),便導致了氧化問(wèn)題的出現。因此,在冷卻前,應確保機頭和螺桿處充滿(mǎn)樹(shù)脂以防止空氣的進(jìn)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(shuō)明的一點(diǎn)是,氧化不只是發(fā)生在吹塑過(guò)程中。實(shí)際上,在造粒的過(guò)程中也會(huì )出現樹(shù)脂的氧化。因此在加入樹(shù)脂進(jìn)行加工前,就需要對其進(jìn)行檢查。另外,對于含有黑斑或樹(shù)脂降解的不合格制品,請不要再回收使用,否則這些缺陷會(huì )在下一批制品中出現