ไลน์เป่าฟิล์ม (Blown film line)
รีดผ่านดายวงแหวน เป่าลมเป็นฟอง แล้วพับและม้วน

ภาพรวมเครื่อง

พลาสติกหลอมจากเครื่องรีดหนึ่งเครื่องหรือหลายเครื่องเข้าดายวงแหวน (annular die) ออกมาเป็นท่อบาง ลมที่อัดเข้าภายในพองท่อเป็นฟอง (bubble) air ring เป่าลมเย็นรอบนอก ฟองเย็นตัวและแข็งที่แนว frost line จากนั้น collapsing frame พับฟองให้แบน nip roll ชุดบนบีบปิดลมไว้ในฟองและดึงฟิล์มขึ้นไป ฟิล์มวิ่งลงผ่าน corona และเครื่องตัดไปยังเครื่องม้วน

ค่าที่ต้องเข้าใจมี 4 ตัว: blow-up ratio (BUR) = เส้นผ่านศูนย์กลางฟอง ÷ เส้นผ่านศูนย์กลางดาย · frost line height = ระยะจากดายถึงแนวที่ฟิล์มแข็งตัว · draw-down ratio (DDR) = ช่องดาย ÷ (ความหนาฟิล์ม × BUR) บอกว่าฟิล์มถูกยืดตามแนวยาวมากแค่ไหน · layflat width = หน้ากว้างของฟองเมื่อพับแบน = π × เส้นผ่านศูนย์กลางดาย × BUR ÷ 2

1. ชุดชั่งผสม (dosing / blending unit) — มีประจำทุกเครื่องรีด ชั่งเม็ดหลัก เม็ดผสม และ masterbatch ของชั้นนั้น
2. เครื่องรีด (extruder) — มักเป็นแบบ grooved feed สำหรับ HDPE และ LLDPE ไลน์ co-extrusion มี 3, 5 หรือ 7 เครื่อง
3. ตัวเปลี่ยนตะแกรง (screen changer) — กรองสิ่งสกปรกและเนื้อที่หลอมไม่หมดก่อนเข้าดาย
4. ดายวงแหวนแบบ spiral mandrel — แผ่พลาสติกหลอมรอบวงอย่างสม่ำเสมอ บางรุ่นหมุนหรือแกว่งได้
5. air ring — เป่าลมเย็นรอบนอกฟอง คุมความเสถียรของฟองและความหนารอบวง
6. ระบบหล่อเย็นภายในฟอง (internal bubble cooling, IBC) — หมุนเวียนลมเย็นในฟอง พร้อมเซนเซอร์คุมขนาดฟอง
7. bubble cage / calibration basket — ประคองฟองไม่ให้แกว่งและคุมเส้นผ่านศูนย์กลาง
8. collapsing frame (tent) — พับฟองให้แบนก่อนเข้า nip roll รวม gusseting board สำหรับทำฟิล์มพับข้าง
9. primary nip rolls และ oscillating haul-off — บีบปิดลมในฟองและดึงฟิล์ม ชุดแกว่งช่วยกระจายแนวหนาบางไม่ให้ซ้อนที่เดิมในม้วน
10. เครื่องวัดความหนา (thickness gauge) — วัดรอบฟองหรือบนฟิล์มแบน ส่งค่าให้ระบบคุม air ring อัตโนมัติ
11. corona treater — เพิ่มพลังงานผิวฟิล์มก่อนพิมพ์หรือลามิเนต
12. เครื่องม้วน (winder) — แบบ contact, gap หรือ turret พร้อมใบมีดตัด (slitting)

ส่วนประกอบทีละหน่วย

ตารางแต่ละหน่วยบอกหน้าที่ สเปกที่ควรดูตอนซื้อหรือตรวจรับ และอาการบนฟิล์มเมื่อชิ้นส่วนสึกหรือเสีย ใช้เทียบใบเสนอราคาหรือไล่ปัญหาหน้างานได้

1. ชุดชั่งผสมและเครื่องรีด

ไลน์ฟิล์ม PE ส่วนใหญ่ใช้เครื่องรีดแบบ grooved feed: ช่วงคอเครื่องมีปลอกเซาะร่องตามแนวยาวที่หล่อเย็นด้วยน้ำ เม็ดถูกยึดกับร่องจึงถูกดันไปข้างหน้าด้วยแรงดันสูงตั้งแต่ช่วงป้อน ปริมาณออกต่อรอบนิ่งและไม่ค่อยขึ้นกับแรงดันที่ดาย เหมาะกับ HDPE และ LLDPE ที่หนืด แต่แรงบิดและการสึกที่ช่วงป้อนสูงกว่าเครื่องคอเรียบ (smooth bore) สกรูงานฟิล์มมักเป็นแบบ barrier ต่อด้วย mixing section ความยาวมักอยู่ราว L/D 24:1 ถึง 30:1 ขึ้นกับรุ่นและเม็ด (ค่าอ้างอิงทั่วไป ต้องยืนยันกับผู้ผลิตเครื่องและ TDS)

2. หน่วยกรองและดายวงแหวน

ดายฟิล์มสมัยใหม่ใช้ spiral mandrel: พลาสติกหลอมถูกแบ่งเข้าหลายช่อง แต่ละช่องวิ่งเป็นเกลียวรอบแกน (mandrel) เกลียวตื้นลงเรื่อยๆ ให้เนื้อหลอมรั่วข้ามสันเกลียวมาผสมกัน จึงกระจายรอบวงได้สม่ำเสมอโดยไม่มีแนวรอยต่อแบบดายรุ่นเก่าที่มีขาค้ำ (spider) ดาย co-extrusion มีชุดเกลียวซ้อนกันตามจำนวนชั้น ช่องดาย (die gap) ที่อ้างกันทั่วไป: LDPE ราว 0.6–1.0 มม. · HDPE ราว 1.0–1.5 มม. · LLDPE กว้างกว่าคือราว 1.5–2.5 มม. เพื่อลดแรงเฉือนและ melt fracture (ค่าอ้างอิงทั่วไป ต้องยืนยันกับผู้ผลิตเครื่องและ TDS)

3. การหล่อเย็นฟอง: air ring, IBC และ bubble cage

ความสามารถในการหล่อเย็นเป็นตัวจำกัดปริมาณออกของไลน์ฟิล์มเกือบทุกไลน์ air ring แบบลิปเดียว (single-lip) เรียบง่าย แบบสองลิป (dual-lip) ให้ลมไหลแนบผิวฟองได้นานขึ้นจึงระบายความร้อนได้มากกว่าและฟองนิ่งกว่า air ring อัตโนมัติแบ่งรอบวงเป็นหลายส่วน (segment) แต่ละส่วนปรับอุณหภูมิหรือปริมาณลมได้ตามค่าจากเครื่องวัดความหนา ส่วน IBC เป่าลมเย็นเข้าและดึงลมร้อนออกจากภายในฟองอย่างต่อเนื่อง จึงหล่อเย็นได้สองด้าน เซนเซอร์ (มักเป็นแบบอัลตราโซนิก) วัดขนาดฟองแล้วปรับสมดุลลมเข้าออกให้ layflat คงที่

4. ส่วนบนหอ: collapsing frame, nip roll, haul-off, เครื่องวัดความหนา

Collapsing frame พับฟองกลมให้แบนทีละน้อย ถ้ามุมพับหรือแรงเสียดทานไม่สมดุล ฟิล์มจะย่น nip roll ชุดบน (primary nip) เป็นลูกเหล็กคู่กับลูกหุ้มยาง ทำหน้าที่ทั้งบีบปิดลมในฟองและดึงฟิล์ม ความเร็ว nip เทียบกับความเร็วที่หลอมออกจากดายคือตัวกำหนดการยืดตามแนวยาว ไลน์ส่วนใหญ่ในปัจจุบันใช้ oscillating haul-off หมุนชุด nip กลับไปมารอบแกนฟอง แนวหนาบางจึงไม่ซ้อนที่เดิมในม้วน ม้วนจึงเรียบ แต่ไม่ได้ทำให้ฟิล์มสม่ำเสมอขึ้น

5. ปลายสาย: corona, slitting, เครื่องม้วน

PE ไม่ได้ treat มีพลังงานผิวราว 31 mN/m (dyne/cm) งานพิมพ์และลามิเนตทั่วไปมักต้องการราว 38–42 mN/m (ค่าอ้างอิงทั่วไป ต้องยืนยันกับผู้ผลิตเครื่องและ TDS) corona สร้างประจุไฟฟ้าแรงสูงที่ผิวฟิล์ม ค่าที่ได้ลดลงตามเวลาเก็บ และ slip หรือ antistatic ที่ขึ้นผิวทำให้ค่าลดลงได้ จึงควรวัดซ้ำก่อนพิมพ์

ประเภทของไลน์

เลือกขนาดเครื่องอย่างไร

เริ่มจากฟิล์มที่จะขาย คำนวณย้อนไปหาดาย แล้วจึงหาเครื่องรีดและระบบหล่อเย็น

1. กำหนดสินค้า layflat หรือหน้ากว้างหลังตัด ช่วงความหนา จำนวนชั้นและสัดส่วน เม็ด และปริมาณต่อเดือน
2. หาเส้นผ่านศูนย์กลางดายจาก layflat และ BUR layflat = π × D_ดาย × BUR ÷ 2 → D_ดาย = 2 × layflat ÷ (π × BUR) ตัวอย่าง: layflat 600 มม. ที่ BUR 2.5 → 2 × 600 ÷ (3.14 × 2.5) ≈ 153 มม. ตรวจด้วยว่าดายขนาดนี้ทำ layflat ที่แคบที่สุดและกว้างที่สุดของสินค้าทั้งหมดได้ในช่วง BUR ที่เหมาะ
3. ช่วง BUR ตามเม็ด LDPE และ LLDPE มักราว 2–3 (ช่วงกว้างราว 1.5–4) · HDPE แบบ high stalk มักราว 3–5 โดยคอฟองยาวราว 6–8 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางดาย
4. ประเมินปริมาณออกจากเส้นรอบวงดาย ผู้ผลิตเครื่องมักบอก specific output เป็น kg/h ต่อ มม. ของเส้นรอบวงดาย ช่วงอ้างอิงกว้างๆ ราว 0.1–0.5 kg/h·มม. ค่าต่ำคือ air ring ลิปเดียวไม่มี IBC ค่าสูงคือสองลิปร่วมกับ IBC ตัวอย่าง: ดาย 150 มม. เส้นรอบวง ≈ 471 มม. ที่ 0.3 kg/h·มม. → ราว 140 kg/h
5. หาความเร็วสาย m/min = kg/h ÷ (60 × 2 × layflat (m) × ความหนา (m) × ความหนาแน่น (kg/m³)) ตัวอย่าง: 140 kg/h, layflat 0.6 m, ฟิล์ม 40 µm, ความหนาแน่น 920 → 140 ÷ (60 × 2 × 0.6 × 0.00004 × 920) ≈ 53 m/min แล้วเทียบกับความเร็วสูงสุดของ nip และเครื่องม้วน
6. ตรวจ die gap และ DDR DDR = die gap ÷ (ความหนาฟิล์ม × BUR) ตัวอย่าง: die gap 2.0 มม. ฟิล์ม 0.04 มม. BUR 2.5 → DDR = 20 ฟิล์มยิ่งบาง DDR ยิ่งสูง การเรียงตัวตามแนวยาวยิ่งมาก
7. แบ่งเครื่องรีดตามชั้น 3 ชั้นสัดส่วน 1:2:1 → เครื่องผิวแต่ละเครื่อง 25% เครื่องกลาง 50% ของปริมาณรวม ทุกเครื่องต้องเดินนิ่งที่ปริมาณต่ำสุดของงานที่ชั้นบางที่สุด
8. หอและเครื่องม้วน ความสูงหอต้องพอสำหรับ HDPE high stalk และระยะหล่อเย็น หน้ากว้าง nip และเครื่องม้วนต้องรับ layflat สูงสุด เส้นผ่านศูนย์กลางม้วนสูงสุดต้องตรงกับที่ลูกค้าใช้

ตัวอย่างตัวเลขข้างต้นเป็นการคำนวณเพื่ออธิบายวิธีคิด และเป็นค่าอ้างอิงทั่วไป ต้องยืนยันกับผู้ผลิตเครื่องและ TDS

จุดตรวจบำรุงรักษา

ไลน์ฟิล์มมีจุดอันตรายเฉพาะ 3 จุด: nip roll ด้านบนหอและที่เครื่องม้วนซึ่งดึงมือเข้าได้ corona ที่เป็นไฟฟ้าแรงสูงและสร้างโอโซน และการทำงานบนที่สูงของหอ

• ห้ามร้อยฟิล์มหรือแก้ฟิล์มพันที่ nip roll หรือเครื่องม้วนขณะลูกกลิ้งหมุน
• ห้ามเปิดฝาครอบ corona หรือแตะ electrode ก่อนตัดไฟและรอให้ประจุหมด
• ห้ามขึ้นทำงานบนหอโดยไม่มีอุปกรณ์กันตก และห้ามยืนใต้จุดที่อาจมีของตก
• ห้ามซ่อมฮีตเตอร์ ดาย พัดลม หรือเครื่องม้วนโดยไม่ล็อกและติดป้าย (lock-out/tag-out)

การเติม masterbatch และสารเติมแต่งบนเครื่องนี้

Masterbatch เข้าที่ชุดชั่งผสมของแต่ละเครื่องรีด ในฟิล์มหลายชั้นใส่สารเฉพาะชั้นที่ต้องการ แล้วคิด let-down เทียบกับชั้นนั้น เช่น antiblock ที่ชั้นผิวสองด้าน slip ที่ผิวด้านที่ต้องลื่น สาร slip กลุ่ม amide เคลื่อนข้ามชั้นได้ ต้องเผื่อเรื่องนี้เมื่อออกแบบโครงสร้างและเมื่อทำ corona สกรู barrier กับ mixing section ช่วยการกระจายตัว แต่ MB ที่ carrier หลอมไม่เข้ากับเม็ดหลักยังเห็นเป็นเจลหรือริ้วได้

• Slip และ antiblock slip ลดแรงเสียดทาน antiblock (เช่น silica, talc) สร้างความขรุขระระดับเล็กที่ผิวกันฟิล์มติดกัน ดู ฟิล์มติดกัน ลอกยาก
• Processing aid (PPA) แก้ผิวหนังฉลามและลดคราบที่ปากดาย PPA ที่ใช้กันมากเป็นกลุ่ม fluoropolymer เคลือบผนังดายซึ่งต้องใช้เวลาสักพักก่อนเห็นผล antiblock และ pigment บางชนิดดูดซับ PPA ไว้ทำให้ได้ผลน้อยลง ด้วยแนวโน้มกฎระเบียบเรื่องสารกลุ่ม PFAS ในหลายตลาด จึงมี PPA ทางเลือกที่ไม่ใช้สารกลุ่มนี้ ต้องทดลองบนสูตรและดายของคุณเอง
• Antistatic สำหรับฟิล์มบรรจุชิ้นส่วนหรือฟิล์มที่ฝุ่นเกาะ แบบเคลื่อนตัวขึ้นผิวต้องใช้เวลาหลังรีด ดู antistatic masterbatch
• UV สำหรับฟิล์มเกษตร ฟิล์มโรงเรือนและฟิล์มคลุมดินใช้ HALS และ UV absorber สารเคมีเกษตรที่มีกำมะถันหรือคลอรีนลดประสิทธิภาพ HALS บางชนิดได้ ต้องเลือกเกรดตามการใช้งาน ดู UV masterbatch
• Anti-fog สำหรับฟิล์มโรงเรือนและฟิล์มห่ออาหาร ทำให้ไอน้ำเกาะเป็นแผ่นบางแทนหยดน้ำ เป็นสารที่เคลื่อนตัวขึ้นผิว จึงสัมพันธ์กับ slip และ corona
• สี white MB สำหรับถุงทึบ black MB สำหรับฟิล์มคลุมดิน carbon black ที่กระจายตัวดีช่วยกัน UV ได้ด้วย

พูดตรงๆ: แนวหนาบางจากดายไม่ได้ศูนย์หรือ air ring สกปรก ย่นจาก collapsing frame หรือ nip ไม่ขนาน และเจลจากจุดอับในดายหรือสกรูสึก เป็นปัญหาเครื่อง สารเติมแต่งแก้ไม่ได้ เมื่อเทียบสูตร ให้คิดต้นทุนต่อม้วนดี ไม่ใช่ราคาต่อกิโลกรัม ลองใส่ตัวเลขของคุณใน เครื่องคิดต้นทุน ถ้าต้องการให้ช่วยแยกว่าเป็นปัญหาสูตรหรือเครื่อง ทีม ACS ช่วยดูข้อมูลให้ได้

อ่านเรื่องกระบวนการต่อ

หลักการของ BUR และ frost line ในมุมกระบวนการ รวมถึงตัวแปรที่ต้องคุม อยู่ในบทความ การรีด (Extrusion) อาการเสียที่พบบ่อยบนฟิล์ม: เจลและตาปลา · ผิวหนังฉลาม (melt fracture)