การขึ้นรูปพลาสติก
การเป่า (Blow molding)
ใช้ลมดันพลาสติกร้อนให้แนบแม่พิมพ์ ได้ภาชนะกลวง
ขวด แกลลอน ถังสารเคมี ถังน้ำมันรถ ล้วนมาจากหลักการเดียว: ทำพลาสติกให้เป็นท่อหรือ preform ที่ยังอ่อนตัว ปิดแม่พิมพ์ แล้วเป่าลมให้พองแนบผนัง บทความนี้อธิบาย EBM, IBM และ ISBM ตัวแปรที่ต้องคุม และปัญหาที่เจอบ่อยหน้าเครื่อง
ฝ่ายการตลาด บริษัท แอดวานซ์ เคม โซลูชั่น จำกัด · 21 ต.ค. 2569 · อ่านประมาณ 8 นาที
หลักการใน 1 นาที
การเป่ามี 3 แบบหลัก ทุกแบบใช้ลมอัดดันพลาสติกที่ยังอ่อนตัวให้พองแนบผนังแม่พิมพ์ที่เย็น แล้วรอจนแข็งตัว ความต่างอยู่ที่ "ชิ้นตั้งต้น" ก่อนเป่า
- EBM (Extrusion Blow Molding) เครื่องรีดดันพลาสติกหลอมผ่านหัวดายออกมาเป็นท่อกลวงห้อยลง เรียกว่า parison แม่พิมพ์สองซีกปิดหนีบปลายล่างให้เชื่อมติดกัน (pinch-off) แล้วเป่าลม ส่วนที่เกินแม่พิมพ์กลายเป็นครีบ (flash) ต้องตัดทิ้ง ทำหูจับในตัวได้ ใช้กับขวด HDPE แกลลอน และถังขนาดใหญ่
- IBM (Injection Blow Molding) ฉีด preform บนแกน (core rod) ก่อน แล้วย้ายทั้งแกนไปแม่พิมพ์เป่า เป่าลมผ่านแกน ไม่มีครีบ คอขวดแม่นยำ เหมาะกับขวดเล็ก เช่น ขวดยาและเครื่องสำอาง
- ISBM (Injection Stretch Blow Molding) ฉีด preform PET แล้วอุ่นให้อยู่เหนือ Tg ก้านยืด (stretch rod) ดึง preform ตามแนวยาว จากนั้นลมเป่าขยายตามแนวรอบวง สายโซ่ PET จึงเรียงตัวสองทิศทาง (biaxial orientation) ได้ขวดใส แข็งแรง และกันก๊าซได้ดีกว่าการเป่าโดยไม่ยืด ใช้ทำขวดน้ำดื่มและน้ำอัดลม
หัวใจของ EBM คือ parison ต้อง "ยืนได้" ระหว่างรอแม่พิมพ์ปิด ถ้าพลาสติกหลอมเหลวเกินไป parison จะยืดย้อยตามน้ำหนักตัวเอง ผนังด้านบนบางลง นี่คือเหตุผลที่งาน EBM ต้องการ melt strength สูงและใช้เม็ด MFI ต่ำ ส่วนงาน ISBM โจทย์ต่างออกไป คือคุมอุณหภูมิ preform ให้ยืดได้สม่ำเสมอ
ขั้นตอนของรอบการผลิต
EBM รอบหนึ่งมี 6 ขั้น:
- รีด parison เครื่องรีดดันพลาสติกหลอมผ่านหัวดาย ระบบ parison programming ปรับช่องดาย (die gap) ระหว่างรีด ให้ผนังหนาขึ้นตรงช่วงที่จะถูกยืดมาก เช่น ไหล่และมุมขวด
- ปิดแม่พิมพ์และ pinch-off แม่พิมพ์หนีบปลายล่างให้เชื่อมติดกัน มีดตัด parison ออกจากหัวดาย เครื่องแบบ shuttle เลื่อนแม่พิมพ์ไปสถานีเป่า ส่วนงานถังใหญ่ใช้หัวแบบ accumulator ที่สะสมพลาสติกหลอมไว้แล้วดันออกเป็นจังหวะเดียว
- เป่า blow pin หรือเข็มเป่าอัดลมเข้า parison ให้พองแนบผนังแม่พิมพ์
- หล่อเย็นภายใต้แรงลม ค้างลมไว้ให้ผิวแนบผนังเย็นตลอด ขั้นนี้มักกินเวลามากที่สุดของรอบ เพราะผนัง HDPE หนาและนำความร้อนได้ไม่ดี
- ระบายลม เปิดแม่พิมพ์ ปลดชิ้นงาน
- ตัดครีบและตรวจรั่ว ตัด flash ที่คอ ก้น และรูหูจับ เศษครีบบดเป็น regrind ป้อนกลับ ขวดจำนวนมากผ่านเครื่องตรวจรั่ว (leak test) ในสาย
ISBM แบบสองขั้น (two-stage) แยกงานฉีดกับงานเป่าออกจากกัน: อบเม็ด PET ให้แห้ง → ฉีด preform → เก็บ preform → อุ่นด้วยเตาอินฟราเรดให้ได้โปรไฟล์อุณหภูมิตามแนวยาว → ก้านยืดดึงพร้อม pre-blow → เป่าแรงดันสูง → หล่อเย็นแล้วปลด แบบขั้นเดียว (one-stage) ทำทั้งหมดในเครื่องเดียวโดยใช้ความร้อนที่เหลือจากการฉีด
ตัวแปรที่ต้องคุม
| ตัวแปร | คุมอะไร | ถ้าคุมไม่ได้ |
|---|---|---|
| อุณหภูมิพลาสติกหลอม (EBM) | ความหนืด การย้อยของ parison คุณภาพรอยเชื่อม pinch-off | สูงไป: parison ย้อย ผนังบนบาง หล่อเย็นนานขึ้น · ต่ำไป: pinch-off เชื่อมไม่ดี ผิวหยาบ แรงดันสูง |
| Parison program / die gap | ความหนาตามแนวยาวของชิ้นงาน | มุมและไหล่บาง ก้นหนา น้ำหนักเกินโดยไม่ได้ความแข็งแรงเพิ่ม |
| การจัดศูนย์ดายและอุณหภูมิหัวดายรอบวง | ความหนารอบวง | ผนังหนาด้านหนึ่ง บางอีกด้าน parison โค้งงอ (curling) |
| เวลารีด parison | การย้อยและการพองตัวที่ปากดาย (die swell) | ความยาว parison ไม่คงที่ น้ำหนักชิ้นงานแกว่ง |
| แรงลมเป่าและ pre-blow | การแนบผนัง รายละเอียดผิว อัตราการเย็น | ลมไม่พอ: ลายไม่คม เย็นช้า หดตัวมาก · pre-blow ผิดจังหวะ: parison ติดกันด้านในหรือแตก |
| อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นแม่พิมพ์ | อัตราเย็น การหดตัว | ก้นโป่ง (rocker bottom) ขนาดเปลี่ยนหลังปลด |
| ความเร็วปิดแม่พิมพ์และรูปทรง pinch-off | ความแข็งแรงรอยเชื่อมก้น | รอยเชื่อมบาง แตกตอนทดสอบตก |
| โปรไฟล์อุณหภูมิ preform (ISBM) | การกระจายเนื้อและการเรียงตัวของ PET | ร้อนไป: ขวดขุ่นจากการตกผลึกด้วยความร้อน · เย็นไป: ขาวมุก (stress whitening) ยืดไม่ออก |
| จังหวะก้านยืดและ pre-blow (ISBM) | เนื้อตามแนวยาวและที่ก้นขวด | ก้นหนา ไหล่บาง จุด gate เบี้ยวจากศูนย์ |
| ความชื้นและอุณหภูมิหลอม PET | IV และ acetaldehyde (AA) | ชื้น: PET ไฮโดรไลซ์ IV ตก ขวดเปราะ · ร้อนหรือค้างในกระบอกนาน: AA สูง กระทบรสน้ำดื่ม |
ช่วงอุณหภูมิอ้างอิง: HDPE งาน EBM อุณหภูมิพลาสติกหลอมประมาณ 180–220 °C · PET ฉีด preform ประมาณ 270–290 °C · preform ก่อนยืดเป่าประมาณ 90–120 °C ซึ่งสูงกว่า Tg ของ PET (ประมาณ 70–80 °C) ช่วงทั่วไป ให้ยึด TDS ของเกรดที่ใช้
ชิ้นงานและเม็ดที่ใช้
| แบบ | ชิ้นงานทั่วไป | เม็ดหลัก |
|---|---|---|
| EBM | ขวดนม ขวดน้ำยาซักผ้า ขวดน้ำมันเครื่อง แกลลอน jerry can ถังสารเคมี ถังน้ำมันรถ (หลายชั้น มีชั้น barrier) ท่อลมรถยนต์ | HDPE เป็นหลัก รองลงมา PP, LDPE และ PET เกรดสำหรับ EBM |
| IBM | ขวดยา ขวดเครื่องสำอาง ขวด roll-on ขวดเล็กที่คอต้องแม่น | HDPE, PP, PET, PS |
| ISBM | ขวดน้ำดื่ม น้ำอัดลม น้ำมันพืช ขวดเครื่องสำอางใส | PET เป็นหลัก และ PP บางงาน |
ทิศทางของ MFI: งานเป่าใช้เม็ด MFI ต่ำกว่างานฉีดชัดเจน HDPE เกรดเป่ามักมี MFI ที่ 190 °C/2.16 kg ต่ำกว่า 1 g/10 min (fractional MFI) หลายเกรดจึงรายงานค่าที่ 21.6 kg (HLMI) ด้วย ถังใหญ่ใช้เกรดที่ MFI ต่ำลงไปอีก น้ำหนักโมเลกุลสูงให้ melt strength ที่ parison ต้องใช้ และให้ ESCR ที่ขวดใส่สารเคมีต้องการ
melt strength ไม่ได้ขึ้นกับ MFI อย่างเดียว การกระจายน้ำหนักโมเลกุลและกิ่งสายโซ่ยาว (long-chain branching) มีผลด้วย สองเกรดที่ MFI ใกล้กันจึงย้อยต่างกันได้ ส่วน PET ไม่ได้เลือกด้วย MFI แต่เลือกด้วย IV (intrinsic viscosity) ขวดน้ำอัดลมใช้ IV สูงกว่าขวดน้ำดื่มเพราะต้องรับแรงดัน CO₂
ปัญหาที่พบบ่อย
ปัญหางานเป่าส่วนใหญ่แก้ที่เครื่อง แม่พิมพ์ และเกรดเม็ด มีไม่กี่ข้อที่สารเติมแต่งช่วยได้จริง ตารางนี้แยกให้เห็น
| อาการ | สาเหตุที่น่าจะเป็น | วิธีตรวจ | สารเติมช่วยได้ไหม |
|---|---|---|---|
| Parison ย้อย (parison sag) ผนังด้านบนบาง | หลอมร้อนไป เม็ด melt strength ต่ำ parison ห้อยนาน ผสม regrind หรือ PCR ที่ MFI สูงกว่าเม็ดหลัก | ตัดขวดแล้วชั่งน้ำหนักส่วนบนเทียบส่วนล่าง วัดผนังหลายระดับ ดูว่าความยาว parison เปลี่ยนตามเวลาห้อยหรือไม่ | ส่วนใหญ่แก้ที่กระบวนการและเกรดเม็ด ถ้าเพิ่มสัดส่วน PCR ต้องคุม MFI ทุกล็อต ดู เม็ดรีไซเคิลคุณภาพไม่นิ่ง |
| ผนังหนาไม่เท่ากันรอบวง | ดายไม่ได้ศูนย์ อุณหภูมิหัวดายไม่สม่ำเสมอ program ไม่เหมาะกับรูปทรง | ตัดขวางหลายระดับแล้ววัดรอบวง ถ้าบางด้านเดิมทุกใบ ให้ดูที่ดาย | ไม่ใช่ปัญหาสารเติม แก้ที่ดายและ parison program |
| Pinch-off อ่อน แตกที่รอยเชื่อมก้น | หลอมเย็นไป ขอบ pinch-off คมหรือแคบเกิน แม่พิมพ์ปิดเร็วจนเนื้อไม่ถูกดันเข้ารอยเชื่อม | ผ่าก้นขวดดูรอยเชื่อมด้านใน ถ้าเป็นร่องบางแหลม (notch) แสดงว่าเนื้อไม่พอ ยืนยันด้วยการทดสอบตก | แก้ที่แม่พิมพ์และอุณหภูมิ ไม่ใช่สารเติม |
| ก้นโป่ง ขวดโยก (rocker bottom) | ก้นหนาและยังร้อนตอนปลด จึงหดตัวต่อ หล่อเย็นที่ก้นไม่พอ · งาน PET: ก้นร้อนเกินหรือเนื้อสะสมที่ก้น | วางขวดบนพื้นเรียบทันทีหลังปลดเทียบกับหลังทิ้งไว้ วัดความหนาก้น | แก้ที่การหล่อเย็นและการกระจายเนื้อเป็นหลัก |
| เส้นตามแนวยาว (die lines) | คราบพลาสติกเสื่อมหรือสิ่งสกปรกติดปากดาย ปากดายเป็นรอย ตะแกรงกรองขาด | ถ้าเส้นอยู่ตำแหน่งเดิมรอบวงทุกใบ ต้นเหตุอยู่ที่ปากดาย | processing aid (PPA) ช่วยลดคราบที่ปากดายได้ ถ้าใช้ PCR ต้องกรองดี ดู เม็ดรีไซเคิล |
| ขวดร้าวเมื่อใส่น้ำยา (ESCR failure) | HDPE เกรดที่ใช้มี ESCR ไม่พอสำหรับสารที่บรรจุ เช่น สารลดแรงตึงผิวหรือน้ำมัน ความเค้นสะสมที่หูจับ มุม และ pinch-off ผนังบางเฉพาะจุด | หาจุดเริ่มร้าว ทดสอบ ESCR ของเม็ดตาม ASTM D1693 และทดสอบขวดจริงกับสารที่บรรจุจริง | สารเติมไม่ได้เพิ่ม ESCR ของเม็ดโดยตรง ขวดที่ตากแดดจะร้าวเร็วขึ้นเมื่อผิวเสื่อม ดู พลาสติกกรอบแตกกลางแดด · PCR ที่ ESCR แกว่งตามล็อต ดู เม็ดรีไซเคิล |
| ขวดดูดฝุ่นบนชั้นวาง | ผิว PE เป็นฉนวน เก็บประจุไฟฟ้าสถิตจากการเสียดสีระหว่างผลิตและขนส่ง | ฝุ่นเกาะเป็นแนวหรือเฉพาะจุดที่ถูกเสียดสี วัด surface resistivity | ช่วยได้ ดู ชิ้นงานฝุ่นเกาะ และทดสอบการติดฉลากและพิมพ์ร่วมด้วย |
สารเติมแต่งในกระบวนการนี้
งาน EBM เติม masterbatch ที่คอ hopper ของเครื่องรีด ผ่านเครื่องผสมแบบชั่งน้ำหนัก (gravimetric) หรือแบบปริมาตร (volumetric) งาน ISBM เติมที่เครื่องฉีด preform เพราะขั้นเป่าไม่มีการหลอมใหม่
- คิด let-down ให้รวม regrind ครีบที่บดกลับมีสารเติมอยู่แล้ว ถ้าคิด % MB จากปริมาณรวมที่มี regrind ระดับสารในขวดจะสูงกว่าเป้า ให้คิด MB จากส่วนเม็ดใหม่ และคุมสัดส่วน regrind ให้คงที่
- UV สำหรับ jerry can ถังสารเคมี และภาชนะที่เก็บกลางแจ้ง ดู UV masterbatch
- Antistatic สำหรับขวดที่ฝุ่นเกาะ ดู antistatic masterbatch
- PCR เช่น rHDPE ในขวดน้ำยา ต้องคุม MFI, ESCR, กลิ่น และสี ดู เม็ดรีไซเคิล PCR
- สีและความทึบแสง carrier ของ MB ควรมี MFI ใกล้เคียงเม็ดหลัก ไม่งั้นกระจายตัวไม่ทั่ว เกิดลายสี
- Processing aid และ stabilizer ลดคราบปากดาย และกันการเสื่อมของ regrind ที่วนหลายรอบ
- งาน PET ใช้สารเติมเฉพาะ เช่น UV blocker ปกป้องสิ่งที่บรรจุ และ AA scavenger สำหรับขวดน้ำดื่ม ต้องเลือกตัวที่ทนอุณหภูมิฉีด PET ได้
ACS ไม่ได้เป่าชิ้นงานเอง เราออกแบบสูตร masterbatch และผลิตร่วมกับเครือข่ายผู้ผลิตพันธมิตรตามสูตรที่ ACS ออกแบบ สิ่งที่ช่วยได้คือแยกให้ชัดว่าปัญหาไหนแก้ด้วยสูตร ปัญหาไหนต้องแก้ที่เครื่อง
FAQ
คำถามที่พบบ่อยเรื่องการเป่า
EBM กับ ISBM เลือกอย่างไร
EBM เหมาะกับขวดและภาชนะ HDPE หรือ PP ที่มีหูจับ ขนาดตั้งแต่ขวดเล็กถึงถังใหญ่ แม่พิมพ์ถูกกว่าและเปลี่ยนรูปทรงง่ายกว่า แต่มีครีบต้องตัด ISBM เหมาะกับขวด PET ใส แข็งแรง คอขวดแม่นยำ ไม่มีครีบ แต่ต้องมีแม่พิมพ์ preform และเครื่องที่ใช้แรงลมสูงกว่า ทำหูจับในตัวได้ยาก ตัวตัดสินจริงคือวัสดุที่ต้องใช้ ปริมาณผลิต และรูปทรง
ทำไม HDPE เกรดเป่าต้องใช้ MFI ต่ำ
parison ต้องห้อยรับน้ำหนักตัวเองระหว่างรอแม่พิมพ์ปิดโดยไม่ย้อย เม็ด MFI ต่ำมีน้ำหนักโมเลกุลสูง จึงมี melt strength สูงกว่า และมักให้ ESCR ดีกว่าด้วย ถ้าใช้เม็ด MFI สูงแบบงานฉีด ผนังด้านบนจะบาง น้ำหนักขวดแกว่ง และร้าวง่ายเมื่อใส่สารเคมี
ใส่ regrind จากครีบได้มากแค่ไหน
การบดครีบกลับมาใช้เป็นเรื่องปกติของงาน EBM ไม่มีตัวเลขเดียวที่ใช้ได้ทุกงาน ข้อสำคัญคือคุมสัดส่วนให้คงที่ทุกกะ เพราะ regrind เปลี่ยน MFI สี และ melt strength เล็กน้อยทุกรอบที่วน และมีสารเติมอยู่แล้วที่ต้องนับรวมตอนคิด let-down ควรทดสอบขวดที่สัดส่วน regrind สูงสุดที่จะใช้จริงก่อนกำหนดเป็นมาตรฐาน
ขวดดูดฝุ่นตั้งแต่ออกจากเครื่อง แก้อย่างไร
ผิว PE เป็นฉนวน เก็บประจุจากการเสียดสีได้ง่าย antistatic masterbatch แบบ migrating จะค่อยๆ เคลื่อนขึ้นผิวและดึงความชื้นในอากาศมาช่วยระบายประจุ จึงต้องใช้เวลาหลังขึ้นรูปก่อนเห็นผลเต็มที่ และผลขึ้นกับความชื้นแวดล้อม ควรทดสอบการติดฉลากและการพิมพ์ร่วมด้วย เพราะสารที่ขึ้นผิวอาจมีผลต่อการยึดติด
ข้อควรระวังทางเทคนิค
ค่าการเติม (let-down ratio) และข้อมูลทางเทคนิคในหน้านี้เป็นค่าอ้างอิงทั่วไป ไม่ใช่การรับประกันคุณสมบัติ ต้องยืนยันด้วยการทดลองในกระบวนการผลิตของคุณเองก่อนใช้งานจริง
ส่งขวดที่มีปัญหามาให้เราดู
ส่งชิ้นงานหรือรูปถ่าย พร้อมเกรดเม็ดและสูตรที่ใช้อยู่ เราช่วยแยกว่าปัญหาอยู่ที่สูตรหรือที่กระบวนการ ไม่มีค่าใช้จ่าย ไม่มีเงื่อนไขซื้อ
