Problemy procesu produkcji folii polietylenowej metodą rozdmuchu

Folie polietylenowe produkowane metodą rozdmuchu mają bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle jako materiały opakowaniowe. Zazwyczaj są elementem większego systemu pakowania, znakowania i zabezpieczania gotowych wyrobów

W większości przypadków folie są surowcem/półproduktem, który wymaga dalszej obróbki (drukowanie, laminowanie, zgrzewanie…) albo stanowią część automatycznego lub półautomatycznego procesu pakowania. Procesy takie należą do bardzo wrażliwych, co z kolei stawia wymagania jakościowe na bardzo wysokim poziomie. Wszelkie defekty, nierówności nawoju, zmarszczki, brak prostoliniowości, zbyt duże rozrzuty grubości folii powodują spowolnienie linii, przestoje, zwiększają odpad lub kompletnie uniemożliwiają dalszą pracę.

Istnieją trzy podstawowe grupy czynników będących powodem problemów i wad produkcyjnych: mechaniczne, materiałowe i ludzkie. Żeby w odpowiedni sposób zdiagnozować problem, należy znać zależności przyczynowo-skutkowe pomiędzy czynnikami mającymi wpływ na proces produkcyjny. Wymaga to dużej wiedzy i cierpliwości w diagnozowaniu podstaw problemu. Może się zdarzyć, że na problem jakościowy folii ma wpływ kilka nakładających się składowych, a wyeliminowanie jednej z nich nie likwiduje go w 100%. Dlatego bardzo istotne jest metodyczne podejście do problemu i dogłębna analiza procesu. W dalszej części artykułu rozpatrzymy przykładowe problemy mechaniczne (maszynowe).

Niezależnie od tego, czy dysponujemy linią technologiczną jedno- czy wielowarstwową, każda z nich składać się będzie z tych samych, podstawowych podzespołów. Są to napęd, układ plastyfikujący, głowica, układ chłodzenia, odciąg górny, układ nawijania, sterowanie. Oczywiście każda z linii może być wyposażana w dodatkowe układy kontroli, pomiaru, prowadzenia wstęgi, drukarki, aktywatory itd.

Układ plastyfikujący

Zużywanie się układu plastyfikującego jest jedną z podstawowych bolączek każdego wytwórcy folii. Jeżeli w produkcji używane są materiały pochodzące z recyklingu czy wypełniacze mineralne, degradacja układu następuje odpowiednio szybciej niż przy stosowaniu materiałów pierwotnych.

Problem ze zużywaniem układu polega głównie na tym, że trzeba płynnie reagować na postępujące zmiennie warunki pracy. Wydajność układu spada z każdą przerobioną toną surowca. Nie jest to proces, który można zauważyć ''gołym okiem'', ale porównując parametry pracy w przekroju np. miesiąca można zauważyć, że często te same produkcje trzeba wykonywać na innych ustawieniach. Dopóki sterowanie na to pozwala, nie rzutuje to na wydajność linii. Wymaga jedynie od operatorów korygowania parametrów maszyny w celu uzyskania odpowiedniego wyrobu. Poważny problem pojawia się w momencie, gdy zużycie układu przekroczy pewną graniczną wartość i tworzywo jest podawane w sposób nierównomierny do głowicy. Można to w łatwy sposób zauważyć na wskaźniku ciśnienia znajdującego się na końcu układu plastyfikującego lub na skokach obciążenia napędu.

Efektem takiego stanu rzeczy jest pulsacyjne podawanie tworzywa do głowicy, co z kolei powoduje przegrubienia folii występujące co jakiś czas na całej szerokości w kierunku wytłaczania. Dodatkowo skokowy wzrost ciśnienia przed wymiennikiem sit powoduje przedostanie się zanieczyszczeń znajdujących się na sicie, które albo trafią do tworzywa i pojawią się na balonie, albo (co gorsze) zostaną w ustniku głowicy powodując mniejsze lub większe miejscowe przecienienia bądź rysy na folii.

Jeżeli mowa o układzie plastyfikującym, to warto zauważyć że jest on częścią-sercem wytłaczarki. Nawet jeżeli znajduje się w idealnym stanie, nie możemy zapominać o odpowiednim ustawieniu temperatur na maszynie, adekwatnym doborze filtracji na wymienniku sit, czy chłodzeniu na zasypie linii w przypadku układów z rowkowaną strefą zasypu. To wszystko wpływa w sposób pośredni lub bezpośredni na jakość produkowanej folii.

Elementem wytłaczarki jest również napęd, w którego skład wchodzą silniki, przekładnie, koła pasowe, sprzęgła. Dbałość o stan tych poszczególnych części jest bardzo istotna. Dzięki regularnym przeglądom i konserwacji możemy uniknąć problemów z nierównomiernymi obrotami silnika czy uślizgiem pasów klinowych, co w efekcie przekłada się na równość podawania tworzywa i na jakość gotowej folii.

Głowice

Kolejnym elementem linii technologicznej do wytwarzania folii są głowice. Różnią się od siebie w zależności od technologii produkcji (jedno-/wielowarstwowa). Mogą występować w układzie obrotowym lub stacjonarnym. Jest jednak szereg zabiegów (często pomijanych, szczególnie przy produkcji prowadzonej w ruchu ciągłym) dających wymierny efekt jakościowy gotowych wyrobów.

Centrowanie szczeliny - zdecydowanie należy zwrócić uwagę na to, że raz ustawiona przez producenta maszyny, serwis czy operatora szczelina nie zwalnia z obowiązku okresowej kontroli. Głowica jest elementem narażonym na duże i zmienne obciążenia, dlatego tak istotne są przeglądy jej stanu. Często można spotkać gotowe wyroby lub półprodukty foliowe, które nawinięte na rolkę są z jednej strony ''twarde'', a z drugiej ''miękkie''; powodem tego są różnice w grubości folii po obwodzie balona. Można ten efekt zniwelować, stosując głowice lub odciągi obrotowe. Ale to tylko maskuje problem nie rozwiązując go; rozrzuty grubości na folii bowiem nie znikają, są tylko równo rozłożone na rolce.

Czyszczenie ustnika - w trakcie produkcji wokół ustnika powoli odkłada się tworzywo, zarówno z jednej, jak i z drugiej strony. Przez ciągły kontakt z temperaturą głowicy tworzywo to zaczyna się spiekać. Jeżeli pozostawimy taki spiek na odpowiednio długi czas, ''rozrośnie'' się on od do takiego rozmiaru, że zacznie ocierać się o balon. Dodatkowo przy zmianie rozmiaru balona może powodować miejscowe defekty i/lub rysy na powierzchni folii. 

Poza czyszczeniem powierzchni ustnika należy dbać o czystość i brak spieków wewnątrz szczeliny. Trzeba co jakiś czas zdemontować wewnętrzny pierścień głowicy i gruntownie wyczyścić, ''zabielić'' jego powierzchnię. W trakcie procesu produkcji folii stosuje się wiele różnych dodatków i modyfikatorów. Zazwyczaj mają one różne temperatury przetwarzania i tendencję do odkładania się i spiekania na powierzchni szczeliny, co prowadzi do wad produkcyjnych na powierzchni folii. Dbałość o idealny stan i czystość ustnika oraz szczeliny jest jednym z kluczowych elementów dla jakości produkowanej folii, niestety bardzo często z powodu czasochłonności tego zabiegu jest on pomijany. Można co prawda stosować środki czyszczące w postaci dodatków lub próbować zapobiegać odkładaniu się tworzywa na metalowych elementach układu przez wykorzystanie dodatków procesowych, ale i to zazwyczaj jest niewystarczające i konieczne jest czyszczenie manualne. 

Bardzo istotną kwestią jest ustawienie głowicy. Zachowanie poziomu oraz centralnego ustawienia w stosunku do górnego odciągu bezpośrednio wpływa na jakość produkowanej folii. Tak samo jak w przypadku centrowania, powinno się dokonywać okresowego sprawdzania tych parametrów.

Układ chłodzenia 

Do jednego z bardziej zaniedbywanych elementów należy układ chłodzenia folii. Nie ma znaczenia, czy jest to prosty układ z wentylatorem nadmuchowym i pierścieniem z jednym wylotem powierza, czy zaawansowany system chłodzenia wewnętrznego (IBC) i skomplikowany pierścień chłodzący. Wszystkie te elementy zużywają się w czasie pracy, powodując problemy z produkcją. W przypadku stosowania IBC uzyskanie folii odpowiedniej jakości może utrudniać ''parafina'' odkładająca się w pierścieniu chłodzącym w rurach i wentylatorze odprowadzającym powietrze. Zaburzenia przepływu powietrza w takich wypadkach mogą być kompensowane siłą nadmuchu, ale i to wystarcza tylko do pewnego czasu.

Rezultatem jest zawsze spadek wydajności linii produkcyjnej. Operatorzy są zmuszeni do spowolnienia maszyny, tłumacząc to brakiem możliwości wychłodzenia folii. Zazwyczaj przyczyn szuka się w błędach elektroniki i sterowania. Zachowanie balona w trakcie produkcji wskazuje na problemy z działaniem czujników odpowiedzialnych za kontrolę jego średnicy. Czasami wystarczy proste czyszczenie elementów chłodzenia bądź wymiana rur, zamiast kosztownej ingerencji w sterowanie.

Innym częstym problemem są przedmuchy na pierścieniu chłodzącym wynikające z nieszczelności. Może się to zdarzyć przy długiej eksploatacji pierścienia bez wymiany uszczelnień. W tym wypadku może dojść do zmniejszenia intensywności chłodzenia na jakimś fragmencie balona. Oczywiście pierścienie z bocznymi dolotami powietrza powinny zapobiegać takim zdarzeniom, ale często taka nieszczelność wiąże się z tym, że pierścień nie był konserwowany przez długi okres i ma miejscowo ''zarośnięty'' lub zapchany wylot powietrza, a taki układ jest przyczyną wielu wad produkcyjnych.

Odciągi

Odciąg górny folii to istotny element linii produkcyjnej, mający duży i bezpośredni wpływ na jakość gotowego wyrobu. Jego zadaniem jest odebranie uformowanego tworzywa z zadaną prędkością. Parametrem tym regulujemy grubość wstęgi folii. Podstawowymi częściami odciągu są wałki - gumowy i metalowy lub dwa gumowe (w zależności od linii). Z tego względu że znajdują się one na wysokości kliku lub kilkunastu metrów, w zależności od rodzaju maszyny zdarza się, że są brudne i otłuszczone z powodu odkładającej się parafiny, pyłów i kurzu. Z biegiem czasu taka mieszanka twardnieje, powodując nierówny docisk wałków, co skutkuje pojawieniem się defektów folii. Podobny skutek może wywołać brak regularnych przeglądów i wymiany łożysk na wałkach. Przepracowanie lub uszkodzone łożysko powoduje opadnięcie wałka lub jego blokowanie się w czasie pracy.

Nie można zapominać, że wałki gumowe są elementem eksploatacyjnym i tak samo jak łożyska należy je wymieniać lub regenerować, jeśli tylko jest taka możliwość. Guma w czasie pracy ugniata się i twardnieje. Dodatkowym czynnikiem przyspieszającym ten proces jest temperatura, która zazwyczaj jest wyższa niż dopuszczalna. Brak elastyczności gumy może spowodować uciekanie powietrza ze środka balona, głównie przy produkcji folii z zakładkami, co przy systemach z kontrolą wielkości balona wymusza ciągłą regulację ilością podawanego powietrza, a w układach bez kontroli powoduje przewężenia na szerokość wstęgi.

Równie istotnym elementem jest bieżąca kontrola i czyszczenie wałków prowadzących wstęgę folii do nawijarki. Tak jak w przypadku wałków odciągu, każde uszkodzone łożysko może prowadzić do przeciągnięć lub nierównych nawojów folii.

Ostatnim elementem linii produkcyjnej zazwyczaj jest nawijarka (odciąg dolny). W tym wypadku dbałość o jakość prowadzenia wstęgi jest nawet jeszcze ważniejsza. Na nawijaku wciąż można skorygować ewentualne nierówności, fałdki czy zmarszczenia, ale konieczne jest posiadanie idealnego stanu rolek (łożyskowanie, czystość, poziomowanie…).

Do uzyskania prawidłowego nawoju niezbędne jest odpowiednie ułożenie wałka bananowego lub sznurkowego, jeżeli występują takowe w maszynie. Operatorzy linii mają w zwyczaju pomijać niektóre wałki nawijarki; często zdarza się tak z powodu utrudnionego dostępu lub niechęci do ''gimnastykowania się'' przy przeciąganiu wstęgi folii. Ma to miejsce w przypadku linii mniej zaawansowanych technicznie, które nie posiadają kontroli naciągu. Może to skutkować pomarszczoną i pozaginaną folią na gotowej rolce. Naciąg folii powinien być ustawiany i korygowany w zależności od grubości folii i wielkości balona.

W liniach o większych gabarytach nawijarka jest osobnym urządzeniem, które musi zostać idealnie ułożone w stosunku do głowicy i górnego odciągu folii. Poprawność takiego ułożenia należy okresowo kontrolować i w miarę potrzeb korygować; szczególnie na halach, gdzie pracują wózki widłowe.

Poza opisanymi przypadkami istnieje szereg zaniedbań i błędów wpływających na jakość końcowych wyrobów. Najważniejsze przy diagnozowaniu powodów wad produkcyjnych jest metodyczne podejście do sprawy, dogłębna analiza i niewyciąganie pochopnych wniosków. Na prawidłowość procesu produkcji folii wpływa wiele czynników i trzeba je wszystkie brać pod uwagę, dlatego też wymaga on sporego zaangażowania. 

Tomasz Gliński

Zdjęcia dzięki uprzejmości firmy Total-Chem Sp. z o.o.