กระบวนการเป่าขึ้นรูป (Blow Molding Process) ตอนที่ 1

ตอน  1  2 
วิธีและขั้นตอนกระบวนการเป่าขึ้นรูปพลาสติก (Blow Molding Process)

ประเภทและวิธีของกระบวนการเป่าขึ้นรูปพลาสติก

กระบวนการเป่าขึ้นรูปเป็นวิธีที่ใช้ในการผลิตขวดบรรจุภัณฑ์พลาสติก ที่มีลักษณะกลวง วิธีขึ้นรูปด้วยการเป่าจะแบ่งได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ
1. เอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)
2. การฉีดเป่าขึ้นรูป (Injection blow molding) และ การขึ้นรูปแบบเป่ายืด (Injection stretch blow molding)
ในปัจจุบันวิธีที่นิยมใช้ในการผลิตบรรจุภัณฑ์พลาสติกที่มีลักษณะกลวงภายใน ได้แก่ extrusion blow molding และ injection stretch blow molding โดย extrusion blow molding เป็นวิธีที่นิยมในการผลิตขวดพลาสติกหรือแกลลอนพลาสติกที่มีลักษณะขุ่น ส่วน injection stretch blow molding จะนิยมใช้ในการผลิตขวด PET บรรจุน้ำอัดลมและนำเปล่าโดยเฉพาะที่ผลิตจาก พอลิเอทิลีน เทเรฟทาเลต หรือ พีอีที (polyethylene terephthalate, PET)
ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ได้จากการเอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)
รูปที่ 1 ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ได้จากการเอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)
ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ได้จากการขึ้นรูปแบบเป่ายืด (Injection stretch blow molding)
รูปที่ 2 ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ได้จากการขึ้นรูปแบบเป่ายืด (Injection stretch blow molding)
วิธีกระบวนการขึ้นรูปแบบเป่าใช้ใช้มาหลายร้อยปีแล้วโดยการเป่าแก้วที่ซึ่งท่อมีลักษณะกิ่งหลอมกิ่งแข็ง (semimolten) ถูกยืดระหว่างแม่พิมพ์ที่แยกส่วน 2 ข้างและถูกเป่าออกโดยอากาศที่ให้เข้าไปในแม่พิมพ์ พื้นผิวของแม่พิมพ์จะถูกทำให้เย็นลงเพื่อให้ผลิตภัณฑ์แข็งตัวเป็นรูปร่างขณะที่ให้ความดันอยู่ หลังจากนั้นแม่พิมพ์จะเปิดออกเพื่อให้ผลิตภัณฑ์ออกมา

ประวัติการพัฒนากระบวนการเป่าขึ้นรูปพลาสติก

ค.ศ. 1880 Celluloid Manufactore Company of New York ได้รับสิทธิบัตรใบแรกในการผลิต ท่อเซลลูโลสไนเตรตก่อนการให้ความร้อนแล้วเป่า (heat/blowing) ในเวลาต่อมา ท่อนี้ถูกเรียกว่า "parison"
ช่วงปีทศวรรษ 1920-1930 มีการพัฒนาที่สำคัญในการบวนการเป่าขึ้นรูปของเซลลูโลส-อะซีเตทที่อัดรีดได้ (extrudable cellulose acetate) เอทธิลเซลลูโลส (ethyl cellulose) พอลิสไตรีน (polystrene, PS) อะคริลิค (acrylic) และที่สำคัญคือ พอลีไวนิลคลอไรด์หรือพีวีซี (Polyvinylchloride, PVC) ที่ใช้เป็นขวดน้ำมันพืช
ปลายช่วงทศวรรษ 1930 มีการพัฒนาที่สำคัญเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการเป่าขึ้นรูปโดยการใช้การควบคุมอัตราการทำให้อ่อนตัวลงของ parison (controlled parison softening soft) และอุณหภูมิที่สัมพันฑ์กัน (related temperature profile)
ช่วงปี 1950 มีการใช้พลาสติกพอลีเอททีลีนหรือพีอี ชนิดความหนาแน่นต่ำหรือเรียกว่า LDPE ผลิตขวดพลาสติกที่บีบเวลาใช้ (squeeze bottle)
ช่วงปีทศวรรษ 1960 มีการใช้พอลีเอททีลีนชนิดความหนาแน่นสูงหรือเรียกว่า HDPE ผลิตขวดนมจากระบวนการเป่าขึ้นรูปแบบ เอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)
ช่วงปีทศวรรษ 1970 มีการใช้ การขึ้นรูปแบบเป่ายืด (stretch blow molding) ผลิตขวดบรรจุน้ำอัดลม
ในปัจจุบันเริ่มมีความพยายามนำพลาสติกที่มีความสามารถในการย่อยสลาย (biodegradable plastic) ได้มาผลิตเป็นขวดน้ำดื่ม เพื่อช่วยการแก้ปัญหาสภาวะโลกร้อน

เอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)

ในการเป่าขึ้นรูปแบบ เอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding) ท่อกลวงกิ่งหลอมกิ่งแข็ง ซึ่งถูกเรียกว่า "parison" จะขึ้นรูปโดยตรงจากเครื่องอัดรีด ซึ่งจะมีลักษณะร้อนและอ่อนตัว และตัวของแม่พิมพ์จะมี cavity กลวง (hollow cavity) ที่รูปร่างเดียวกับผลิตภัณฑ์พลาสติก จากนั้นจะมีการให้อากาศเข้าไปเป่า parison ในแม่พิมพ์ที่มี cavity กลวง โดยไม่มี male part หรือ "core pin" ที่จะต้องถูกดึงกลับจากบรรจุภัณฑ์หลังจากการเป่า

การฉีดเป่าขึ้นรูป (Injection blow molding)

ในการเป่าขึ้นรูปแบบ การฉีดเป่าขึ้นรูป (Injection blow molding)  เราจะเรียกท่อกลวงนั้นว่า preform จะขึ้นรูปด้วยเครื่องฉีด โดย injection blow molding จะต้องมี male "core pin" และ female mold ในการทำให้เกิดรูปร่างกลวงและพลาสติกจะถูกฉีดภายใต้ความดันที่สูง โดยมี male part หรือ "core pin" เป็นตัวช่วยรองรับ หลังจากนั้นก็จะถูกให้ความร้อนให้ถึงอุณหภูมิที่ใช้ในการเป่าขึ้นรูป (blowing temperature) แล้วขั้นตอนสุดท้าย male part หรือ "core pin" จะถูกดึงกลับหลังจากการเป่า
ในการเป่าขึ้นรูป (blow molding) นี้มีความคล้ายคลึงกันคือ ต้องใช้ความดันจากอากาศในการทำให้พลาสติกร้อนแผ่ออกติดผนังแม่พิมพ์ตัวเมียเพื่อให้เกิดเป็นรูปร่างตามนั้น ความสามารถในการทำชิ้นงานให้มีผนังบางมากโดยมีความเค้นต่ำมาก
ความแตกต่างสำหรับกระบวนการเป่าขึ้นรูปทั้งสองวิธีดูได้ตามตารางด่านล่าง

ข้อดีข้อเสียการขึ้นรูปแบบ เอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)

ข้อดี
ข้อเสีย
อัตราการผลิตสูง
มีเศษชิ้นงานเหลือมาก
ราคาเครื่องมือต่ำ
ต้องมีการนำเศษชิ้นงานเหลือ กลัมมาใช้ใหม่ (recycling of scrap)
มีผู้ผลิตให้เลือกจำนวนมาก
การควบคุมความหนาของผนังทำได้จำกัด (limited wall thickness control)

ข้อดีข้อเสียการขึ้นรูปแบบ การฉีดเป่าขึ้นรูป (Injection blow molding)

ข้อดี
ข้อเสีย
ไม่มีเศษชิ้นงานเหลือ
ราคาเครื่องมือสูง ขนาดผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจึงมักมีขนาดเล็ก
การควบคุมความหนาของผนังทำได้ดี
การตกแต่งทำได้ดี
ปริมาณการผลิตต่อปริมาตรต่ำ

วิธีการเป่าขึ้นรูปแบบเอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)

การจัดงางเครื่องมือที่เห็นกันทั่วไปจะมีลักษณะเป็นการอัดรีดในทิศทางลงล่าง (downwark extrusion) หลังจากพอลิเมอร์หลอมที่อุณหภูมิต่ำเพื่อรักษาความแข็งแรงที่สูงของพอลิเมอร์หลอม (high melt strength) เพื่อที่จะให้ท่อที่อัดรีด (extruded tube) สามารถรองรับตัวมันเอง ดังแสดงในรูปที่ 3
อธิบายขั้นตอนวิธีการเป่าขึ้นรูปแบบเอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)
รูปที่ 3 แสดงรูปเครื่องเอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)
parison ที่ออกจากกระบวนการเอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)
รูปที่ 4 แสดงรูป parison ที่ออกจากกระบวนการเอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)
จากรูปที่ 4 จะเห็นได้ว่า parison ที่ออกมาจากหัวอัดรีดนะมีลักษณะขุ่นขาว ทั้งนี้ เนื่องจากพอลิเมอร์ (พลาสติก) ที่ใช้ทั่วไปจะเป็นพอลิเมอร์กิ่งผลึก เช่น HDPE LDPE PP ซึ่งเกิดจากผลึกที่มีขนาดใหญ่พอที่จะขัดขวางทางเดินของแสง ดังนั้น ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ได้จากกระบวนการนี้ จึงมีลักษณะขุ่น
วิธีการขึ้นเป่าขึ้นรูปแบบ เอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding) แสดงในรูปที่ 5 กระบวนการอัดรีดอาจเป็นกระบวนการต่อเนื่องโดยการที่ parison จะถูกตัดและถูกย้ายต่อไปยังแม่พิมพ์หรือเมื่อแม่พพิมพ์มารับ parison ไป หรืออาจเป็นกระบวนการไม่ต่อเนื่องคือแม่พิมพ์อยู่ในตำแหน่งภายใต้จุดที่จะรีด parison ออกมาตลอดเวลา โดยกระบวนการที่ต่อเนื่องจะเป็นนิยมใช้กันทั่วไปมากกว่าเนื่องจากให้อัตราการผลิตที่สูงกว่า
วงจรการเป่าขวดวิธีการเป่าขึ้นรูปแบบเอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)
รูปที่ 5 แสดงวงจรการเป่าขวด โดยใช้วิธีการเป่าขึ้นรูปแบบเอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)
ในอุตสาหกกรมการผลิตพลาสติกด้วยการเป่ามีการเพิ่มอัตราการผลิตโดยการใช้เครื่องมือการเป่าแบบต่อเนื่อง ดังแสดงในรูปที่ 6
แสดงเครื่องมือที่ต่อเชื่อมกับเครืองเป่าขวดเพื่อเพิ่มอัตราการผลิต
รูปที่ 6 เครื่องมือการเป่าขวดแบบต่อเนื่อง
รูปร่างของผลิตภัณฑ์พลาสติกที่ได้จากกระบวนการ blow molding จะกำหนดโดยรูปร่างของแม่พิมพ์ที่ใช้ในขั้นตอนการเป่า ตัวอย่างแม่พิมพ์ในการเป่าขึ้นรูปแสดงในรูปที่ 7
แม่พิมพ์แกลลอนพลาสติกที่ใช้สำหรับการเป่าขึ้นรูป
รูปที่ 7 แม่พิมพ์แกลลอนพลาสติกที่ใช้สำหรับการเป่าขึ้นรูปแบบเอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding)
ข้อเสียที่สำคัญจากวิธีรขึ้นรูปด้วยเครื่องมือนี้มีอยู่ด้วยกัน 2 อย่าง
1. การห้อยย้อยของ (parison sag)
2. การบวมหรือพองตัว (die swell)
การห้อยย้อยของ parison จะเกิดจากการที่แรงโน้มถ่วงกระทำบนท่อกึ่งกลมกึ่งแข็งที่ถูกอัรีดออกมาซึ่งผลกระทบทั้ง 2 ประการนี้มักจะให้ผลตรงข้ามกัน แต่โดยรวมแล้วมันจะทำให้เกิด parison ซึ่งมีลักษณะผนังที่ก้นหนาและที่ปากจะบาง โดยตอนแรก parison จะเกิดการบวมตัวทำให้ผนังหนาขึ้นและในตอนต่อมาการที่น้ำหนักเพิ่มขึ้นจะทำให้ parison ยืดออกทำให้ผนังบางขึ้น
เครื่องมือที่ช่วยขจัดปัญหาทั้งสองนี้คือ parison variator หรือ programmable mandrel ซึ่งเคลื่อนที่ขึ้น-ลงได้สำหรับ parison programming ซึ่งจะเป็นส่วนประกอบใน Extruder head แสดงในรูปที่ 8
เครื่องมือที่ช่วยขจัดปัญหา การห้อยย้อย การบวมของ parison ในการเป่าขึ้นรูป
รูปที่ 8 Parison Variator
Mandrel และ die bushing ที่ใช้มี 2 ชนิดคือ
1. Divergent type
2. Convergent type
เพื่อกำหนดความหนาของชิ้นงานในการเป่า
รูปที่ 9 Convergent type
Divergent type จะใช้ในกรณ๊ที่ต้องการ parison ขนาดใหญ่
รูปที่ 10 Divergent type
การเลือกใช้ขึ้นกับขนาดของ parison ที่ต้องการ Convergent tooling จะควบคุมได้ง่ายที่สุด และใช้ได้ทั่วไป
Divergent จะใช้ในกรณ๊ที่ต้องการ parison ขนาดใหญ่ เนื่องจาก divergent จะทำให้ parison บานออกเมื่อถูกอัดรีด
ทั้ง Convergent และ divergent mandrel จะถูกติดเข้ากับ programming mandrel โดยตรง และจะถูกควบคุมให้ขึ้นลง เพื่อเปิด-ปิด ช่วงว่าง pin และ bushing เพราะฉะนั้นความหนาของผนังชิ้นงานจะสามารถปรับเพื่อให้มีวัสดุในปริมาณมากว่าที่จุดเฉพาะจุดของ parison สำหรับขวดที่ต้องการเป่าให้มีปริมาณวัสดุที่จุดใดจุดหนึ่งมากกว่า
การควบคุมปริมาณของวัสดุที่จุดแต่ละจุดนั้นเรียกว่า "Parison programming" ซึ่งจะควบคุมโดยทางอิเลกทรอนิกส์ผ่านระบบไมโครโพรเซสเซอร์ในปัจจุบัน สามารถควบคุมได้มากว่า 100 จุดในขวดที่มีความสูง 12 นิ้ว ทำให้มีการควบคุมที่แม่นยำสูงในเรื่องความหนาของขวดพลาสติกและช่วยลดปริมาณพลาสติกในขวดได้
ใน Extruder heads ทุกอันจะมีช่องให้อากาศผ่าน (air path) เพื่อให้อากาศถูกเป่าไปใน parison เมื่อถูกอัดรีดออกมา
อากาศที่ใช้สำหรับการเป่ามีหน้าที่ 3 อย่างได้แก่
1. ทำให้ parison ขยายติดกับผนังแม่พิมพ์
2. ทำให้เกิดความดันขึ้นบน parison ที่แผร่ขยายออกเพื่อให้เกิดรายละเอียดที่พื้นผิว
3. ช่วยในการหล่อเย็น parison
ระหว่างเฟสของการขยายตัวของการเป่า เราต้องใช้ปริมาณอากาศให้มากที่สุดที่จะทำได้เพื่อที่จะให้การขยายตัวของ parison ต่อผนังพิมพ์เสร็จสิ้นภายในเวลาน้อยที่สุด อัตราการไหลโดยปริมาตรสูงสุดของอากาศที่เข้าไปโดยมีความเร็วเชิงเส้นต่ำทำได้โดยการให้ปากทางที่อากาศเข้า (air inlet orifice) ใหญ่เท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งสำหรับการเป่าภายในคอขวดอาจทำได้ยาก
อัตราไหลโดยปริมาตรจะควบคุมโดยความดัน (line pressure) และ เส้นผ่าศูนย์กลางของปลายเปิด (orifice diameter)
ความเร็วเชิงเส้นจะควบคุมโดยวาล์วควบคุมการไหล (flow control valve) ซึ่งจะอยู่ใกล้กับปลายเปิด

วิธีปรับให้ได้ parison ที่เหมาะสมมี 2 วิธี คือ

1. การปรับ die bolt ดังรูปที่ 5 ทำให้มีผนังสม่ำเสมอ (uniform wall) รอบ parison และ ทำให้ได้ parison ตรง
2. การย้ายแมนเดรลขึ้น-ลง ทางตรง (verically) เป็นการปรับความหนาผนัง parison เป็นผลให้สามารถปรับน้ำหนักผลิตภัณฑ์
การปรับนี้ทำการหมุน mandrel adjusting nut หรือ การปรับลูกสูบไฮโดรลิก ซึ่งควบคุมโดย parison programmer
การปรับลูกสูบไฮโดรลิก ซึ่งควบคุมโดย parison programmer
รูปที่ 11 การปรับ die bolt
ถ้าพิจารณาถึงการตอบสนองของวัสดุระหว่างการอัดรีด จะพบว่าเมื่อ parison ถูกอัดรีดออกมาในทิศลงด้านล่างมันจะอยู่ภายใต้แรงดึงมากกว่าแรงเฉือน เวลาในในกระบวนการนี้จะอยู่ในช่วง 1-5 วินาที และ relaxation time ของพอลิเมอร์ส่วนใหญ่จะยาวนานกว่านี้ดังนั้นกระบวนการนี้โดยธรรมชาติแล้วจะเป็น elastic
โดยส่วนใหญ่ tensile elastic modulus จะมีค่าประมาณ 104 Nm-2 และ tensile stress จะมีค่าประมาร 103 - 104 ดังนั้นอาจมีการเปลี่ยนรูปร่าง (deformation) เกิดขึ้นได้มาก
อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงนี้ก็สามารถควบคุมได้โดย parison variator จะแสดงการจัดวางแบบเป่าจากด้านล่าง (boottom blow arrangement) โดย parison จะห้อยลงบน Blow pin (หรือที่เรียกว่า spigot หรือ blowing mandrel)
สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการคอขวดแบบ "flash-free" เช่น สำหรับฝาปิดเราอาจใช้การเป่า จากด้านบน (top blowing) แทน แต่วิธีนี้จะต้องใช้เวลาในการสอดใส่ pin เข้าไปแต่ไม่ว่าจะโดยวิธีใดก็ตามตรงก้นขวดก็จะก่อตัวเป็นรูปร่างโดยการ "Pinch-off" โดยแม่พิมพ์
ดังนั้นจะสังเกตุได้ว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกรรมวิธีนี้ทุกชิ้นจะมีลักษณะเป็นแผลที่ก้นซึ่งเกิดโดยรอยเชื่อมของการปิดแม่พิมพ์ (mold closure weld)
Pinch-off นี้มักจะเป็นปัญหาของการเป่า การใช้ใบมีดที่แหลมคมจะทำให้เกิดรอยเชื่อมประสานที่สวยงามแต่มันจะทำงานได้ดีเมื่อพิมพ์เคลื่อนที่ช้า เนื่องจากที่อัตราเร็วสูงการตอบสนองต่อส่วนยืดหยุ่นของพอลิเมอร์กึ่งหลอมจะสูง แต่ในการผลิตที่ดีต้องให้ได้อัตราการผลิตสูง ซึ่งจะต้องทำให้แม่พิมพ์ปิดเร็ว ทำให้มีดตัดได้ไม่คม และเป็นผลให้เกิดรอยเชื่อมประสานที่ไม่ดี
ในปัจจุบันมีการปรับปรุงเครื่องมือเพื่อให้เอาชนะปัญหาการเกิดรอยเชื่อมประสานนี้ เช่น โดยการเพิ่มปริมาณวัสดุเข้าไปในรอยเชื่อมประสานแต่ปัญหานี้ก็ยังไม่สามารถกำจัดให้หมดไปได้

ขั้นตอนการเป่า

ผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะกลวงดังที่กล่าวมาแล้วจะทำจาก parison โดยการขยายตัวของอากาศที่เป่าเข้าไป ซึ่งกระบวนการนี้จะคล้ายกระบวนการเป่าฟิล์ม (film blowing) และความสม่ำเสมอของความหนาของผลิตภัณฑ์ก็ขึ้นกับปัจจัยเหมือนๆ กัน โดยสิ่งที่สำคัญคือ การตอบสนองต่อส่วนยืดหยุ่น โดยเราจะใช้หลักการของ Deborah Number คือ
หาค่า N deb ใการเป่า
สำหรับกระบวนการซึ่งเป็นสภาวะยืดหยุ่น โดยส่วนใหญ่และทำให้เสถียร (stabilize) โดย tension stiffening
Ndeb
ควรมีค่ามากกว่า 1 ซึ่งจะทำให้สำเร็จดังนี้
1. ที่อุณหภูมิต่ำ relaxation time ควรจะยาวนานขึ้น
2. ลด process time scale เช่น การเป่าอย่างรวดเร็ว
ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้การเป่าอย่างเร็ว แต่อย่างไรก็ตามการเป่าเร็วเกินไปจะทำให้เกิดการแตก (Rupture) ขึ้นได้ถ้าเกิดค่า tensile strength ของ parison นั้น ซึ่งจะสามารถคำนวณได้จากตัวอย่างข้าล่างนี้ หรือ อากาศที่จับตัวอยู่ระหว่างผิวของแม่พิมพ์และชิ้นงานอาจจะทำให้เกิดตำหนิบนผลิตภัณฑ์พลาสติกได้
ในกระบวนการผลิตทั่วไปเราจะต้องใช้วิธีที่เหมาะสมเพื่อให้ได้ผลที่ดี ซึ่งโดยทั่วไปเราสามารถหาค่าความหนาของผนังของขวดพลาสติกได้ไม่ยากถ้าทราบขนาดของหัวฉีดและปริมาณการเกิดการบวมตัว ดังตัวอย่างที่ 12 รวมทั้งสามารถหาความดันในการเป่า (blowing pressure) ที่สูงสุดที่จะใช้ในการเป่าโดยไม่ทำให้ขวดพลาสติกแตกได้
ความหนาของผนังของชิ้นงานเป่า blow molding
รูปที่ 12 ความหนาของผนังของชิ้นงานเป่า blow molding
จากรูปที่ 13 จะเห็นภาพหน้าตัวขวางของ parison ที่ออกจากหัวฉีดรูปทรงกระบอก (tubular die) ซึ่งจะถูกเป่าให้เป็นขวดพลาสติกโดย
Dd = เส้นผ่าศูนย์กลางของหัวฉีด (die diameter)
Dp = เส้นผ่าศูนย์กลางของ parison (parison deameter)
Dm =  เส้นผ่าศูนย์กลางของแม่พิมพ์ (mold diameter)
hd = ความกว้างของหัวฉีด (die emulous width)
hm = ความหนาของผนังชิ้นงาน (moulding wall thickness)
ในการหาค่า hเราจะได้ว่า
สูตรหาความหนาของผนังชิ้นงานในงานเป่าพลาสติก
เพราะฉะนั้นถ้าทราบขนาดของหัวฉีด เส้นผ่าศูนย์กลางแม่พิมพ์ และ อัตราการบวมตัวของเส้นผ่าศูนย์กลางของ parison เราก็สามารถหาค่าความหนาของผนังผลิตภัณฑ์ได้ ซึ่ง Bp สามารถหาได้จากการวัดโดยตรงจาก Bt โดย
สูตรหาค่าหาค่าความหนาของผนังผลิตภัณฑ์ในงานเป่า
การบวมตัวของความหนาของผนังขวดสามารถหาได้ง่ายจากการวัด
ตัวอย่างการคำนวน
หาความหนาของผนังของภาชนะที่ได้จากการเป่าซึ่งทำโดยการใช้หัวฉีดที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางภายใน (inner diameter) เท่ากับ 40 mm. และ เส้นผ่าศูนย์กลางภายนอก (outer diameter) เท่ากับ 44 mm. ถ้ามีค่าอัตราการบวมตัวของความหนาของผนัง parison เท่ากับ 2.3 และ แม่พิมพ์ของบรรจุภัณฑ์นี้มีเส้นผ่าศูนย์กลางเท่ากับ 100 mm.
วิธีคำนวณ
ตัวอย่างการคำนวนความนาของชิ้นงานเป่า
เราสามารถหาค่าความดันสูงสุด (maximum pressure) ที่จะเป็นไปได้ในการหลีกเลี่ยงการฉีกขาดของ parison โดยใช้ข้อมูลดังต่อไปนี้
ค่าความทนต่อแรงดึง (Tensile strength) ของ parison กิ่งหลอม = 107 Nm-2
สูตรบาร์โล (Barlow formula) ซึ่งจะสัมพันธ์กับความเค้นฮูป (hoop stress) ขนาด (dimension) และ ความดันภายใน (internal pressure) ของท่อจะเขียนได้ว่า
สูตรบาร์โล (Barlow formula) หาค่าความดันภายในของ parison
ค่าความเค้นสูงสุดที่จะเป็นไปได้ในการหลีกเลี่ยงการฉีกขาดของ parison คือ ค่าความทนต่อแรงดึง ของวัสดุซึ่งมีค่าเท่ากับ 107 Nm-2 หรือ 10 MPa
ดังนั้น ค่าความดันสูงสุด (P) จะมีค่าดังนี้
สูตรหาค่าความดันสูงสุดเพื่อหลีกเลี่ยงการฉีกขาดของ parison

สมบัติของผลิตภัณฑ์

ผลกระทบของการมีสัมประสิทธิ์ของการแผ่ขยายตัวทางความร้อน (coefficients of thermal expansion) ของพอลิเมอร์ที่สูงคือการมีความหดตัวที่สูงขึ้นเมื่อชิ้นงานเย็นตัวลงและผลกระทบนี้จะเพิ่มปริมาณขึ้นเมื่อชิ้นงานพอลิเมอร์กึ่งผลึกเพราะจะเกิดการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นเมื่อชิ้นงานนั้นเกิดการตกผลึก
ถ้าพิจารณาทางเศรษศาสตร์คือความต้องการวงจรการทำงาน (Cycle time) ที่สั้นนั่นก็คือการนำชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ด้วยเวลาที่เร็วที่สุดและอุณหภูมิสูงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่การกระทำดังกล่าวจะทำให้เกิดการหดตัวต่อไปในชิ้นงาน ในทางกลับกัน การมีเวลาในแม่พิมพ์นานขึ้นจะทำให้ชิ้นงานเย็นตัวลงอย่างสมบูรณ์มากขึ้นและอาจจะให้พื้นผิวและรูปร่างผลิตภัณฑ์ดีขึ้นแต่ก็จะทำให้ราคาต้นทุนการผลิตสูง
ลักษณะพื้นผิวที่ดีสุดมักจะเป็นผิวมัน (glossy finish) ซึ่งจะได้จากพื้นผิวแม่พิมพ์ที่ค่อนข้างขลุเล็กน้อย โดยลักษณะภายในของแม่พิมพ์จะเป็นคล้ายทราย (sand blasted surface) ดังนั้นพื้นผิวจริงของแม่พิมพ์จึงไม่ใช่พื้นผิวผลิตภัณฑ์ ความมันจะมาจากการอัดรีดเดิมซึ่งขยายด้วยอากาศถ้าต้องการให้ผิวผลิตภัณฑ์ขรุขระในบางกรณ๊อาจใช้การให้ความร้อนที่ผิวแม่พิมพ์เป็นเวลาหนึ่งเพื่อให้พอลิเมอร์ไหลก่อนที่จะแข็งตัว
สมบัติที่สำคัญในขวดพลาสติกที่เป่าจะขึ้นกับความแข็ง (stiffness) ของผนังโดยความแข็งนี้จะขึ้นกับความหนาของผนัง
ความแข็งของส่วนประกอบใดๆ จะสัมพันฑ์กับความหนาโดยกฏยกกำลังสาม (cube law) และยังขึ้นกับค่า flexural modulus ของวัสดุ ซึ่งสำหรับพอลิเมอร์ ค่านี้จะมีความสัมพันธ์กับปริมาณผลึก โดยเมื่อความหนาแน่นของพอลิเมอร์เพิ่มขึ้น ปริมาณผลึกก็จะเพิ่มขึ้น
ค่าความแข็งและความหนาแน่นของขวดที่ทำจากพอลีเอทธีลีนจะเปลี่ยนไปไม่เฉพาะระหว่างพอลิเอทธีลีนแต่ละเกรดแต่ยังภายใน batch ถ้าปัจจัยที่ใช้ในการขึ้นรูป (processing conditions) ไม่คงที่
ขวดพลาสติกซึ่งเอาออกมาจากแม่พิมพ์ที่อุ่นและใช้อากาศเป่าให้เย็นก่อนการบรรจุกล่องจะแข็งแรงน้อยกว่าขวดซึ่งบรรจุลงกล่องขณะที่ยังอุ่นอยู่ แต่ก็ยังแข็งกว่าขวดซึ่งทำให้เย็นลงในแม่พิมพ์เลย โดยเฉพาะถ้าใช้น้ำหล่อในแม่พิมพ์ให้เย็น เหตุผลนั้นคือการทำให้เย็นตัวลงอย่างช้าๆ จะทำให้ผลึกเกิดขึ้นมากกว่าเดิมและได้ผลึกขนาดใหญ่
การนำผลิตภัณฑ์ออกจากแม่พิมพ์และการบรรจุผลิตภัณฑ์ลงในหีบห่อในขณะที่ค่อนข้างอุ่นอาจเป็นวิธีการที่ประหยัดดีที่สุดไม่เพียงแต่วงจรการผลิตจะสั้นเท่านั้นแต่ยังสามารถผลิตขวดที่บางกว่าได้โดยได้ความแข็งแรงตามที่กำหนด
ในทางเดียวกัน บางครั้งเรายังสามารถขึ้นรูปขวดได้โดยใช้ HDPE ซึ่งถึงแม้จะมีราคาแพงกว่า LDPE เพราะมีปริมาณผลึกที่มากกว่าและทให้ผลิตขวดที่บางกว่าได้โดยได้ความแข็งที่ต้องการ
ตอน  1  2 
โรงงานพลาสติก L.A PLastic
129/20 หมู่4 ซ.เพชรเกษม99 แยก 5
ต.อ้อมน้อย อ. กระทุ่มแบน
จ.สมุทรสาคร 74130 ประเทศไทย

TEL: 081-903-4147

Email: la2plastic@gmail.com
line qr come ติดต่อโรงงานผลิตพลาสติก
LINE ID: @laplastic
Copyright ฉ 2008 by "L.A PLASTIC"  •  All Rights reserved www.laplastic.biz Tel: 081-9034147