กระบวนการเป่าขึ้นรูป (Blow Molding) ตอนที่ 2

วิธีและขั้นตอนกระบวนการเป่าขึ้นรูปพลาสติก (Blow Molding Process)
ตอน  1  2 

การฉีดเป่าขึ้นรูป (Injection blow molding)

การฉีดเป่าขึ้นรูป (Injection blow molding) และ การขึ้นรูปแบบเป่ายืด (Injection stretch blow molding)

หลักพื้นฐานในการฉีดเป่าขึ้นรูป (Injection blow molding)

Injection blow molding กลายเป็นกระบวนการขึ้นรูปที่สำคัญในระยะหลังจนกระทั่งถึงปัจจุบันด้วยเป็น "วิธีการขึ้นรูปขวดพลาสติก PET" ที่ใช้ในการผลิตขวดน้ำ ขวดน้ำอัดลม สิ่งที่แตกต่างจาก เอกซ์ทรูดเป่าขึ้นรูป (Extrusion blow molding) ที่กล่าวมาในหน้าแรกคือ การใช้ preform ซึ่งขึ้นรูปโดยการฉีดขึ้นรูป (injection molding) แทนการใช้ parison ซึ่งได้จากการอัดรีดโดยตรง พรีฟอร์ม (preform) จะถูกขึ้นรูปในแม่พิมพ์ที่เย็นมาก เพื่อป้องกันไม่ให้พอลิเมอร์สามารถตกผลึกได้ทันจึงทำให้พรีฟอร์ม (preform) มีสถานะเป็น amorphous และมีลักษณะใส หลังจากขึ้นรูป พรีฟอร์ม (preform) ด้วยกระบวนการฉีดแล้ว จึงนำพรีฟอร์ม (preform) ไปอบให้ความร้อนแล้วนำไปเข้าแม่พิมพ์เป่่าเป็นบรรจุภัณฑ์
วิธีและขั้นตอนพื้นฐานในการฉีดเป่าขึ้นรูป (Injection blow molding)
รูปที่ 1 วิธีทำการงานของการฉีดเป่าขึ้นรูป (Injection blow molding)

วิธีและขั้นตอนการขึ้นรูปแบบเป่ายืด (Injection stretch blow molding)

ในปัจจุบัน การฉีดเป่าขึ้นรูป (Injection blow molding) มีบทบาทสำคัญและจะกล่าวถึงต่อไปนี้จะเป็นการขึ้นรูปแบบเป่ายืด (Injection stretch blow molding) ซึ่งจะเพิ่มกระบวนการยืด (stretch) พร้อมการเป่า
โดยทั่วไปจะใช้สารหล่อเย็นที่มีอุณหภูมิต่ำเพื่อทำให้ preform เย็นลงอย่างรวดเร็ว (quench) ให้อยู่ในสถานะอสัณฐาน จากนั้น preform จะถูกให้ความร้อน (reheat) อีกครั้งให้เกิน Tg และจากนั้นจะถูกยืดและเป่า (stretch blow)
Stretch blowing จะทำโดยการผลัก blow pin เข้าไปเพื่อให้ preform ยืดลงไปพร้อมกับเป่าให้ได้การขยายตัวในแนวรัศมี (radial expansion) กระบวนการนี้จึงถือได้ว่าเป็ฯการจัดเรียงตัว 2 ทิศทาง (biaxial orientation)
วิธีทำการงานของการเป่ายืด (Injection stretch blow molding)
รูปที่ 2 วิธีทำการงานของการเป่ายืด (Injection stretch blow molding)
ลักษณะการยืดพร้อมเป่าในงานพลาสติกเพื่อผลิตขวด pet
รูปที่ 3 ลักษณะการยืดพร้อมเป่าในกระบวนการขึ้นรูปแบบเป่ายืด (Injection stretch blow molding)
แสดงกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกแบบเป่ายืด (Injection stretch blow molding)
รูปที่ 4 แสดงกระบวนการขึ้นรูปแบบเป่ายืด (Injection stretch blow molding)
ดังที่ได้กล่าวมาแล้วในข้างต้นว่า preform จะเตรียมได้จากกระบวนการฉีด สิ่งที่สำคัญในการฉีด preform คือควบคุมไม่ให้เกิดผลึกในระหว่างกระบวนการฉีด เพื่อให้ preform มีความใสเมื่อนำไปยืดและเป่า ขวดที่ได้จะยังคงมีความใส ถ้า preform เกิดผลึกในขั้นตอนการฉีด จะสามารถสังเกตเห็นความขุ่นของ preform โดยเฉพาะที่บริเวณก้นที่เป็นตำแหน่งของ gate ซึ่งนับเป็นจุดที่ร้อนที่สุดของ preform เพราะเป็นปากทางที่พอลิเมอร์หลอมฉีดเข้ามาในแม่พิมพ์ ภาพแสดงรูปแบบและขนาดต่างๆของ preform แสดงในรูปที่ 5
รูปแบบและขนาดต่างๆของ พรีฟอร์ม (preform)
รูปที่ 5 แสดงรูปแบบและขนาดต่างๆของ พรีฟอร์ม (preform)
ในการผลิต พรีฟอร์ม (preform) นิยมใช้แม่พิมพ์ที่มีจำนวน cavity มาก ซึ่งอาจสูงถึง 96 cavity เพื่อให้การฉีดครั้งหนึ่งได้ปริมาณการผลิตสูง ภาพแสดงแม่พิมพ์ที่ใช้ในการผลิต พรีฟอร์ม (preform) แสดงดังรูปที่ 6 ด้านซ้ายจะมีแกนยื่นออกมาที่เรียกว่า core pin เมื่อประกบ plate ทั้งซ้ายและขวาเนื้อที่ว่างที่เหลือคือบริเวณที่พอลิเมอร์หลอมจะถูกฉีดเข้ามาทำให้เกิดรูปร่างของ พรีฟอร์ม (preform)
รูปแม่พิมพ์ 72 cavity ที่ใช้ในการผลิตพรีฟอร์ม (preform)
รูปที่ 6 แสดงรูปแม่พิมพ์ 72 cavity ที่ใช้ในการผลิตพรีฟอร์ม (preform)
พอลิเมอร์ที่สำคัญที่ใช้กันมากที่สุดในการขึ้นรูปแบบเป่ายืด (injection stretch blow molding) คือ พีอีที (PET) โดยใช้การผลิตขวดบรรจุน้ำดื่ม น้ำอัดลม ซึ่งเข้ามาแทนที่ขวดที่ด้วยแก้วเนื่องจากขวดแก้วจะมีน้ำหนักมากและแตกง่าย
สิ่งที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งคือ อิทธิพลของวิกฤติการณ์น้ำมันราคาแพงจะส่งผลต่อการผลิตแก้วและอะลูมิเนียม เนื่องจากพลังงานที่ใช้ในการผลิตวัสดุทั้งสองจะราคาแพงกว่าพลาสติกเนื่องจากในการผลิตแก้วจะต้องใช้อุณหภูมิสูงมาก พอลิเมอร์ที่นำมาใช้ในการทำขวดพลาสติก เช่น พีวีซี แซน (Styrene-Acrylonitride, SAN) และ พีอีที (PET) และนอกจากนั้นยังมีการใช้ พีวีซีสำหรับบรรจุภัณฑ์ที่ต้องการลดการแพร่ผ่านของอากาศ

ข้อจำกัดของขวดพลาสติกเพ็ท (PET) ใหม่

สิ่งที่ต้องการในขวดใหม่มาจากสิ่งที่บรรจุอยู่ในขวดเช่น โค้ก ซึ่งเป็นสารที่มีคาร์บอนไดออกไซด์ สูงถึง 4 ต่อ 1 ของปริมาตรของเหลวที่บรรจุความดันที่บริเวณหัวอาจเกิน 5 atm ในอุณหภูมิสูง เข่น ภายในรถ สิ่งที่ต้องการหลักเพื่อที่สะให้สามารถรับความดันนี้ได้ ได้แก่
1. ต้องไม่สูญเสียก๊าซ
2. ไม่แตก
3. ไม่เปลี่ยนรูปร่าง
โดยการทดสอบที่ตรวจสอบหลังจากเก็บไว้ 120 วัน ที่ 23 องศาเซลเซียส ควรพบว่า
1. มีการสูญเสีย CO2 น้อยกว่า 15%
2. รสชาติไม่เปลี่ยน
3. ไม่มีการเปลี่ยนรูปร่าง
4. ปริมาณของเหลวในขวดไม่ลดลง
5. ขวดที่บรรจุน้ำอัดลมเต็มควรตกไม่แตกในระยะความสูง 2เมตร

เกณฑ์การผลิตขวดพลาสติกเพ็ท (PET)

ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ขวดผลิตได้โดยการเป่า พรีฟอร์ม (preform) ที่ได้มาจากการขึ้นรูปแบบฉีดหลังจากการให้ความอีกครั้งระหว่างการฉีด ความเร็วในการฉีดจะถูกจำกัดโดยการควบคุมความดันที่ใช้ในการฉีดเพื่อป้องกันการเกิดผลึก spherulite ในพอลิเมอร์โดยการเกิดผลึก spherulite ในพอลิเมอร์โดยการเกิดผลึกจากการเหนี่ยวนำจากแรงเฉือนซึ่งผลึก spherulite ที่เกิดขึ้นจะทำให้เกิดความขุ่นมัวขึ้นในขวดซึ่งไม่เป็นที่ยอมรับ
สิ่งสำคัญอีกประการ คือ การควบคุมอุณหภูมิพอลิเมอร์หลอมในเครื่องฉีดเพื่อทำให้แน่ใจได้ว่าบริเวณที่เป็นผลึก (Crystaline domain) ได้หลอมละลายหมดแล้ว แต่ก็ต้องหลีกเลี่ยงการเกิดอะซี-ตอลดีไฮด์ (acetaldehyde) จากกระบวนการเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์ที่อุณหภูมิสูง นั้นอุณหภูมิที่เหมาะสมจะอยู่ประมาณ 250 องศาเซ็ลเซียส อะซีตอลดีไฮด์ไฮด์จะทำให้รสชาติของน้ำที่บรรจุอยู่ในขวดเสียไปที่ความเข้มข้นต่ำมากๆ
ความหนาของ พรีฟอร์ม (preform) จะจำกัดอยู่ที่ 4.2 mm. โดยอัตราการหล่อเย็นในเครื่องฉีด (cooling rate) และอัตราการให้ความร้อนอีกครั้ง (reheat rate) ก่อนการเป่า
จากนั้น พรีฟอร์ม (preform) จะถูกทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อให้คงสถานะอสันฐาน กระบวนการให้ความร้อนอีกครั้งมักทำโดยการใช้เครื่องให้กำเนิดความร้อนอินฟาเรดที่อุณหภูมิเกิน Tg (ประมาณ 95 องศาเซ็ลเซียส และ stretch-blow ratio จะประมาณ 3.5x3.5 หรือประมาณ 10 เท่า โดยส่วนรวม ซึ่งจะให้ค่าความหนาของผนังเท่ากับ 0.4 mm.

ทำไมจึงต้องเลือกใช้ เพ็ท (PET) และเลือกการขึ้นรูปแบบเป่ายืด (Injection stretch blow molding)

ปัญหาที่เกิดขึ้นกับพอลิเมอร์ที่จะเลือกมาบรรจุน้ำอัดลมนั่นคือ ความสามารถในการรักษาความดันจากคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งสิ่งนี้จะขึ้นกับความสามารถในการยอมให้เกิดก๊าซเข้าออก (gas permeability) ของพอลิเมอร์ ซึ่งพีอีที (PET) ถือได้ว่าเป็นพวกที่ไม่ยอมให้ก๊าซผ่านเข้าออก (impermeable) ดังแสดงในตารางที่ 1
ตารางที่ 1 Relative permeability to gases ของโพลิเมอร์ชนิดต่างๆ
พอลิเมอร์ (พลาสติก)
ค่าความซึมซาบสัมพัทธ์ (Relative permeability)
PET
1
PVC
2
HDPE
52
PP (orientated)
57
LDPE
114
แต่อย่างไรก็ตาม การใช้งานพอลิเมอร์ที่เป็นผลึกทั้งหลายเช่น พีอีที (PET) จะต้องพิจารณาถึงโครงสร้างของผลึก
พีอีที (PET) เป็นตัวอย่างหนึ่งของพอลิเมอร์ที่ปริมาณผลึกของมันสามารถควบคุมได้ด้วยกระบวนการตกผลึก คล้ายกับในพีวีซี (PVC) แต่ถ้าเป็น อะซีตอล หรือ ไหลอน ซึ่งตกผลึกรวดเร็วในเวลาเดียกันจะไม่สามารถนำมาขึ้นรูปโดยวิธีนี้ได้
ถ้าเราเริ่มต้นหลอมพีอีที (PET) ที่ช่วงอุณหภูมิ 250-280 องศาเซลเซียส และทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว เราจะได้ของแข็งสันฐาน ซึ่งมี Tg ประมาณ 80 องศาเซลเซียส และจะอ่อนตัวที่เหนืออุณหภูมินี้
ถ้าพอลิเมอร์หลอมนี้ ถูกทำให้เย็นตัวลงช้าๆ จะเกิดผลึก spherulite ขนาดใหญ่ ให้วัสดุ ซึ่งมีความแข็งและทึบแสงโดยมีจุดหลอมของผลึก (crystalline melting point) ที่ 265 องศาเซลเซียส
ถ้าของแข็งสัณฐานนี้ถูกให้ความร้อนอีกครั้งที่อุณหภูมิเกิน Tg (95-100 องศาเซลเซียส) และถูกยืดออกจะเกิดผลึกที่เกิดจากการเหนี่ยวนำจากแรงเฉือน (stress-induced crystal) ขึ้น ซึ่งผลึกเหล่านี้จะมีขนาดเล็กและผลิตภัณพ์ที่ได้ก็จะโปร่งใส วัตถุนี้จะมีความเหนียวแข็งกว่าสสารในรูปที่เป็นอสันฐาน
ถ้าชิ้นงานที่มีผลึกที่จัดเรียงตัวอย่างเป็นระเบียบนี้ถูกให้ความร้อนต่อไปถึง 150 องศาเซลเซียส ปริมาณผลึกจะเพิ่มขึ้นและสมบัติทางกายภาพก็จะดีขึ้นด้วย นอกจากนี้ความทนต่ออุณหภูมิก็จะดีขึ้นด้วยกระบวนการที่กล่าวมานี้เรียกว่า heat setting stage ซึ่งใช้ในการผลิตไฟเบอร์และฟิล์ม
ระยะต่างๆ ของการผลิตพีอีที (PET) แสดงในตารางที่ 2
ตารางที่ 2 ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงปริมาณผลึกในพีอีที (PET)
ตารางที่แสดงผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงปริมาณผลึกในพีอีที (PET)
ขวดพลาสติกที่ไม่ได้ผ่านกระบวนการ Heat set จะมีความเสถียรที่อุณหภูมิไม่เกิน 60 องศาเซลเซียส สำหรับ heat set film จะใช้สำหรับบรรจุอาหารพวก boil-in-the-bag ซึ่งจะเสถียรถึง อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส
สิ่งที่สำคัญที่เราต้องตระหนักไว้คือ พอลิเมอร์ที่ตกผลึก เช่น พีอีที (PET) และ พีพี (PP) เมื่อจะใช้ในกระบวนการเป่ายืด Stetch-blow จะต้องทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้ของแข็งสันฐานก่อนที่จะนำไปให้ความร้อนที่อุณหภูมิเกิน Tg เพื่อให้เกิดการตกผลึกโดยการเหนี่ยวนำจากแรงเฉือน แต่พวกพอลิเมอร์ที่ไม่สามารถตกผลึกได้ ก็อาจผลิตได้โดยกระบวนการเป่ายืด (stretch-blow) ซึ่งการจัดเรียงตัวในทิศทางเดียวของสายโซ่พอลิเมอร์ก็อาจมีส่วนช่วยปรับปรุงสมบัติได้ แต่พอลิเมอร์เหล่านี้ก็จะขึ้นรูปจากการทำให้พอลิเมอร์หลอมเย็น
ถ้าใช้วิธีการเดียวกันนี้กับพีอีที (PET) เช่น ทำให้เย็นลงไปถึง 160 องศาเซลเซียส ก็จะเกิด spherulitic nuclei ขึ้นระหว่างการหล่อเย็นและการพยายามทำการเป่ายืด (stretch-blow) ก็ไม่สามารถทำให้เกิดสมบัติที่ดีขึ้นได้ และขนาดของ spherulite ที่ใหญ่ก็ยังทำให้ผลิตภัณฑ์ทึบแสงอีกด้วย

พีอีที (PET) กับอนาคตของขวดบรรจุน้ำอัดลม

เนื่องจากความตื่นตัวในด้านการลดสภาวะโลกร้อนโดยการออกกฏหมายควบคุมการใช้ปริมาณพลาสติกที่ย่อยสลายไม่ได้ทำให้บริษัทผู้ผลิตขวดบรรจุน้ำอัดลมที่ใช้พีอีที (PET) ซึ่งเป็นพอลิเมอร์ ที่ได้จากการสังเคราะห์จากอุตสาหกรรมปิโตรเคมีเป็นวัตถุดิบ เริ่มใช้พลาสติกที่ได้จากธรรมชาติ โดยบริษัท PepsiCO ประกาศจะใช้ขวดบรรจุน้ำอัดลมที่ผลิตจากพลาสติกที่ได้จากพืชธรรมชาติ 100% แทนที่ขวดที่ทำจาก พีอีที (PET) ซึ่งเริ่มการใช้ตั้งแต่ปี ค.ศ. 2012
ขวดบรรจุภัณฑ์น้ำอัดลมที่ผลิตจากพืชที่ย่อยสลายได้ 100%
รูปที่ 5 ขวดบรรจุภัณฑ์น้ำอัดลมที่ผลิตจากพืช 100%
อนาคตของพลาสติกชีวภาพที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์กำลังเป็นที่จับตามอง โดยปริมาณพลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่ใช้ในวงการบรรจุภัณก็อาจเป็นที่ต้องการของตลาดเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ
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 © 2008 by "L.A PLASTIC"  •  All Rights reserved www.laplastic.biz Tel: 081-9034147