المواد والمعايير الهيكلية لبرغي وأسطوانة آلة نفخ الأغشية
يُعدّ لولب آلة بثق الأغشية المنفوخة المكوّن الأساسي لنظام البثق، ويؤثر هيكله بشكل مباشر على جودة التلدين، واستقرار عملية البثق، وتجانس الفيلم. يستخدم لولب آلة بثق الأغشية المنفوخة النموذجية تصميمًا أحادي اللولب، مُقسّمًا إلى ثلاث مناطق وظيفية: منطقة التغذية، ومنطقة الضغط، ومنطقة التجانس. تعمل هذه المناطق الثلاث معًا لتحقيق نقل المواد الصلبة، وتلدين المصهور، ومعادلة الضغط.
منطقة التغذية: تقع هذه المنطقة في مقدمة البرغي، وتتميز بقناة لولبية عميقة نسبيًا. وتتمثل وظيفتها الرئيسية في نقل حبيبات البلاستيك بثبات. وتتميز هذه المنطقة بتباعد لولبي كبير نسبيًا لضمان دخول المواد بسلاسة ومنع التكتل أو الانسداد.
منطقة الضغط: يتناقص عمق قناة البرغي تدريجيًا، وتنصهر حبيبات البلاستيك تدريجيًا بفعل الضغط الميكانيكي والتسخين الخارجي. تُعد هذه المنطقة حاسمة لانتقال الطور من الحالة الصلبة إلى السائلة؛ لذا يجب تصميم نسبة الضغط لتتوافق مع خصائص المادة (مثل البولي إيثيلين منخفض الكثافة، والبولي إيثيلين عالي الكثافة، والبولي بروبيلين)، وعادةً ما تتراوح بين 2.5:1 و3.5:1.
منطقة التجانس: يتميز هذا الجزء بأقل عمق وأكثر ثباتًا لقناة اللولب، مما يساهم في توحيد درجة حرارة وضغط المادة المنصهرة لضمان عملية بثق مستقرة. كما يتميز هذا الجزء بانخفاض قوة القص، مما يمنع ارتفاع درجة الحرارة والتلف، وهو أمر بالغ الأهمية لضمان تجانس سماكة الفيلم.
تستخدم آلات بثق الأغشية الرقيقة الحديثة عالية الأداء عادةً تصميمًا لولبيًا منقسمًا (مثل نوع BM أو Barr)، حيث تُضاف أضلاع لولبية في قسم الضغط لعزل طبقة المادة الصلبة عن طبقة المادة المنصهرة، مما يُحسّن كفاءة التلدين ويُقلل من تقلبات درجة حرارة المادة المنصهرة. كما تُجهّز بعض الآلات بعناصر خلط (مثل دبابيس أو كتل حاجز) لتعزيز تجانس خلط المادة المنصهرة، وهو ما يُناسب بشكل خاص عملية البثق المشترك متعدد الطبقات أو إضافة الخلطات الرئيسية. علاوة على ذلك، ولملاءمة المواد القابلة للتحلل الحيوي (مثل PBAT وPLA)، تستخدم بعض اللوالب تقنية رش السبائك عالية السرعة وتصميمات الحلقات المبردة بالماء، مما يُحسّن مقاومة التآكل ودقة التحكم في درجة الحرارة.
تتراوح نسبة طول البرغي إلى قطره (L/D) عادةً بين 20:1 و30:1. تسمح النسبة الأعلى بتشكيل طبقة أكثر صلابة، مما ينتج عنه سطح أكثر نعومة. يُصنع البرغي عادةً من فولاذ سبيكي عالي الصلابة ومقاوم للتآكل، ويتم تشكيله بدقة ومعالجة سطحه، مما يوفر عمرًا تشغيليًا أطول بمرتين إلى ثلاث مرات من البراغي التقليدية المعالجة بالنتردة.
المواد المستخدمة في البرغي والأسطوانة تُختار مكونات آلة نفخ الأغشية بشكل أساسي بناءً على المواد الخام المستخدمة، وبيئة التشغيل، ومتطلبات العمر الافتراضي. يمكن تصنيف المواد الشائعة إلى ثلاثة أنواع: سبائك فولاذية عالية الجودة، ومواد مركبة ثنائية المعدن، وسبائك هندسية خاصة. ومن بين هذه الأنواع، تُعد سبيكة الفولاذ 38CrMoAlA الخيار الأكثر شيوعًا في السوق حاليًا.
- المادة الأساسية: فولاذ سبيكة 38CrMoAlA (فولاذ معالج بالنتردة)
يُعدّ هذا النوع من المواد الأكثر استخدامًا في صناعة براغي وأسطوانات آلات نفخ الأغشية، وهو مناسب بشكل خاص لمعالجة أنواع البلاستيك التقليدية مثل البولي إيثيلين، والبولي بروبيلين، والبولي إيثيلين منخفض الكثافة، والبولي إيثيلين عالي الكثافة، والبولي إيثيلين الخطي منخفض الكثافة. بعد معالجة النتردة، تصل صلابة سطح هذه المادة إلى 950-1050 HV، بعمق طبقة نتردة يتراوح بين 0.5 و0.8 مم. تتميز هذه المادة بمقاومة عالية للتآكل والصدأ، بالإضافة إلى متانة جيدة، مما يضمن عمرًا تشغيليًا طويلًا وتكاليف صيانة منخفضة.
المزايا: فعالية عالية من حيث التكلفة، معالجة مستقرة، مناسبة لإنتاج الأفلام بشكل عام.
التطبيقات النموذجية: آلات نفخ الأغشية للأكياس الكبيرة، وخطوط إنتاج أغشية تغليف المواد الغذائية.
- مواد عالية الأداء: بنية مركبة ثنائية المعدن (SACM645، SKD61، إلخ). تُعد البراغي ثنائية المعدن الخيار الأمثل للمواد الخام شديدة الكشط والتآكل (مثل تلك التي تحتوي على أكثر من 30% من كربونات الكالسيوم، أو الألياف الزجاجية، أو البولي فينيل كلوريد، أو البلاستيك الهندسي، أو المواد المعاد تدويرها). تتكون بنيتها من طبقة خارجية من سبيكة مقاومة للتآكل وطبقة داخلية متينة، مما يحقق ترابطًا على المستوى الجزيئي من خلال التكليس بدرجة حرارة عالية. يمكن أن يصل عمرها الافتراضي إلى ضعفين أو ثلاثة أضعاف عمر الفولاذ المُنترد العادي، وفي الحالات القصوى، يصل إلى 35 ضعفًا.
طبقات السبائك الشائعة: سبائك أساسها النيكل، كربيد التنجستن، الفولاذ المقاوم للصدأ 9Cr18Mov
المواد الأساسية: SACM645، SKD61، 8407-XW1 الألماني، وأنواع أخرى من الفولاذ المقسى بالكامل.
المزايا: مقاومة عالية للتآكل، مناسبة للحشوات، والمواد المعاد تدويرها، والبلاستيك الفلوري، وغيرها من المواد التي يصعب معالجتها
التكلفة: السعر المبدئي أعلى بنحو 40%، ولكنه أكثر اقتصادية على المدى الطويل.
- مواد معالجة خاصة: سبائك هندسية عالية الصلابة (تستخدم للمواد المتطورة مثل PEEK)
عند معالجة البلاستيك الهندسي عالي الأداء مثل PEEK (بولي إيثر إيثر كيتون)، يلزم استخدام مواد ذات مقاومة عالية للغاية للحرارة، وقوة، ومقاومة للزحف. وقد طورت شركات مثل تشجيانغ هواي براغي من سلسلة HPT وأسطوانات ثنائية المعدن HK خصيصًا لـ PEEK، مستخدمةً عمليات معالجة حرارية خاصة لتلبية متطلبات التشغيل المستقر طويل الأمد في درجات حرارة عالية تتراوح بين 160 و230 درجة مئوية.
السيناريوهات القابلة للتطبيق: المجالات الطبية، والفضاء، والتغليف الإلكتروني عالي الجودة، وغيرها من المجالات ذات المتطلبات الصارمة للغاية لأداء الأغشية.
