فيلم ثنائي المحور: مادة مفضلة جديدة ذات أداء ممتاز(1)
في مجال علوم المواد الواسع، أصبحت الأغشية ثنائية المحور محور اهتمام العديد من الصناعات بفضل خصائصها الفريدة وتطبيقاتها الواسعة. يُظهر هذا النوع من الأغشية، المُصنّع عبر عمليات محددة، مزايا كبيرة في الخواص الميكانيكية، وخصائص الحاجز، والخصائص البصرية، وغيرها، مما يُوفر دعمًا قويًا لتطوير الصناعة الحديثة.
التمدد ثنائي المحور: المبادئ والمزايا
تتميز تقنية التمدد ثنائي المحور عن غيرها من طرق تشكيل الأغشية البلاستيكية، حيث يعتمد مبدأها الأساسي على ما يلي: تُسخّن المادة الخام البوليمرية وتُصهر بواسطة آلة بثق، ثم تُشكّل إلى صفيحة سميكة. بعد ذلك، وضمن نطاق درجة حرارة مناسب أعلى من درجة انتقال الزجاج وأقل من درجة الانصهار (أي في حالة المرونة العالية)، وباستخدام آلة تمدد طولية وآلة تمدد عرضية، تُطبّق قوى خارجية بالتتابع في الاتجاهين الطولي والعرضي لعمليات التمدد بمضاعفات معينة. تُعزز هذه العملية توجيه وترتيب السلاسل الجزيئية أو مستويات البلورات بشكل منظم في الاتجاه الموازي لمستوى الغشاء. بعد ذلك مباشرةً، تُجرى معالجة حرارية في حالة شد لتثبيت البنية الجزيئية الكبيرة الموجهة. وأخيرًا، من خلال التبريد والمعالجة اللاحقة، يُحضّر الغشاء ثنائي المحور.
بالمقارنة مع الأغشية غير الممدودة، تُظهر الأغشية ثنائية المحور خصائص ميكانيكية مُحسّنة بشكل ملحوظ، حيث تصل قوة الشد إلى 3-5 أضعاف قوة الأغشية غير الممدودة. في الوقت نفسه، تُحسّن خصائصها الحاجزة، مما يُقلل من نفاذيتها للغازات وبخار الماء؛ وتُحسّن خصائصها البصرية، مع تحسين كبير في الشفافية ولمعان السطح؛ وتُحسّن مقاومتها للحرارة والبرودة، وثبات أبعادها؛ كما يُحسّن تجانس السُمك، مع انحراف أقل في السُمك، مما يُتيح تحقيق أتمتة عالية وسرعة إنتاج عالية.
عملية الإنتاج: تدفق معقد ودقيق
يشبه خط إنتاج الأفلام الموجهة ثنائي المحور تنينًا صناعيًا دقيقًا، ويتكون من معدات مختلفة تشكل خط إنتاج مستمر، بما في ذلك بشكل أساسي أبراج التجفيف، والطاردات، وآلات الصب، وآلات التمدد الطولي، وآلات التمدد العرضي، وآلات لف الجر، وما إلى ذلك.
في إنتاج فيلم البوليستر، على سبيل المثال، تبدأ الخطوة الأولى بتحضير المكونات وخلطها. تُستخدم كمية معينة من رقائق الماستر باتش المحتوية على السيليكون والرقائق اللامعة معًا. بعد خلطها بواسطة خلاط قياس، تنتقل إلى العملية التالية. تتوزع جزيئات السيليكا الموجودة في رقائق الماستر باتش المحتوية على السيليكون في الفيلم، مما يزيد من الخشونة المجهرية لسطح الفيلم، مما يسمح باحتجاز كمية صغيرة من الهواء بين الأغشية أثناء اللف، مما يمنع الالتصاق بفعالية.
بالنسبة للبوليمرات المسترطبة مثل PET وPA وPC، فإن معالجات التبلور المسبق والتجفيف إلزامية قبل التمدد ثنائي المحور. عادةً ما تُعالَج مادة PET في برج مُعبأ مع سرير تبلور، مُجهز بأجهزة تحضير هواء جاف، بما في ذلك ضاغط هواء، ومزيل رطوبة منخل جزيئي، وسخان. تُجرى عمليتا التبلور المسبق والتجفيف عند درجة حرارة 150-170 درجة مئوية لمدة 3.5-4 ساعات تقريبًا، مما يضمن التحكم في محتوى الرطوبة في رقائق PET المجففة عند 30-50 جزءًا في المليون. تُحسّن هذه الخطوة نقطة تليين البوليمر، وتمنع جزيئات الراتنج من الالتصاق أو التكتل أثناء التجفيف والبثق بالصهر، مع إزالة الرطوبة لتجنب التحلل المائي أو تكوين الفقاعات في البوليمرات القائمة على الإستر أثناء البثق بالصهر.
تدخل رقائق PET، التي خضعت لمعالجة التبلور والتجفيف، إلى آلة بثق أحادية اللولب، حيث تُسخّن وتُصهر وتُلبّس تحت تأثير هيكلها الفريد. ولضمان جودة التلدين واستقرار ضغط المصهور المبثوق، زُوّد الطارد بمنفذي عادم متصلين بنظام ضخّ تفريغ، قادر على استخلاص الرطوبة والأوليغومرات بفعالية من المواد، مما يُغني عن نظام مُعقّد للتبلور/التجفيف المسبق، ويُخفّض تكاليف الاستثمار والتشغيل. تُستكمل عملية قياس المصهور بواسطة مضخة تروس عالية الدقة، تُوفّر ضغطًا ثابتًا للقالب، وتتغلب على مقاومة المصهور المارّ عبر المُرشّح، وتضمن سُمكًا مُوحّدًا للفيلم. يربط أنبوب المصهور بين الطارد ومضخة القياس والمرشح والقالب، مما يسمح بتدفق المصهور بسلاسة. داخل طرف أنبوب المصهور المُتصل بالقالب، ثُبّتت مجموعات مُتعددة من الخلاطات الثابتة. عندما يتدفق المصهور، فإنه ينتج تلقائيًا تأثير خلط من التقسيم-الجمع-التقسيم-الجمع، مما يحقق التجانس الحراري للمصهور.
يُبرَّد مُصهور البولي إيثيلين تيرفثالات اللزج المرن الخارج من القالب بسرعة إلى ما دون درجة حرارة انتقال الزجاج على بكرة تبريد دوارة بشكل موحد، مُشكِّلاً صفيحة صب زجاجية بسماكة موحدة. تعتمد الفكرة على استخدام مُولِّد جهد عالي لإنتاج جهد تيار مستمر يبلغ عدة آلاف من الفولتات، مما يجعل سلك القطب ولفة التبريد بمثابة القطب السالب والموجب على التوالي (مع تأريض لفة التبريد). في المجال الكهروستاتيكي عالي الجهد، تكتسب الصفيحة المصبوبة شحنات ساكنة مُعاكسة لقطبية لفة التبريد من خلال الحث الكهروستاتيكي. وبفضل التجاذب بين الشحنات المتقابلة، تلتصق الصفيحة بإحكام بسطح لفة التبريد، مما يُخرج الهواء بفعالية ويُتيح نقلًا فعالًا للحرارة.
تدخل الصفيحة السميكة الناتجة عن آلة الصب إلى وحدة الشد الطولي لشدها طوليًا في حالة مرونة عالية. تتكون آلة الشد الطولي من بكرات تسخين مسبق، وبكرات شد، وبكرات تبريد، وبكرات شد، وبكرات ضغط مطاطية، وأنابيب تسخين بالأشعة تحت الحمراء، ووحدات تسخين، وأجهزة تشغيل. تتوفر طرق شد طولي متنوعة، تشمل عادةً شدًا أحادي النقطة، وشدًا متعدد النقاط، مثل شد نقطتين أو ثلاث نقاط.
يدخل الفيلم بعد التمدد الطولي إلى الناقلة العرضية، ويمر بالتسخين المسبق، وتأطير الخيمة، وضبط الحرارة، والتبريد بالتسلسل لإكمال التمدد العرضي.
أخيرًا، يدخل الفيلم الممتد ثنائي المحور في عملية لفّ وشقّ السحب. تتكون هذه العملية من بكرات توجيه سحب متعددة، وبكرات تبريد، وبكرات تسطيح، وبكرات شد، وبكرات تتبع، وأجهزة تشذيب الحواف، ومقاييس سمك، وأجهزة معالجة الهالة. بعد تشذيب الحواف، وقياس السمك، ومعالجة الهالة، يُلفّ الفيلم ويُشقّ، ويصبح منتجًا نهائيًا بعد اجتياز الفحص.
