اکستروژن فیلم دمشی

کیسه‌های خرید، که به عنوان نایلون و نایلکس شناخته می‌شوند، یا فیلم‌هایی که برای بسته‌بندی مواد غذایی استفاده می‌شوند، همگی بسیار نازک و یکپارچه هستند. سوال این است: این فیلم‌های نازک، یکپارچه و بدون درز چگونه به صورت استوانه‌ای (حبابی) تولید می‌شوند؟

پاسخ این سوال، فرآیند اکستروژن فیلم دمشی (Blown Film Extrusion) است. این تکنیک، روش اصلی برای تولید نایلون و نایلکس و اکثر فیلم های بسته بندی محسوب می‌شود.

در این مقاله، به بررسی تخصصی فرآیند اکستروژن فیلم دمشی می‌پردازیم؛ از تجهیزات منحصربه‌فرد آن (مانند دای حلقوی) گرفته تا پارامترهای فرآیند فیلم دمشی (مانند BUR) و عیوب فیلم دمشی رایج در خط تولید.

اکستروژن فیلم دمشی چیست؟

اکستروژن فیلم دمشی، فرآیندی پیوسته برای تولید فیلم پلاستیکی است. در این روش، مذاب پلیمر از یک دای حلقوی (قالب گرد) به سمت بالا اکسترود (خارج) می‌شود تا یک لوله نازک ایجاد کند. سپس، هوای فشرده به داخل این لوله مذاب دمیده می‌شود و آن را مانند یک بادکنک استوانه‌ای (که حباب یا Bubble نامیده می‌شود) باد می‌کند.

فیلم دمشی چیست؟

فیلم دمشی (Blown Film) محصول نهایی این فرآیند است. ویژگی کلیدی این محصول، جهت‌گیری مولکولی در فیلم دمشی به صورت دو محوره (Biaxial) است.

از آنجایی که حباب همزمان به سمت بالا کشیده می‌شود (جهت طولی) و توسط هوا به طرفین باد می‌شود (جهت عرضی)، زنجیره‌های پلیمری در هر دو راستا آرایش پیدا می‌کنند. این جهت‌گیری دو محوره، خواص مکانیکی فیلم دمشی را بسیار متعادل می‌سازد و استحکام کششی و مقاومت پارگی مطلوبی در هر دو جهت (طولی و عرضی) ایجاد می‌کند.

فرآیند اکستروژن فیلم دمشی (مراحل گام به گام تولید)

فرآیند اکستروژن فیلم دمشی یک عملیات پیوسته و پیچیده است که گرانول جامد پلیمر را به یک رول فیلم نازک تبدیل می‌کند. این فرآیند از لحظه ذوب شدن ماده تا رول شدن نهایی، نیازمند کنترل دقیق بر پارامترهای متعدد است و به پنج مرحله اصلی تقسیم می‌شود:

مرحله اول: ذوب و پمپاژ (نقش اکسترودر)

نقطه شروع فرآیند، تغذیه گرانول‌های پلیمری (مواد اولیه) به داخل دستگاه اکسترودر است. وظیفه اصلی اکسترودر در این فرآیند، تبدیل این گرانول‌های جامد به یک مذاب پلیمری کاملاً یکنواخت (هموژن) از نظر دما و ترکیب است. مارپیچ (Screw) داخل اکسترودر با چرخیدن، مواد را به جلو می‌راند و همزمان با گرمای ناشی از هیترهای دستگاه و اصطکاک داخلی، آن‌ها را ذوب می‌کند.

اهمیت این مرحله در یکنواختی مذاب است؛ هرگونه نوسان دمایی یا مخلوط نشدن کامل مواد (در صورت استفاده از افزودنی‌ها) مستقیماً به عیوب فیلم دمشی مانند ژل و نقاط سیاه در فیلم یا ضخامت ناهموار فیلم منجر خواهد شد. اکسترودر مذاب همگن را با فشار و دبی ثابت به مرحله بعدی پمپاژ می‌کند.

مرحله دوم: خروج مذاب از دای حلقوی

مذاب یکنواخت از دستگاه اکستروژن خارج شده و وارد حیاتی‌ترین بخش دستگاه اکستروژن فیلم دمشی، یعنی قالب (دای) اکستروژن فیلم دمشی می‌شود. این قالب، یک دای حلقوی (Annular die) است. طراحی داخلی این دای (معمولاً طراحی مارپیچی یا Spiral Mandrel) به گونه‌ای است که مذاب ورودی را به طور کاملاً یکنواخت در یک شکاف دایره‌ای 360 درجه توزیع می‌کند.

مذاب به شکل یک لوله عمودی بسیار نازک (که در صنعت Parison نامیده می‌شود) از این شکاف حلقوی خارج می‌شود. دقت ساخت این دای و یکنواختی دمای آن اهمیت فوق‌العاده‌ای دارد، زیرا ضخامت اولیه فیلم در تمام نقاط دایره در همین لحظه تعیین می‌گردد.

مرحله سوم: تشکیل حباب و خنک‌سازی

این مرحله، مشخصه اصلی فرآیند اکستروژن فیلم دمشی است. بلافاصله پس از خروج لوله مذاب از دای، دو اتفاق همزمان رخ می‌دهد:

1. دمش هوا: هوای فشرده (با فشار کم اما حجم کنترل‌شده) از طریق یک مجرای مرکزی در مرکز دای حلقوی، به داخل لوله مذاب دمیده می‌شود. این هوا لوله مذاب را (مانند یک بادکنک استوانه‌ای) باد کرده و “حباب” (Bubble) را تشکیل می‌دهد. این دمش، عامل ایجاد جهت‌گیری مولکولی در راستای عرضی است.
2. خنک‌سازی: همزمان، یک حلقه هوا (Air Ring) که دور دای نصب شده است، جریان هوای پرسرعت، سرد و کاملاً یکنواختی را به سطح خارجی حباب می‌دمد. این جریان هوا نه تنها حباب را خنک می‌کند، بلکه با ایجاد یک نیروی آیرودینامیکی، به پایداری آن کمک کرده و از نوسان یا چسبیدن آن جلوگیری می‌کند.

خط انجماد (Frost Line) چیست؟

در حین بالا رفتن حباب و سرد شدن آن توسط حلقه هوا، یک ناحیه مشخص قابل مشاهده است که در آن، ظاهر فیلم از حالت مذابِ شفاف به حالت جامدِ کدر (مات یا Frosty) تغییر می‌کند. این ناحیه، خط انجماد (Frost Line) نام دارد.

این خط، نقطه بحرانی فرآیند است؛ زیرا نقطه‌ای است که در آن پلیمر متبلور شده و ساختار مولکولی فیلم تثبیت می‌شود. ارتفاع خط انجماد (FLH) (فاصله دای تا این خط) یک پارامتر فرآیندی کلیدی است که بر خواصی مانند شفافیت، استحکام و نرخ تولید فیلم تأثیر مستقیم دارد.

مرحله چهارم: کشش و مسطح‌سازی

حباب فیلم که اکنون از خط انجماد عبور کرده و جامد شده است، به حرکت عمودی خود به سمت بالای برج اکستروژن (Extrusion Tower) ادامه می‌دهد. ارتفاع این برج باید به اندازه‌ای باشد که فیلم فرصت کافی برای خنک شدن کامل قبل از تماس با غلتک‌ها را داشته باشد.

در بالای برج، حباب استوانه‌ای از میان مجموعه‌ای از غلتک های کشنده (Nip rollers) عبور می‌کند. این غلتک‌های لاستیکی یا فلزی با فشار، حباب را روی هم می‌خوابانند (Collapse) و آن را به یک فیلم دولایه مسطح تبدیل می‌کنند. این غلتک‌ها دو نقش اساسی دیگر نیز دارند:

1. به عنوان یک سد (Seal) عمل کرده و هوای داخل حباب را محبوس نگه می‌دارند (فشار داخل حباب را ثابت نگه می‌دارند).
2. با سرعت چرخشی مشخص، فیلم را به سمت بالا می‌کشند. این کشش، عامل ایجاد جهت‌گیری مولکولی در راستای طولی (MD) است.

مرحله پنجم: رول کردن فیلم (نقش جمع کننده فیلم)

فیلم دولایه مسطح شده، پس از عبور از غلتک‌های راهنما، از بالای برج به سمت پایین و به سمت انتهای خط تولید هدایت می‌شود. در این مرحله، دستگاه جمع کننده فیلم (Winder)، فیلم را دریافت می‌کند. این دستگاه باید دارای سیستم کنترل کشش (Tension Control) بسیار دقیقی باشد تا فیلم را بدون ایجاد چروک یا کشیدگی اضافی، به صورت رول‌های یکنواخت و فشرده بپیچد. این رول‌ها محصول نهایی فرآیند هستند که برای چاپ، برش یا دوخت ارسال می‌شوند.

تجهیزات و اجزای خط اکستروژن فیلم دمشی

یک خط کامل اکستروژن فیلم دمشی از مجموعه‌ای از تجهیزات دقیق و تخصصی تشکیل شده است که باید به صورت هماهنگ کار کنند تا مذاب پلاستیک را به یک رول فیلم یکنواخت تبدیل کنند. اجزای خط فیلم دمشی هر کدام وظیفه منحصربه‌فردی در این فرآیند دارند.

اکسترودر (Extruder)

اکسترودر نقطه شروع فرآیند است که گرانول‌های جامد پلیمر را دریافت، ذوب، مخلوط و همگن‌سازی می‌کند. وظیفه اصلی آن در این خط، تحویل یک جریان مذاب کاملاً یکنواخت با دبی و دمای ثابت به دای است. کنترل دقیق دمای مذاب در اکستروژن توسط اکسترودر، برای جلوگیری از عیوب فیلم دمشی مانند ژل یا سوختگی، حیاتی است. (جزئیات کامل این دستگاه در مقاله «اکسترودر چیست» بررسی شده است).

قالب (دای) اکستروژن فیلم دمشی (دای حلقوی)

قالب (دای) اکستروژن فیلم دمشی، قطعه‌ای است که مذاب را از اکسترودر دریافت کرده و آن را به شکل مورد نیاز فرآیند، یعنی یک لوله نازک عمودی، تبدیل می‌کند. این قالب یک دای حلقوی (Annular die) است. طراحی داخلی این دای (اغلب به صورت مارپیچی) مذاب را به طور یکنواخت در یک شکاف (Gap) دایره‌ای ۳۶۰ درجه توزیع می‌کند. دقت ماشین‌کاری این شکاف و یکنواختی دما در سراسر دای، تأثیر مستقیمی بر کنترل ضخامت فیلم در محصول نهایی دارد.

حلقه هوا (Air Ring)

حلقه هوا یکی از مهم‌ترین و تخصصی‌ترین اجزای خط فیلم دمشی است که بلافاصله در بالای دای نصب می‌شود. این قطعه وظیفه خنک‌سازی و پایداری حباب را بر عهده دارد. حلقه هوا، هوای سرد را با سرعت بالا و به صورت کاملاً یکنواخت از طریق شکاف‌های دقیق، به سطح خارجی حبابِ مذاب می‌دمد. این جریان هوای پرسرعت، نه تنها نرخ خنک‌کاری را به شدت افزایش می‌دهد، بلکه مانند یک یاتاقان بادی عمل کرده و حباب را در مرکز نگه می‌دارد و از ناپایداری حباب جلوگیری می‌کند.

سیستم خنک کننده داخلی

در خطوط تولید با سرعت بالا یا برای فیلم‌های ضخیم، خنک‌سازی فقط از طریق حلقه هوا (خنک‌کاری خارجی) کافی نیست و به یک گلوگاه تولید تبدیل می‌شود. در این موارد، از سیستم خنک کننده داخلی (IBC) استفاده می‌شود. این سیستم، هوای سرد را از طریق یک مبدل حرارتی به داخل حباب تزریق کرده و هوای گرم داخل را خارج می‌کند. این خنک‌کاری همزمان از داخل و خارج، نرخ تولید را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

برج اکستروژن (Extrusion Tower)

برج اکستروژن (یا Haul-off Tower) سازه‌ای عمودی است که حباب فیلم برای خنک شدن از آن بالا می‌رود. ارتفاع این برج یک پارامتر طراحی مهم است؛ این ارتفاع باید به اندازه‌ای باشد که به حباب فرصت دهد تا قبل از رسیدن به غلتک های کشنده در بالای برج، به طور کامل از حالت مذاب به جامد تبدیل شود. این فاصله، همان ارتفاع خط انجماد (FLH) را تعیین می‌کند.

غلتک های کشنده (Nip Rollers)

غلتک های کشنده (Nip Rollers) در بالای برج اکستروژن قرار دارند و اولین نقطه تماس مکانیکی با فیلم خنک‌شده هستند. این غلتک‌ها سه وظیفه حیاتی دارند:

۱. مسطح‌سازی (Collapsing): حباب استوانه‌ای را روی هم می‌خوابانند و آن را به یک فیلم دولایه مسطح تبدیل می‌کنند.

۲. آب‌بندی (Sealing): هوای داخل حباب را محبوس می‌کنند، که این امر برای ثابت نگه داشتن نسبت دمش (BUR) ضروری است.

۳. کشش (Drawing): با سرعت چرخشی کنترل‌شده، فیلم را به سمت بالا می‌کشند و نسبت کشش (DDR) را تعیین می‌کنند.

جمع کننده فیلم (Winder)

جمع کننده فیلم (Winder) آخرین بخش خط تولید است. فیلم دولایه مسطح شده پس از عبور از غلتک‌های هدایت‌کننده، به این دستگاه می‌رسد. دستگاه جمع کننده فیلم باید مجهز به سیستم کنترل کشش دقیق باشد تا فیلم را به صورت یکنواخت، محکم و بدون ایجاد چروک یا کشیدگی اضافی، به شکل رول‌های قابل حمل و آماده برای استفاده، بپیچد.

مواد اولیه فیلم دمشی (انتخاب پلیمر مناسب)

انتخاب مواد اولیه فیلم دمشی به اندازه خود فرآیند اکستروژن فیلم دمشی اهمیت دارد، زیرا خواص نهایی محصول (مانند شفافیت، انعطاف‌پذیری، استحکام، یا نفوذناپذیری در برابر اکسیژن) مستقیماً توسط نوع پلیمر انتخاب شده تعیین می‌شود. اگرچه طیف گسترده‌ای از ترموپلاستیک‌ها را می‌توان با این روش فرآوری کرد، اما خانواده پلی‌اتیلن‌ها پرکاربردترین مواد در این صنعت هستند.

پلی اتیلن سبک (LDPE / LLDPE) در فیلم دمشی

پلی اتیلن سبک (LDPE) و پلی اتیلن سبک خطی (LLDPE)، اصلی‌ترین مواد اولیه فیلم دمشی برای کاربردهای انعطاف‌پذیر و فیلم های بسته بندی محسوب می‌شوند.

• LDPE (پلی اتیلن سبک): این ماده به دلیل ساختار مولکولی بسیار شاخه‌ای خود، دارای «استحکام مذاب» (Melt Strength) بالایی است. این ویژگی باعث می‌شود که حباب مذاب در طول فرآیند، پایداری بسیار خوبی داشته باشد و به راحتی پاره نشود. LDPE شفافیت خوب و انعطاف‌پذیری بالایی ارائه می‌دهد و برای کیسه‌های عمومی، فیلم‌های شیرینگ و بسته‌بندی مواد غذایی که نیاز به دوخت‌پذیری عالی دارند، ایده‌آل است.
• LLDPE (پلی اتیلن سبک خطی): این ماده به دلیل ساختار خطی‌تر خود، خواص مکانیکی بسیار بهتری نسبت به LDPE دارد. LLDPE دارای استحکام کششی، مقاومت پارگی و مقاومت به سوراخ شدن (Puncture Resistance) فوق‌العاده‌ای است. به همین دلیل در فیلم‌های استرچ (Stretch film) و کیسه‌هایی که نیاز به دوام بالا دارند، استفاده می‌شود.

در عمل، بسیاری از فیلم های بسته بندی از ترکیبی (Blend) از LDPE و LLDPE تولید می‌شوند تا تعادلی بهینه بین فرآیندپذیری آسانِ LDPE و خواص مکانیکی برترِ LLDPE ایجاد کنند.

پلی اتیلن سنگین (HDPE) در فیلم دمشی

پلی اتیلن سنگین (HDPE) ماده‌ای با ساختار مولکولی خطی و بلورینگی بالا است. این ساختار به HDPE خواصی کاملاً متفاوت از LDPE می‌بخشد:

• استحکام و سفتی: HDPE بسیار سفت‌تر و مستحکم‌تر از LDPE است. این سفتی بالا اجازه می‌دهد تا فیلم‌هایی بسیار نازک‌تر (فرآیند Down-gauging) تولید شوند که همچنان استحکام کافی را حفظ می‌کنند.
• ظاهر مات: به دلیل بلورینگی بالا، فیلم HDPE معمولاً کدر و غیرشفاف است و ظاهری مات و “کاغذ-مانند” (Paper-like) دارد.

این خواص، HDPE را به ماده انتخابی برای تولید نایلون و نایلکس (کیسه‌های خرید فروشگاهی)، کیسه‌های فریزر و کیسه‌های زباله تبدیل کرده است؛ محصولاتی که در آن‌ها نازکی و استحکام همزمان مورد نیاز است.

مواد اولیه فیلم چند لایه (EVOH, PA)

بسیاری از کاربردهای مدرن بسته‌بندی (مانند بسته‌بندی گوشت، پنیر یا مواد غذایی حساس به اکسیژن) نیازمند خواص سدی (Barrier) هستند که پلی‌اتیلن‌ها به تنهایی قادر به تامین آن نیستند. در این موارد، از کواکستروژن فیلم دمشی برای تولید فیلم چند لایه استفاده می‌شود که در آن‌ها از این مواد اولیه فیلم چند لایه بهره می‌برند:

• EVOH (اتیلن وینیل الکل): این پلیمر یکی از قوی‌ترین سدهای اکسیژن (Oxygen Barrier) شناخته شده است. EVOH به عنوان یک لایه میانی بسیار نازک در تولید فیلم سه لایه یا فیلم 5 لایه دمشی استفاده می‌شود تا از ورود اکسیژن و فاسد شدن مواد غذایی جلوگیری کند.
• PA (پلی‌آمید / نایلون): پلی‌آمیدها نیز سد خوبی در برابر اکسیژن و بو ایجاد می‌کنند و علاوه بر آن، مقاومت به سوراخ شدن و مقاومت حرارتی بسیار خوبی دارند. این خواص، آن‌ها را برای بسته‌بندی‌های وکیوم و کیسه‌های پختنی (Boil-in-Bags) مناسب می‌سازد.

پارامترهای فرآیند فیلم دمشی (کنترل مهندسی خواص)

خواص نهایی فیلم پلاستیکی تنها به مواد اولیه فیلم دمشی بستگی ندارد، بلکه به شدت تحت تأثیر چگونگی فرآوری آن ماده است. در اکستروژن فیلم دمشی، مهندسان و اپراتورها از پارامترهای فرآیند فیلم دمشی برای کنترل دقیق جهت‌گیری مولکولی در فیلم دمشی و در نتیجه، مهندسی خواص مکانیکی، نوری و فیزیکی محصول نهایی استفاده می‌کنند.

نسبت دمش (BUR – Blow-Up Ratio) چیست؟

نسبت دمش (BUR – Blow-Up Ratio) یکی از مهم‌ترین پارامترهای کنترلی در این فرآیند است.

• تعریف: نسبت دمش (BUR) به سادگی، نسبت قطر نهایی حباب فیلم (در پهن‌ترین حالت خود) به قطر دای حلقوی است.$$BUR = \frac{\text{قطر نهایی حباب}}{\text{قطر دای}}$$
• تاثیر BUR بر خواص فیلم: این پارامتر مستقیماً میزان کشش و جهت‌گیری مولکولی در راستای عرضی (TD – Transverse Direction) را کنترل می‌کند.
  • BUR بالا (مثلاً ۴:۱) به معنای باد کردن زیاد حباب است. این کار زنجیره‌های پلیمری را به شدت در جهت عرضی می‌کشد و جهت‌گیری عرضی را افزایش می‌دهد. این امر منجر به افزایش استحکام کششی، مقاومت به پارگی و مقاومت به ضربه در جهت عرضی می‌شود.
  • BUR پایین (مثلاً ۱.۵:۱) کشش عرضی کمتری ایجاد می‌کند. انتخاب BUR مناسب برای ایجاد تعادل در خواص مکانیکی فیلم دمشی (بین جهت طولی و عرضی) حیاتی است.

نسبت کشش (DDR – Draw-Down Ratio) چیست؟

نسبت کشش (DDR – Draw-Down Ratio) دومین پارامتر کنترلی کلیدی برای جهت‌گیری است.

• تعریف: نسبت کشش (DDR) نسبت سرعت کشش فیلم توسط غلتک های کشنده (Nip rollers) در بالای برج به سرعت خروج مذاب از شکاف دای حلقوی است.
• تاثیر بر خواص: این پارامتر، میزان کشش در راستای طولی یا راستای دستگاه (MD – Machine Direction) را کنترل می‌کند. DDR عامل اصلی تعیین ضخامت نهایی فیلم است.
  • DDR بالا به این معنی است که غلتک های کشنده فیلم را با سرعت بسیار بیشتری نسبت به سرعت خروج مذاب از دای می‌کشند. این کار باعث کشیدگی شدید زنجیره‌های پلیمری در جهت طولی شده، جهت‌گیری MD را افزایش می‌دهد و ضخامت فیلم را به شدت کاهش می‌دهد.

ارتفاع خط انجماد (FLH) و تاثیر آن

ارتفاع خط انجماد فاصله‌ی عمودی بین سطح دای حلقوی تا خط انجماد (ناحیه‌ای که حباب از حالت مذاب شفاف به جامد مات تبدیل می‌شود) است.

• تاثیر بر فرآیند و خواص: FLH مستقیماً نرخ خنک‌کاری حباب را کنترل می‌کند.
  • FLH بالا (خنک‌کاری آهسته): به زنجیره‌های پلیمری زمان بیشتری برای آسودگی (Relaxation) و تبلور (Crystallization) می‌دهد. این امر معمولاً منجر به کاهش شفافیت (افزایش ماتی یا Haze) اما افزایش استحکام فیلم می‌شود. همچنین پایداری حباب (Bubble Stability) در FLH بالا معمولاً بهتر است.
  • FLH پایین (خنک‌کاری سریع): با دمش هوای بیشتر از حلقه هوا (Air Ring) به دست می‌آید. این کار باعث انجماد سریع ساختار مولکولی می‌شود، زمان تبلور را کاهش داده و معمولاً فیلمی با شفافیت بسیار بهتر تولید می‌کند.

کنترل ضخامت فیلم (Gauge Control)

یکنواختی ضخامت در سراسر عرض فیلم، یکی از مهم‌ترین شاخص‌های کیفیت در تولید فیلم پلاستیکی است. کنترل ضخامت فیلم (Gauge Control) فرآیندی است که برای به حداقل رساندن ضخامت ناهموار فیلم (Gauge variation) انجام می‌شود.

• اهمیت: ضخامت ناهموار باعث ایجاد مشکلات در فرآیندهای بعدی مانند چاپ یا بسته‌بندی اتوماتیک، ایجاد چروک در رول فیلم و هدررفت مواد اولیه می‌شود.
• روش‌های کنترل: در سیستم‌های ساده، این کار به صورت دستی با تنظیم پیچ‌های مخصوص روی لبه‌های دای حلقوی انجام می‌شود. در خطوط تولید مدرن، از سیستم‌های خودکار استفاده می‌شود. این سیستم‌ها به طور مداوم ضخامت فیلم را اسکن کرده و به حلقه هوا (که به چندین منطقه تقسیم شده) یا به هیترهای حرارتی داخل دای فرمان می‌دهند تا به صورت موضعی جریان هوا یا دمای مذاب را تغییر داده و نقاط ضخیم‌تر یا نازک‌تر را اصلاح کنند.

کواکستروژن فیلم دمشی (تولید فیلم چند لایه)

بسیاری از کاربردهای مدرن بسته‌بندی نیازمند ترکیبی از خواص هستند که تامین همزمان آن‌ها توسط یک نوع پلیمر غیرممکن است (مثلاً نیاز همزمان به دوخت‌پذیری، استحکام مکانیکی و نفوذناپذیری در برابر اکسیژن). کواکستروژن فیلم دمشی (Co-extrusion Blown Film) یک فرآیند پیشرفته است که برای حل این مشکل طراحی شده و امکان تولید فیلم چند لایه را فراهم می‌کند.

کواکستروژن فیلم دمشی (Co-extrusion) چیست؟

کواکستروژن فیلم دمشی فرآیندی است که در آن، مذاب از دو یا چند اکسترودر مجزا به صورت همزمان به یک قالب (دای) اکستروژن فیلم دمشی ویژه تغذیه می‌شود. این دای، که یک دای حلقوی چند کاناله است، مذاب‌های مختلف را بدون آنکه با هم مخلوط شوند، در لایه‌های بسیار نازک روی هم قرار می‌دهد.

درست قبل از خروج از شکاف دای، این لایه‌های مذاب به یکدیگر می‌چسبند و به صورت یک لوله مذاب فیلم چند لایه واحد از دای خارج می‌شوند. ادامه فرآیند (تشکیل حباب، خنک‌سازی، کشش و جمع‌آوری) دقیقاً مشابه فرآیند اکستروژن فیلم دمشی استاندارد است.

تولید فیلم سه لایه

تولید فیلم سه لایه رایج‌ترین شکل کواکستروژن فیلم دمشی است. در این فرآیند، از سه اکسترودر مجزا (که معمولاً با حروف A، B و C مشخص می‌شوند) استفاده می‌شود. این ساختار (A-B-A) اغلب برای کاهش هزینه‌ها یا افزودن یک خاصیت ویژه در لایه میانی به کار می‌رود.

یک مثال رایج، استفاده از مواد بازیافتی یا ارزان‌قیمت در لایه میانی (B) و پوشاندن دو طرف آن با لایه‌های نازکی از مواد نو و باکیفیت (A) است. مثال دیگر می‌تواند استفاده از یک لایه رنگی در مرکز (B) و لایه‌های شفاف در سطوح (A) باشد. این روش تولید فیلم سه لایه به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا خواص سطح (مانند دوخت‌پذیری یا چاپ‌پذیری) را از خواص هسته (مانند استحکام یا هزینه) جدا کنند.

فیلم 5 لایه دمشی

فیلم 5 لایه دمشی (و همچنین ۷ یا ۹ لایه) برای کاربردهای بسته‌بندی بسیار پیشرفته (High-Barrier) طراحی شده‌اند که تولید فیلم سه لایه پاسخگوی نیاز آن‌ها نیست. این فیلم‌ها معمولاً برای محافظت از مواد غذایی حساس در برابر اکسیژن، رطوبت یا بو استفاده می‌شوند.

یک ساختار کلاسیک فیلم 5 لایه دمشی به این صورت است:

• لایه ۱ (سطح خارجی): پلی‌اتیلن (PE) – برای استحکام، مقاومت محیطی و چاپ‌پذیری.
• لایه ۲ (چسب): پلیمر چسبنده (Tie Layer) – برای چسباندن لایه PE به لایه سدی.
• لایه ۳ (مرکزی): EVOH یا پلی‌آمید (PA) – لایه سدی (Barrier) بسیار نازک برای جلوگیری کامل از نفوذ اکسیژن.
• لایه ۴ (چسب): پلیمر چسبنده (Tie Layer) – برای چسباندن لایه سدی به لایه داخلی.
• لایه ۵ (سطح داخلی): پلی‌اتیلن (PE) – برای دوخت‌پذیری عالی (Heat Sealing) و تماس ایمن با مواد غذایی.

این ساختار پیچیده فیلم چند لایه، خواصی را ارائه می‌دهد که دستیابی به آن‌ها با هیچ روش دیگری (در این سطح هزینه) امکان‌پذیر نیست.

تفاوت اکستروژن فیلم دمشی و فیلم ریخته گری

اکستروژن فیلم دمشی تنها روش تولید فیلم پلاستیکی نیست. رقیب اصلی آن، فرآیند اکستروژن فیلم ریخته گری (Cast Film Extrusion) است. انتخاب بین این دو فرآیند بستگی مستقیمی به خواص مورد نیاز محصول نهایی (مانند شفافیت، استحکام یا سرعت تولید) دارد.

اکستروژن فیلم ریخته گری چیست؟

اکستروژن فیلم ریخته گری (که به آن اکستروژن فیلم تخت یا Flat Film Extrusion نیز گفته می‌شود) فرآیندی است که در آن، مذاب پلیمر به جای یک دای حلقوی، از یک دای خطی بسیار پهن (Flat Die) خارج می‌شود. این مذاب داغ بلافاصله بر روی یک یا چند غلتک سردکننده بزرگ (Chill Rolls) که سطح بسیار صیقلی دارند، ریخته می‌شود.

تماس مستقیم مذاب با سطح غلتک بسیار سرد، باعث انجماد (Quenching) فوق‌العاده سریع پلیمر می‌شود. در این روش، فیلم فقط در یک جهت (راستای دستگاه یا MD) کشیده می‌شود.

مقایسه فیلم دمشی و کست: کدام بهتر است؟

هیچ‌کدام “بهتر” نیستند؛ آن‌ها خواص متفاوتی تولید می‌کنند.

• جهت‌گیری مولکولی:
  • فیلم دمشی: دارای جهت‌گیری مولکولی در فیلم دمشی به صورت دو محوره (Biaxial) است (هم کشش طولی DDR و هم کشش عرضی BUR).
  • فیلم کست: عمدتاً تک محوره (Uniaxial) است (فقط کشش طولی ناشی از سرعت غلتک‌ها).
• خواص مکانیکی:
  • فیلم دمشی: خواص مکانیکی فیلم دمشی بسیار متعادل‌تر است. به دلیل جهت‌گیری دو محوره، مقاومت به پارگی (Tear Strength) و مقاومت به ضربه (Impact Strength) بهتری، به‌ویژه در جهت عرضی، ارائه می‌دهد.
  • فیلم کست: خواص آن بسیار وابسته به جهت است؛ معمولاً در جهت طولی بسیار مستحکم و در جهت عرضی ضعیف‌تر است.
• خواص نوری و فیزیکی:
  • فیلم دمشی: به دلیل خنک‌کاری آهسته‌تر با هوا، زنجیره‌های پلیمری فرصت بیشتری برای تبلور دارند. این امر معمولاً منجر به شفافیت کمتر (Haze یا ماتی بیشتر) و ضخامت ناهموارتر می‌شود.
  • فیلم کست: خنک‌کاری بسیار سریع (Quenching) روی غلتک سرد، مانع از تشکیل بلورهای بزرگ می‌شود. این فرآیند منجر به شفافیت فوق‌العاده بالا، براقیت عالی و کنترل ضخامت فیلم بسیار دقیق و یکنواخت می‌شود.

مزایا و معایب فیلم دمشی

• مزایا:
  • خواص مکانیکی متعادل: استحکام خوب در هر دو جهت (MD و TD).
  • انعطاف‌پذیری تولید: تغییر عرض فیلم با تنظیم نسبت دمش (BUR) آسان‌تر است و نیازی به تعویض دای گران‌قیمت ندارد.
  • تولید طبیعی لوله: فرآیند به طور طبیعی یک فیلم دولایه (لوله مسطح شده) تولید می‌کند که برای ساخت کیسه (نایلون و نایلکس) ایده‌آل است (نیاز به دوخت جانبی ندارد).
• معایب:
  • سرعت تولید پایین‌تر: خنک‌کاری با هوا (حتی با IBC) کندتر از خنک‌کاری با غلتک سرد (Chill Roll) است.
  • شفافیت و براقیت کمتر: به دلیل نرخ خنک‌کاری پایین‌تر.
  • کنترل ضخامت سخت‌تر: دستیابی به یکنواختی ضخامت در فیلم دمشی چالش‌برانگیزتر از فیلم کست است.

کاربردهای فیلم دمشی

کاربردهای فیلم دمشی بسیار گسترده است و بخش اعظمی از صنعت بسته‌بندی انعطاف‌پذیر را پوشش می‌دهد. توانایی این فرآیند در تولید فیلم‌هایی با خواص مکانیکی متعادل، استحکام بالا و همچنین امکان تولید فیلم چند لایه، آن را برای مصارف گوناگون مناسب ساخته است.

فیلم های بسته بندی

این بخش، بزرگترین بازار مصرف فیلم دمشی است. فیلم های بسته بندی تولید شده با این روش شامل موارد زیر هستند:

• بسته‌بندی مواد غذایی: فیلم‌های تولید شده از پلی اتیلن سبک (LDPE / LLDPE) به دلیل انعطاف‌پذیری، دوخت‌پذیری عالی و ایمنی بهداشتی (Food Grade)، به طور گسترده برای بسته‌بندی مواد غذایی تازه (مانند سبزیجات)، مواد غذایی منجمد و نان استفاده می‌شوند.
• فیلم شیرینگ (Shrink Film): فیلم‌هایی (عمدتاً از جنس LDPE) که پس از قرار گرفتن دور یک محصول (مانند بسته‌های آب معدنی)، تحت حرارت قرار گرفته و جمع می‌شوند (Shrink). جهت‌گیری مولکولی ایجاد شده در طول فرآیند اکستروژن فیلم دمشی، عامل اصلی این رفتار جمع‌شوندگی است.
• فیلم استرچ: فیلم‌های بسیار کشسان (عمدتاً از LLDPE) که برای پالت‌پیچی و محافظت از بار در حمل و نقل استفاده می‌شوند.

تولید نایلون و نایلکس

در بازار ایران، اصطلاحات تولید نایلون و نایلکس به طور خاص به کیسه‌های خرید و کیسه‌های مصرفی اشاره دارد که تقریباً همگی با روش اکستروژن فیلم دمشی تولید می‌شوند.

• نایلکس (مبتنی بر HDPE): کیسه‌های خرید فروشگاهی، کیسه‌های میوه و کیسه‌های فریزر که نازک، مات و پرصدا (صدای خش‌خش) هستند، از پلی اتیلن سنگین (HDPE) ساخته می‌شوند. استحکام بالای HDPE اجازه می‌دهد این کیسه‌ها با ضخامت بسیار کم تولید شوند.
• نایلون (مبتنی بر LDPE): کیسه‌های ضخیم‌تر، شفاف‌تر و نرم‌تر (مانند کیسه‌های تبلیغاتی دسته‌دار) معمولاً از پلی اتیلن سبک (LDPE) تولید می‌شوند.
• کیسه زباله: این محصولات نیز ترکیبی از مواد بازیافتی و پلی‌اتیلن هستند که به دلیل نیاز به استحکام پارگی خوب، با این روش تولید می‌گردند.

فیلم کشاورزی

صنعت کشاورزی یکی دیگر از مصرف‌کنندگان بزرگ فیلم دمشی است.

• فیلم مالچ (Mulch Film): فیلم‌های (اغلب رنگی یا سیاه) که روی سطح خاک کشیده می‌شوند تا از رشد علف‌های هرز جلوگیری کرده، رطوبت خاک را حفظ کنند و دمای خاک را تنظیم نمایند.
• پوشش گلخانه‌ای (Greenhouse Film): فیلم‌های بسیار پهن، شفاف و مقاوم در برابر UV (اغلب به صورت کواکستروژن فیلم دمشی چندلایه) که برای پوشش سقف و دیواره‌های گلخانه‌ها استفاده می‌شوند و باید خواص نوری و مکانیکی خود را برای چندین سال حفظ کنند.
• فیلم سیلو (Silage Film): فیلم‌های چندلایه بسیار مقاوم برای بسته‌بندی علوفه دام.

عیوب فیلم دمشی (مشکلات رایج و عیب‌یابی)

فرآیند اکستروژن فیلم دمشی یک فرآیند پیچیده با متغیرهای متعدد است. هرگونه تنظیم نادرست در پارامترهای فرآیند فیلم دمشی یا مشکل در تجهیزات، می‌تواند منجر به عیوب فیلم دمشی شود. شناخت این مشکلات رایج فیلم دمشی و علل ریشه‌ای آن‌ها برای اپراتورها و مهندسان خط تولید حیاتی است.

ناپایداری حباب

این یکی از رایج‌ترین عیوب فیلم دمشی است که در آن حباب شروع به نوسان، لرزش یا منحرف شدن از مرکز می‌کند.

• علل:
  • تنظیم نبودن حلقه هوا (Air Ring): توزیع هوای خنک‌کننده در اطراف حباب یکنواخت نیست.
  • دمای مذاب در اکستروژن: دمای بیش از حد بالای مذاب، استحکام آن را کاهش داده و حباب را ناپایدار می‌کند.
  • کوران هوا (Drafts): جریان‌های هوای محیطی در کارخانه (مانند باد کولر یا باز بودن درب‌ها) می‌تواند حباب سبک را منحرف کند.
  • نسبت دمش (BUR) بسیار بالا: تلاش برای باد کردن بیش از حد حباب، پایداری آن را کاهش می‌دهد.

پارگی حباب

پارگی ناگهانی حباب (Bubble Break) منجر به توقف کامل خط تولید می‌شود.

• علل:
  • آلودگی مواد اولیه فیلم دمشی: وجود هرگونه ناخالصی، رطوبت، یا مواد بازیافتی تمیز نشده می‌تواند باعث ایجاد یک نقطه ضعف و شروع پارگی شود.
  • دمای مذاب پایین: اگر مذاب به اندازه کافی داغ نباشد، استحکام مذاب پایینی داشته و در برابر کشش (BUR و DDR) شکننده خواهد بود.
  • تنظیمات فرآیندی نامناسب: اعمال نسبت دمش (BUR) یا نسبت کشش (DDR) بیش از حد توان پلیمر.

ضخامت ناهموار فیلم

این عیب به صورت نوارهای ضخیم‌تر یا نازک‌تر در راستای طولی فیلم یا تغییر ضخامت در عرض رول ظاهر می‌شود.

• علل:
  • تنظیم نبودن دای حلقوی: کثیف بودن شکاف دای، هم‌مرکز نبودن اجزای دای، یا توزیع دمای غیریکنواخت در دای.
  • کثیفی یا تنظیم نبودن حلقه هوا: اگر حلقه هوا در بخشی، هوای بیشتر یا کمتری بدمد، آن بخش سریع‌تر یا کندتر خنک شده و نازک‌تر یا ضخیم‌تر می‌شود.
  • نوسان در خروجی اکسترودر: مشکل در اکسترودر (مانند نوسان دور مارپیچ) باعث تغییر دبی مذاب و تغییر ضخامت در راستای طولی می‌شود.

ژل و نقاط سیاه در فیلم

این عیوب به صورت ذرات کوچک، برجستگی‌ها یا نقاط سوخته تیره رنگ روی سطح شفاف فیلم ظاهر می‌شوند.

• علل:
  • تخریب پلیمر: ماندن طولانی‌مدت مواد در اکسترودر یا دای (نقاط مرده) یا دمای بیش از حد بالا، باعث سوختن پلیمر و ایجاد ذرات کربنی (نقاط سیاه) می‌شود.
  • آلودگی مواد اولیه: مخلوط شدن گرانول‌ها با مواد خارجی یا گرد و غبار.
  • ژل (Gels): ذرات پلیمری هستند که به طور کامل ذوب نشده‌اند (اغلب به دلیل وزن مولکولی بسیار بالا یا دمای پایین فرآیند).

سایر مشکلات رایج فیلم دمشی

• چروک: معمولاً به دلیل هم‌تراز نبودن غلتک های کشنده (Nip rollers) یا غلتک‌های هدایت‌کننده، یا کشش ناهموار در دستگاه جمع کننده فیلم (Winder) رخ می‌دهد.
• چسبندگی لایه‌ها: چسبیدن سطح داخلی فیلم دولایه به یکدیگر پس از مسطح شدن. علت آن معمولاً خنک‌کاری ناکافی فیلم قبل از رسیدن به غلتک های کشنده (یعنی ارتفاع خط انجماد (FLH) بسیار پایین) یا استفاده نکردن از افزودنی‌های ضد چسبندگی (Anti-block) در مواد اولیه فیلم دمشی است.