26
บทที่ 3 กระบวนการขึ้นรูปแบบเปา (Blow Molding) 3.1 หลักการของกระบวนการขึ้นรูปแบบเปา กระบวนการขึ้นรูปแบบเปาเปนเทคนิคที่ใชในการผลิตขวดและบรรจุภัณฑ$อื่นๆที่มีลักษณะ กลวง เทคนิคนี้จะแบ+งไดเปน 2 ประเภทใหญ+ ๆ คือ 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน ไดแก+ extrusion blow molding และ injection stretch blow molding โดย extrusion blow molding เปน เทคนิคที่นิยมในการผลิตขวดหรือแกลลอนที่มีลักษณะขุ+น ส+วน injection stretch blow molding จะนิยมใชในการผลิตขวดบรรจุน้ําอัดลมโดยเฉพาะที่ผลิตจากพอลีเอทธีลีนเทอเรอพทาเลท หรือ พีอีที (poly (ethylene terephalate), PET) รูปที่ 3.1 ผลิตภัณฑ$ที่ไดจากกระบวนการ extrusion blow molding

บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

  • Upload
    others

  • View
    5

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

บทท่ี 3

กระบวนการข้ึนรูปแบบเป�า (Blow Molding)

3.1 หลักการของกระบวนการข้ึนรูปแบบเป�า

กระบวนการข้ึนรูปแบบเป�าเป�นเทคนิคท่ีใช�ในการผลิตขวดและบรรจุภัณฑ$อ่ืนๆท่ีมีลักษณะ

กลวง เทคนิคนี้จะแบ+งได�เป�น 2 ประเภทใหญ+ ๆ คือ

1) Extrusion blow molding

2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding

ในปFจจุบันเทคนิคท่ีนิยมใช�ในการผลิตบรรจุภัณฑ$ท่ีมีลักษณะกลวงภายใน ได�แก+ extrusion

blow molding และ injection stretch blow molding โดย extrusion blow molding เป�น

เทคนิคท่ีนิยมในการผลิตขวดหรือแกลลอนท่ีมีลักษณะขุ+น ส+วน injection stretch blow molding

จะนิยมใช�ในการผลิตขวดบรรจุน้ําอัดลมโดยเฉพาะท่ีผลิตจากพอลีเอทธีลีนเทอเรอพทาเลท หรือ พีอีที

(poly (ethylene terephalate), PET)

รูปท่ี 3.1 ผลิตภัณฑ$ท่ีได�จากกระบวนการ extrusion blow molding

Page 2: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

49

รูปท่ี 3.2 ผลิตภัณฑ$ท่ีได�จากกระบวนการ injection stretch blow molding

หลักการพ้ืนฐานของกระบวนการข้ึนรูปแบบเป�าใช�มาหลายร�อยปVแล�วโดยการเป�าแก�วท่ีซ่ึงท+อ

ซ่ึงมีลักษณะก่ึงหลอมก่ึงแข็ง (semimolten) ถูกยึดระหว+างแม+พิมพ$ท่ีแยกส+วนกัน 2 ข�างและถูกเป�า

ออกโดยอากาศท่ีให�เข�าไปในแม+พิมพ$ พ้ืนผิวของแม+พิมพ$จะถูกทําให�เย็นตังลงเพ่ือให�ผลิตภัณฑ$แข็งตัว

เป�นรูปร+างขณะท่ีให�ความดันอยู+ หลังจากนั้นแม+พิมพ$ก็จะเป[ดออกเพ่ือให�ผลิตภัณฑ$ออกมา

ประวัติการพัฒนากระบวนการข้ึนรูปแบบเป�า

ค.ศ. 1880 Celluloid Manufacture Company of New York ได�รับสิทธิบัตรใบแรกใน

การผลิต ท+อเซลลูโลสไนเตรตก+อนการให�ความร�อนแล�วเป�า (heat/blowing) ในเวลาต+อมา ท+อนี้ถูก

เรียกว+า "parison"

ช+วงปVทศวรรษ 1920-1930 มีการพัฒนาท่ีสําคัญในกระบวนการข้ึนรูปแบบเป�าของเซลลูโลส-

อะซีเตทท่ีอัดรีดได� (extrudable cellulose acetate) เอทธิลเซลลูโลส (ethyl cellulose) พอลีสไต

รีน (polystrene, PS) อ ะค ริ ลิ ค (acrylic) แ ล ะ ท่ี สํ า คัญ คื อ พ อลี ไวนิ ล คล อ ไรด$ ห รื อ พี วี ซี

(Polyvinylchloride, PVC) ท่ีใช�เป�นขวดน้ํามันพืช

Page 3: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

50

ปลายช+วงทศวรรษ 1930 มีการพัฒนาท่ีสําคัญเพ่ือเพ่ิมประสิทธิภาพของกระบวนการข้ึน

รูปแบบเป�าโดยการใช�การควบคุมอัตราการทําให�อ+อนตัวลงของ parison (controlled parison

softening rate) และอุณหภูมิท่ีสัมพันธ$กัน (related temperature profile)

ช+วงปV 1950 มีการใช�พอลีเอททีลีนหรือพีอี (Polyethylene, PE) ชนิดความหนาแน+นตํ่า

หรือเรียกว+า LDPE ผลิตขวดท่ีบีบเวลาใช� (squeeze bottle)

ช+วงปVทศวรรษ 1960 มีการใช�พอลีเอททีลีนชนิดชนิดความหนาแน+นสูงหรือเรียกว+า HDPE

ผลิตขวดนมจากกระบวนการ extrusion blow molding (extruded blow-molded milk bottle)

ช+ ว งปV ทศวรรษ 1970 มี การใช� stretch-blow molding ผลิ ตขวดบรรจุน้ํ า อั ดลม

(carbonated drinking bottle)

ในปF จจุ บัน เริ่ม มีความพยายามนํ าพลาสติก ท่ี มีความสามารถในการย+อยสลาย

(biodegradable plastic) ได�มาผลิตเป�นขวดน้ําด่ืม เพ่ือช+วยการแก�ปFญหาสภาวะโลกร�อน

รูปท่ี 3.3 ตัวอย+างขวดท่ีผลิตจากพลาสติกท่ีย+อยสลายได�ทางชีวภาพโดยใช�กระบวนการ extrusion

blow molding (ซ�าย) และ injection stretch blow molding (ขวา)

ใน extrusion blow molding ท+อกลวงก่ึงหลอมก่ึงแข็ง ซ่ึงถูกเรียกว+า “parison” จะข้ึน

รูปโดยตรงจากเครื่องอัดรีด ซ่ึงจะมีลักษณะร�อนและอ+อนตัว และตัวของแม+พิมพ$จะมี cavity กลวง

(hollow cavity) ท่ีมีรูปร+างเดียวกับผลิตภัณฑ$ จากนั้นจะมีการให�อากาศเข�าไปเป�า parison ใน

แม+พิมพ$ท่ีมี cavity กลวง โดยไม+มี male part หรือ "core pin" ท่ีจะต�องถูกดึงกลับจากบรรจุภัณฑ$

หลังจากการเป�า

Page 4: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

51

ในขณะท่ีกระบวนการ injection blow molding เราจะเรียกท+อกลวงนั้นว+า preform

และจะข้ึนรูปด�วยเครื่องฉีด โดย injection blow molding จะต�องมี male ("core pin") และ

female mold ในการทําให�เกิดรูปร+างกลวงและพลาสติกจะถูกฉีดภายใต�ความดันท่ีสูง โดยมี male

part หรือ "core pin" เป�นตัวช+วยรองรับ หลังจากนั้นก็จะถูกให�ความร�อนให�ถึงอุณหภูมิท่ีใช�ในการ

เป�า (blowing temperature) แล�วในข้ันตอนสุดท�าย male part หรือ "core pin" จะต�องถูกดึง

กลับหลังจากการเป�า

กระบวนการ Blow molding นี้มีความคล�ายคลึงกันคือ

1. ต�องใช�ความดันจากอากาศในการทําให�พลาสติกร�อนแผ+ออกติดผนังแม+พิมพ$ตัวเมียเพ่ือให�เกิดเป�น

รูปร+างตามนั้น

2. ความสามารถในการทําชิ้นงานให�มีผนังบางมากโดยมีความเค�นตํ่ามาก

ข�อดีและข�อเสียของกระบวนการท้ังสองมีดังต+อไปนี้

Extrusion blow molding

ข4อดี

1. อัตราการผลิตสูง

2. ราคาเครื่องมือตํ่า

3. มีผู�ผลิตให�เลือกจํานวนมาก

ข4อเสีย

1. มีเศษชิ้นงานเหลือมาก

2. ต�องมีการนําเศษชิ้นงานเหลือ กลับมาใช�ใหม+ (recycling of scrap)

3. การควบคุมความหนาของผนังทําได�จํากัด ( limited wall thickness control)

Injection blow molding

ข4อดี

1. ไม+มีเศษชิ้นงานเหลือ

2. การควบคุมความหนาของผนังทําได�ดี

3. การตกแต+งผิว ( surface finish )ทําได�ดี

4. ปริมาณการผลิตต+อปริมาตรตํ่า (low volume production quantity)

ข4อเสีย

1. ราคาเครื่องมือสูง ขนาดผลิตภัณฑ$ท่ีผลิตจึงมักมีขนาดเล็ก

Page 5: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

52

3.2 Extrusion blow molding

การจัดวางเครื่องมือท่ีเห็นกันท่ัวไปจะมีลักษณะเป�นการอัดรีดในทิศทางลงด�านล+าง

(downward extrusion) หลังจากพอลิเมอร$หลอมท่ีอุณหภูมิต่ําเพ่ือรักษาความแข็งแรงท่ีสูงของพอลิ

เมอร$หลอม (high melt strength) เพ่ือท่ีจะให�ท+อท่ีอัดรีด (extruded tube) สามารถรองรับตัวมัน

เองได� ดังแสดงในรูปท่ี 3.4

รูปท่ี 3.4 ภาพวาดแสดงเครื่อง Extrusion blow molding ท่ัวไป

รูปถ+ายแสดง parison ท่ีได�จากเครื่อง extrusion blow molding และขวดท่ีเป�าได� แสดงในรูปท่ี

3.5

รูปท่ี 3.5 ภาพถ+ายแสดง parison ท่ีออกมาจากกระบวนการ extrusion blow molding

Page 6: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

53

จากรูปท่ี 3.5 จะเห็นว+า parison ท่ีออกมาจากหัวอัดรีดจะมีลักษณะขุ+นขาว ท้ังนี้ เนื่องจาก

พอลิเมอร$ท่ีใช� โดยท่ัวไปจะเป�นพอลิเมอร$ก่ึงผลึก เช+น HDPE LDPE PP ซ่ึงจะเกิดผลึกในข้ันตอนการ

เย็นตัวเม่ือออกจากหัวอัดรีดจึงทําให� parison มีลักษณะขุ+น ซ่ึงเกิดจากผลึกท่ีมีขนาดใหญ+พอท่ีจะ

ขัดขวางทางเดินของแสง ดังนั้น ผลิตภัณฑ$ท่ีได�จากกระบวนการนี้ จึงมีลักษณะขุ+น

หลักการของกระบวนการ extrusion blow molding แสดงในรูป 3.6 กระบวนการอัดรีด

อาจเป�นกระบวนการต+อเนื่องโดยการท่ี parison จะถูกตัดและถูกย�ายต+อไปยังแม+พิมพ$หรือเม่ือ

แม+พิมพ$ย�ายมารับ parisonไป หรืออาจเป�นกระบวนการไม+ต+อเนื่องคือแม+พิมพ$อยู+ในตําแหน+งภายใต�

จุดท่ีจะอัดรีด parison ออกมาตลอดเวลา โดยกระบวนท่ีต+อเนื่องจะเป�นท่ีนิยมใช�กันท่ัวไปมากกว+า

เนื่องจากให�อัตราการผลิตท่ีสูงกว+า

รูปท่ี 3. 6 วงจรการเป�าขวด

Page 7: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

54

ในอุตสาหกรรมมีการเพ่ิมอัตราการผลิตโดยการใช�เครื่องมือการเป�าแบบต+อเนื่อง ดังแสดงในรูปท่ี 3.7

รูปท่ี 3.7 เครื่องมือการเป�าขวดแบบต+อเนื่อง

รูปร+างของผลิตภัณฑ$ท่ีได�จากกระบวนการ blow molding จะกําหนดโดยรูปร+างของแม+พิมพ$ท่ีใช�ใน

ข้ันตอนการเป�า ตัวอย+างแม+พิมพ$ท่ีใช�ในการเป�าข้ึนรูปสดงในรูปท่ี 3.8

Page 8: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

55

รูปท่ี 3.8 ภาพถ+ายแม+พิมพ$ข้ึนรูปแกลลอนพลาสติกท่ีผลิตโดยกระบวนการ extrusion blow

molding

ผลกระทบท่ีสําคัญ 2 ประการจากการข้ึนรูปด�วยเครื่องมือนี้คือ

1) การห�อยย�อยของ parison (parison sag)

2) การบวมหรือพองตัว (die swell)

การห�อยย�อยของ parison จะเกิดจากการท่ีแรงโน�มถ+วงกระทําบนท+อก่ึงหลอมก่ึงแข็งท่ีถูก

อัดรีดออกมาซ่ึงผลกระทบท้ัง 2 ประการนี้มักจะให�ผลตรงข�ามกัน แต+โดยรวมกันแล�วมันจะทําให�

เกิด parison ซ่ึงมีลักษณะผนังท่ีก�นหนาและท่ีปากจะบาง โดยในตอนแรก parison จะเกิดการ

บวมตัวทําให�ผนังหนาข้ึนและในตอนต+อมาการท่ีน้ําหนักเพ่ิมข้ึนจะทําให� parison ยืดออกทําให�ผนัง

บางข้ึน

เครื่องมือท่ีช+วยขจัดปFญหาท้ังสองนี้คือ parison variator หรือ programmable mandrel

ซ่ึงเคลื่อนท่ีข้ึน-ลงได�สําหรับ parison programming ซ่ึงจะเป�นส+วนประกอบใน extruder head

แสดงในรูปท่ี 3.9

Page 9: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

56

รูปท่ี 3. 9 Parison Variator

Mandrel และ die bushing ท่ีใช�มี 2 ชนิด คือ

1. Convergent type

2. Divergent type

รูปท่ี 3.10 Convergent type

Page 10: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

57

รูปท่ี 3. 11 Divergent type

การเลือกใช�ข้ึนกับขนาดของ parison ท่ีต�องการ Convergent tooling จะควบคุมได�ง+าย

ท่ีสุด และใช�ได�ท่ัวไป

Divergent จะใช�ในกรณีท่ีต�องการ parison ขนาดใหญ+ เนื่องจาก divergent จะทําให�

parison บานออกเม่ือมันถูกอัดรีด

ท้ัง Convergent และ divergent mandrel จะถูกติดเข�ากับ programming mandrel

โดยตรง และจะถูกควบคุมให�ข้ึนลง เพ่ือจะเป[ด-ป[ด ช+องว+าง ระหว+าง pin และ bushing

เพราะฉะนั้นความหนาของผนังชิ้นงานจะสามารถปรับเพ่ือให�มีวัสดุในปริมาณมากกว+าท่ีจุดเฉพาะจุด

ของ parison สําหรับขวดท่ีต�องการเป�าให�มีปริมาณวัสดุท่ีจุดใดจุดหนึ่งมากกว+า

การควบคุมปริมาณของวัสดุท่ีจุดแต+ละจุดนั้นเรียก "Parison programming" ซ่ึงจะควบคุม

โดยทางอิเลกทรอนิกส$ผ+านระบบไมโครโพรเซสเซอร$ในปFจจุบัน สามารถควบคุมได�มากกว+า 100 จุดใน

ขวดท่ีมีความสูง 12" ทําให�มีการควบคุมท่ีแม+นยําสูงในเรื่องความหนาของขวดและช+วยลดปริมาณ

พลาสติกในขวดได�

ใน Extruder heads ทุกอันจะมีช+องให�อากาศผ+าน (air path) เพ่ือให�อากาศถูกเป�าไปใน

parison เม่ือมันถูกอัดรีดออกมา

อากาศ ท่ีใช�สําหรับการเป�ามีหน�าท่ี 3 อย+างได�แก+

1) ทําให� parison ขยายติดกับผนังแม+พิมพ$

2) ทําให�เกิดความดันข้ึนบน parison ท่ีแผ+ขยายออกเพ่ือให�เกิดรายละเอียดท่ีพ้ืนผิว

3) ช+วยในการหล+อเย็น parison

Blow molding pin สามารถต้ังอยู+ตามตําแหน+งต+าง ๆ ได�

Page 11: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

58

ระหว+างเฟสของการขยายตัวของการเป�า เราต�องการใช�ปริมาณอากาศให�มากท่ีสุดท่ีจะทําได�

เพ่ือท่ีจะให�การขยายตัวของ parison ต+อ ผนังแม+พิมพ$เสร็จสิ้นภายในเวลาท่ีน�อยท่ีสุด

อัตราการไหลโดยปริมาตรสูงสุดของอากาศท่ีเข�าไปโดยมีความเร็วเชิงเส�นตํ่าทําได�โดยการให�ปากทางท่ี

อากาศเข�า (air inlet orifice) ใหญ+เท+าท่ีจะเป�นไปได� ซ่ึงสําหรับการเป�าภายในคอขวดอาจทําได�ยาก

อัตราการไหลโดยปริมาตรจะควบคุมโดยความดัน (Line pressure) และ เส�นผ+านศูนย$กลาง

ของปลายเป[ด (orifice diameter)

ความเร็วเชิงเส�นจะควบคุมโดยวาล$วควบคุมการไหล (Flow control valve) ซ่ึงจะอยู+ใกล�กับ

ปลายเป[ด

วิธีการปรับให4ได4 parison ท่ีเหมาะสมมี 2 วิธีคือ

1) การปรับ die bolt ดังรูปท่ี 6 ทําให�มีผนังสมํ่าเสมอ (uniform wall) รอบ parison และ ทําให�ได�

parison ตรง

2) การย�ายแมนเดรลข้ึน-ลง ทางตรง (vertically) เป�นการปรับความหนาผนัง parison เป�นผลให�

สามารถปรับน้ําหนักผลิตภัณฑ$

การปรับนี้ทําได�โดยการหมุน mandrel adjusting nut หรือ การปรับลูกสูบไฮโดรลิก ซ่ึง

ควบคุมโดย parison programmer

รูปท่ี 3. 12 การปรับ die bolt

Page 12: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

59

ถ�าพิจารณาถึงการตอบสนองของวัสดุระหว+างการอัดรีด จะพบว+าเม่ือ parison ถูกอัดรีด

ออกมาในทิศลงด�านล+างมันจะอยู+ภายใต�แรงดึงมากกว+าแรงเฉือน เวลาในกระบวนการนี้จะอยู+ในช+วง

1-5 วินาที และ relaxation time ของพอลิเมอร$ส+วนใหญ+จะยาวนานกว+านี้ดังนั้นกระบวนการนี้

โดยธรรมชาติแล�วจะเป�น elastic

โดยส+วนใหญ+ tensile elastic modulus จะมีค+าประมาณ 104 Nm-2 และ tensile

stress จะมีค+าประมาณ 103-104 Nm-2 ดังนั้นอาจมีการเปลี่ยนแปลงรูปร+าง (deformation)

เกิดข้ึนได�มาก

อย+างไรก็ตามการเปลี่ยนแปลงนี้ก็สามารถควบคุมได�โดย parison variator ในรูปท่ี 3 จะ

แสดงการจัดวางแบบเป�าจากด�านล+าง(bottom blow arrangement) โดย parison จะห�อยลงบน

blow pin (หรือท่ีเรียกว+า spigot หรือ blowing mandrel)

ประโยชน$ของวิธีนี้คือ ไม+ต�องเสียเวลาช+วงระหว+างท่ีแม+พิมพ$ป[ดกับการเป�า แต+ข�อเสียคือท่ี

ตรงคอขวดจะมีรอยแผลเนื่องจาก parison จะต�องมีขนาดใหญ+พอท่ีจะตกลงมาคล+อม pin นี้ได�

และจะต�องมีการตัดขอบส+วนท่ีเกินนี้

สําหรับผลิตภัณฑ$ท่ีต�องการคอขวดแบบ “flash-free” เช+น สําหรับฝาป[ดเราอาจใช�การ

เป�า จากด�านบน (top blowing) แทน แต+วิธีนี้จะต�องใช�เวลาในการสอดใส+ pin เข�าไป

แต+ไม+ว+าจะโดยวิธีใดก็ตามตรงก�นขวดก็จะก+อตัวเป�นรูปร+างโดยการ “Pinch-off” โดยแม+พิมพ$

ดังนั้นจะสังเกตุได�ว+าผลิตภัณฑ$ท่ีได�จากกรรมวิธินี้ทุกข้ันจะมีลักษณะเป�นแผลท่ีก�นซ่ึงเกิด

โดยรอยเชื่อมของการป[ดของแม+พิมพ$ (Mold closure weld)

Pinch-off นี้มักจะเป�นปFญหาของการเป�า การใช�ใบมีดท่ีแหลมคมจะทําให�เกิดรอยเชื่อม

ประสานท่ีสวยงามแต+มันจะทํางานได�ดีเม่ือแม+พิมพ$เคลื่อนท่ีช�า เนื่องจากท่ีอัตราเร็วสูงการตอบสนอง

ต+อส+วนยืดหยุ+นของพอลิเมอร$ก่ึงหลอมจะสูง แต+ในการผลิตท่ีดีต�องให�ได�อัตราการผลิตสูง ซ่ึงจะต�อง

ทําให�แม+พิมพ$ป[ดเร็ว ทําให�มีดตัดได�ไม+คม และเป�นผลให�เกิดรอยเชื่อมประสานท่ีไม+ดี

ในปFจจุบันมีการปรับปรุงเครื่องมือเพ่ือให�เอาชนะปFญหาการเกิดรอยเชื่อมประสานนี้ เช+น

โดยการเพ่ิมปริมาณวัสดุเข�าไปในรอยเชื่อมประสานแต+ปFญหานี้ก็ยังไม+สามารถกําจัดหมดไป

3.2.1 การเป�า

ผลิตภัณฑ$ท่ีมีลักษณะกลวงดังท่ีกล+าวมาแล�วจะทําจาก parison โดยการขยายตัวของ

อากาศท่ีเป�าเข�าไป ซ่ึงกระบวนการนี้จะคล�ายกระบวนการการเป�าฟ[ล$ม (film blowing) และความ

Page 13: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

60

สมํ่าเสมอของความหนาของผลิตภัณฑ$ก็ข้ึนกับปFจจัยเหมือน ๆ กัน โดยสิ่งท่ีสําคัญคือ การตอบสนอง

ต+อส+วนยืดหยุ+น โดยเราจะใช�หลักการของ Deborah Number คือ

process of timescale

condition prevailingunder material of timerelaxationNdeb =

สําหรับกระบวนการซ่ึงเป�นสภาวะยืดหยุ+น โดยส+วนใหญ+และทําให�เสถียร (stabilize) โดย tension

stiffening

Ndeb ควรมีค+ามากกว+า 1 ซ่ึงจะทําให�สําเร็จได�ดังนี้

1) ท่ีอุณหภูมิต่ํา relaxation time ควรจะยาวนานข้ึน

2) ลด process time scale เช+น การเป�าอย+างรวดเร็ว

ซ่ึงโดยท่ัวไปจะใช�การเป�าอย+างเร็ว แต+อย+างไรก็ตามการเป�าเร็วเกินไปจะทําให�เกิดการแตก

(Rupture) ข้ึนได�ถ�าเกินค+า tensile strength ของ parison นั้น ซ่ึงจะสามารถคํานวณได�จากตัวอย+าง

ข�างล+างนี้ หรือ อากาศท่ีจับตัวอยู+ระหว+างผิวของแม+พิมพ$และชิ้นงานอาจจะทําให�เกิดตําหนิบน

ผลิตภัณฑ$ได�

ในกระบวนการผลิตท่ัวไปเราจะต�องใช�วิธีท่ีเหมาะสมเพ่ือให�ได�ผลท่ีดี ซ่ึงโดยท่ัวไปเราสามารถ

หาค+าความหนาของผนังของขวดได�ไม+ยากถ�าทราบขนาดของหัวฉีดและปริมาณการเกิดการบวมตัว

ดังตัวอย+างในรูปท่ี 3. 13 รวมท้ังสามารถหาความดันในการเป�า (blowing pressure) ท่ีสูงสุดท่ีจะใช�

ในการเป�าโดยไม+ทําให�ขวดแตกได�

รูปท่ี 3. 13 ความหนาของผนัง blow molding

Page 14: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

61

จากรูปท่ี 3.13 จะเห็นภาพหน�าตัดขวางของ parison ท่ีออกมาจากหัวฉีดรูปทรงกระบอก

(tubular die) ซ่ึงจะถูกเป�าให�เป�นขวดโดย

Dd = เส�นผ+านศูนย$กลางของหัวฉีด (die diameter)

Dp = เส�นผ+านศูนย$กลางของ parison (parison diameter)

Dm = เส�นผ+านศูนย$กลางของแม+พิมพ$ (mold diameter)

hd = ความกว�างของหัวฉีด (die emulous width)

hm = ความหนาของผนังชิ้นงาน (moulding wall thickness)

ในการหา hm

เราจะได�ว+า

d

pt h

hB =

Bt = การบวมตัวของความหนาของผนังชิ้นงาน (Swelling of thickness of parison)

d

pp D

DB =

Bp= การบวมตัวของเส�นผ+านศูนย$กลางของ parison (Swelling of parison diameter)

เพราะฉะนั้น dpp DBD =

เราสามารถแสดงได�ว+า

2pt BB =

ดังนั้น

2

=

d

p

d

p

D

D

h

h หรือ ( )2pdp Bhh =

ในการเป�าขยายให�เท+ากับเส�นผ+านศูนย$กลางของแม+พิมพ$ Dm และสมมติว+าวัสดุมีปริมาณท่ี

คงท่ีและไม+มีการดึงยืดออกจะได�ว+า

mmpp hDhD π=π

Page 15: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

62

( ) ( )

m

dd3p

m

m

2pddp

m

2pdp

m

ppm

D

DhBh

D

BhDB

D

BhD

D

hDh

=

===

เพราะฉะนั้นถ�าทราบขนาดของหัวฉีด เส�นผ+านศูนย$กลางแม+พิมพ$ และ อัตราการบวมตัวของ

เส�นผ+านศูนย$กลางของ parison เราก็สามารถหาค+าความหนาของผนังผลิตภัณฑ$ได� ซ่ึง Bp สามารถ

หาได�จากการวัดโดยตรงหรือจาก Bt โดย

tp BB =

การบวมตัวของความหนาของผนังขวดสามารถหาได�ง+ายจากการวัด

ตัวอยKางการคํานวณ

หาความหนาของผนังของภาชนะท่ีได�จากการเป�าซ่ึงทําโดยการใช�หัวฉีดท่ีมีเส�นผ+านศูนย$กลาง

ภายใน (inner diameter) เท+ากับ 40 mm. และ เส�นผ+านศูนย$กลางภายนอก (outer diameter)

เท+ากับ 44 mm. ถ�ามีค+าอัตราการบวมตัวของความหนาของผนัง parison เท+ากับ 2.3 และ

แม+พิมพ$ของบรรจุภัณฑ$นี้มีเส�นผ+านศูนย$กลางเท+ากับ 100 mm.

วิธีการคํานวณ

( )

( )

( ) mm93.2100

422517.1h

mm4240442

1D

517.13.2B

mm240442

1h

3m

d

p

d

=××=

=+=

==

=−=

เราสามารถหาค+าความดันสูงสุด (maximum pressure) ท่ีจะเป�นไปได�ในการหลีกเลี่ยงการฉีกขาด

ของ parison โดยใช�ข�อมูลดังต+อไปนี้

ค+าความทนต+อแรงดึง (Tensile strength) ของ parison ก่ึงหลอม = 107 Nm-2

สูตรบาร$โล (Barlow formula) ซ่ึงจะสัมพันธ$กับความเค�นฮูป (hoop stress) ขนาด

(dimension) และ ความดันภายใน (internal pressure) ของท+อจะเขียนได�ว+า

Page 16: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

63

D

h2P

h2

PD

σ=

เม่ือ σ คือ ความเค�นฮูป ( hoop stress)

P คือ ความดันภายใน (internal pressure)

D คือ เส�นผ+านศูนย$กลางของท+อ (diameter of pipe)

h คือ ความหนาของผนัง (wall thickness)

และจากตัวอย+างนี้

h = hm = 2.93 mm

และ

D = Dm = 100 mm

ค+าความเค�นสูงสุดท่ีจะเป�นไปได�ในการหลีกเลี่ยงการฉีกขาดของ parison คือ ค+าความทนต+อแรงดึง

ของวัสดุซ่ึงมีค+าเท+ากับ 107 Nm-2 หรือ 10 MPa

ดังนั้น ค+าความดันสูงสุด (P) จะมีค+าดังนี้

MPa59.0100

93.2210P =

××=

3.2.2 สมบัติของผลิตภัณฑQ

ผลกระทบของการมีสัมประสิทธิ์ของการแผ+ขยายตัวทางความร�อน (coefficients of

thermal expansion) ของพอลิเมอร$ท่ีสูงคือการมีความหดตัวท่ีสูงข้ึนเม่ือชิ้นงานเย็นตัวลงและ

ผลกระทบนี้จะเพ่ิมปริมาณข้ึนเม่ือชิ้นงานเป�นพอลิเมอร$ก่ึงผลึกเพราะจะเกิดการเปลี่ยนแปลงความ

หนาแน+นเม่ือชิ้นงานนั้นเกิดการตกผลึก

ถ�าพิจารณาทางเศรษฐศาสตร$คือความต�องการวงจรการทํางาน (Cycle time) ท่ีสั้นนั่นก็คือ

การนําชิ้นงานออกจากแม+พิมพ$ด�วยเวลาท่ีเร็วท่ีสุดและอุณหภูมิสูงท่ีสุดเท+าท่ีจะเป�นไปได� แต+การ

กระทําดังกล+าวจะทําให�เกิดการหดตัวต+อไปในชิ้นงาน ในทางกลับกัน การมีเวลาในแม+พิมพ$นานข้ึนจะ

ทําให�ชิ้นงานเย็นตัวลงอย+างสมบูรณ$มากข้ึนและอาจจะให�พ้ืนผิวและรูปร+างผลิตภัณฑ$ดีข้ึนแต+ก็จะทํา

ให�ราคาต�นทุนการผลิตสูง

Page 17: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

64

ลักษณะพ้ืนผิวท่ีดีสุดมักจะเป�นผิวมัน (glossy finish) ซ่ึงจะได�จากพ้ืนผิวแม+พิมพ$ท่ีค+อนข�าง

ขรุขระเล็กน�อย โดยลักษณะภายในของแม+พิมพ$จะเป�นคล�ายทราย (sand blasted surface) ดังนั้น

พ้ืนผิวจริงของแม+พิมพ$จึงไม+ใช+พ้ืนผิวผลิตภัณฑ$ ความมันจะมาจากการอัดรีดเดิมซ่ึงขยายด�วยอากาศ

ถ�าต�องการให�ผิวผลิตภัณฑ$ขรุขระในบางกรณีอาจใช�การให�ความร�อนท่ีผิวแม+พิมพ$เป�นเวลาหนึ่งเพ่ือให�

พอลิเมอร$ไหลก+อนท่ีจะแข็งตัว

สมบัติท่ีสําคัญในขวดท่ีเป�าจะข้ึนกับความแข็ง (stiffness) ของผนังโดยความแข็งนี้จะข้ึนกับ

ความหนาของผนัง

ความแข็งของส+วนประกอบใดๆ จะสัมพันธ$กับความหนาโดยกฎยกกําลังสาม (cube law)

และยังข้ึนกับค+า flexural modulus ของวัสดุ ซ่ึงสําหรับพอลิเมอร$ ค+านี้จะมีความสัมพันธ$กับ

ปริมาณผลึก โดยเม่ือความหนาแน+นของพอลิเมอร$เพ่ิมข้ึน ปริมาณผลึกก็จะเพ่ิมข้ึน

ค+าความแข็งและความหนาแน+นของขวดท่ีทําจากพอลีเอทธีลีนจะเปลี่ยนไปไม+เฉพาะระหว+าง

พอลิเอทธีลีนแต+ละเกรดแต+ยังภายใน Batch ถ�าปFจจัยท่ีใช�ในการข้ึนรูป (processing conditions)

ไม+คงท่ี

ขวดซ่ึงเอาออกมาจากแม+พิมพ$ท่ีอุ+นและใช�อากาศเป�าให�เย็นก+อนการบรรจุกล+องจะแข็งแรง

น�อยกว+าขวดซ่ึงบรรจุลงในกล+องขณะท่ียังอุ+นอยู+ แต+ก็ยังแข็งกว+าขวดซ่ึงทําให�เย็นลงในแม+พิมพ$เลย

โดยเฉพาะถ�าใช�น้ําเย็นหล+อในแม+พิมพ$ให�เย็น เหตุผลนั้นก็คือการทําให�เย็นตัวลงอย+างช�า ๆ จะทําให�

ผลึกเกิดข้ึนมากกว+าเดิมและได�ผลึกขนาดใหญ+

การนําผลิตภัณฑ$ออกจากแม+พิมพ$และการบรรจุผลิตภัณฑ$ลงในหีบห+อในขณะท่ีค+อนข�างอุ+น

อาจเป�นวิธีการท่ีประหยัดดีท่ีสุดไม+เพียงแต+วงจรการผลิตจะสั้นเท+านั้นแต+ยังสามารถผลิตขวดท่ีบาง

กว+าได�โดยได�ความแข็งแรงท่ีกําหนด

ในทางเดียวกัน บางครั้งเรายังสามารถข้ึนรูปขวดได�โดยใช� HDPE ซ่ึงถึงแม�จะมีราคาแพง

กว+า LDPE เพราะมีปริมาณผลึกท่ีมากกว+าและทําให�ผลิตขวดท่ีบางกว+าได�โดยได�ความแข็งท่ีต�องการ

3.3 Injection Blow Molding

3.3.1. หลักการพ้ืนฐาน

Injection blow molding กลายเป�นกระบวนการข้ึนรูปท่ีสําคัญในระยะหลังจนกระท่ังถึง

ปFจจุบันด�วยเป�นกระบวนการท่ีใช�ในการผลิตขวดน้ําอัดลม สิ่งท่ีแตกต+างจาก extrusion blow

molding ท่ีกล+าวในหัวข�อก+อนหน�านี้ คือ การใช� preform ซ่ึงข้ึนรูปโดยการฉีด แทนการใช� parison

Page 18: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

65

ซ่ึงได�จากการอัดรีดโดยตรง preform จะถูกข้ึนรูปในแม+พิมพ$ท่ีเย็นมาก เพ่ือป�องกันไม+ให�พอลิเมอร$

สามารถตกผลึกได�ทันจึงทําให� preform มีสถานะเป�น amorphous และมีลักษณะใส หลังจากข้ึนรูป

preform ด�วยกระบวนการฉีดแล�ว จึงนํา preform ไปอบให�ความร�อนแล�วนําไปเข�าแม+พิมพ$เป�าเป�น

บรรจุภัณฑ$

วงจรการทํางานของ Injection blow molding แสดงในรูปท่ี 3.14

รูปท่ี 3. 14 วงจรการทํางานของ injection blow molding

ในปFจจุบัน Injection blow molding ท่ีมีบทบาทสําคัญและจะกล+าวถึงต+อไปนี้จะเป�น

injection stretch blow molding ซ่ึงจะเพ่ิมกระบวนการยืด (stretch) พร�อมการเป�า

โดยท่ัวไปจะใช�สารหล+อเย็นท่ีมีอุณหภูมิต่ําเพ่ือทําให� preform เย็นลงอย+างรวดเร็ว

(quench) ให�อยู+ในสถานะอสัณฐาน จากนั้น preform จะถูกให�ความร�อน (reheat) อีกครั้งให�เกิน Tg

และจากนั้นจะถูกยืดและเป�า (stretch blown)

Stretch blowing จะทําโดยการผลัก blow pin เข�าไปเพ่ือให� preform ยืดลงไปพร�อมกับ

เป�าให�ได�การขยายตัวในแนวรัศมี (radial expansion) กระบวนการนี้จึงถือได�ว+าเป�นการจัดเรียงตัว 2

ทิศทาง (biaxial orientation)

วงจรการทํางานของ Injection stretch blow molding แสดงในรูปท่ี 3. 15

Page 19: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

66

รูปท่ี 3. 15 วงจรการทํางานของ injection stretch blow molding

ลักษณะการยืดพร�อมเป�าในกระบวนการ Injection stretch blow molding แสดงในรูปท่ี 3.16

รูปท่ี 3.16 ลักษณะการยืดพร�อมเป�าในกระบวนการ injection stretch blow molding

Page 20: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

67

ดังท่ีได�กล+าวมาแล�วในข�างต�นว+า preform จะเตรียมได�จากกระบวนการฉีด สิ่งท่ีสําคัญในการ

ฉีด preform คือการควบคุมไม+ให�เกิดผลึกในระหว+างกระบวนการฉีด เพ่ือให� preform มีความใสเม่ือ

นําไปยืดและเป�า ขวดท่ีได�จะยังคงมีความใสอยู+ ถ�า preform เกิดผลึกในข้ันตอนการฉีด จะสามารถ

สังเกตเห็นความขุ+นของ preform โดยเฉพาะท่ีบริเวณก�นท่ีเป�นตําแหน+งของ gate ซ่ึงนับเป�นจุดท่ี

ร�อนท่ีสุดของ preform เพราะเป�นปากทางท่ีพอลิเมอร$หลอมฉีดเข�ามาในแม+พิมพ$ ภาพถ+ายแสดง

รูปแบบและขนาดต+างๆของ preform แสดงในรูปท่ี 3.18

รูปท่ี 3.17 ภาพถ+ายแสดงรูปแบบและขนาดต+างๆของ preform

ในการผลิต preform นิยมใช�แม+พิมพ$ท่ีมีจํานวน cavity มาก ซ่ึงอาจสูงถึง 96 cavity เพ่ือให�

การฉีดครั้งหนึ่งได�ปริมาณการผลิตสูง ภาพถ+ายแสดงแม+พิมพ$ท่ีใช�ในการผลิต preform แสดงในรูปท่ี

3.19 จะเห็นว+า ด�านซ�ายจะมีแกนยื่นออกมาท่ีเรียกว+า core pin เม่ือประกบ plate ท้ังซ�ายและขวา

เนื้อท่ีว+างท่ีเหลือคือบริเวณท่ีพอลิเมอร$หลอมจะถูกฉีดเข�ามาทําให�เกิดรูปร+างของ preform ข้ึน

รูปท่ี 3.18 ภาพถ+ายแสดงแม+พิมพ$ 32 cavity ท่ีใช�ในการผลิต preform

Page 21: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

68

พอลิเมอร$ท่ีสําคัญท่ีใช�กันมากท่ีสุดในการข้ึนรูปแบบ injection stretch blow molding คือ

พีอีที (PET) โดยใช�ในการผลิตขวดบรรจุน้ําอัดลม ซ่ึงเข�ามาแทนท่ีขวดท่ีทําด�วยแก�วเนื่องจากขวดแก�ว

จะมีน้ําหนักมากและแตกง+าย

สิ่งท่ีน+าสนใจอีกประการหนึ่งคือ อิทธิพลของวิกฤติการณ$น้ํามันราคาแพงจะส+งผลต+อการผลิต

แก�วและอะลูมิเนียม เนื่องจากพลังงานท่ีใช�ในการผลิตวัสดุท้ังสองจะราคาแพงกว+าพลาสติกเนื่องจาก

ในการผลิตแก�วจะต�องใช�อุณหภูมิสูงมาก พอลิเมอร$ท่ีนํามาใช�ในการทําขวด เช+น พีวีซี แซน

(Styrene-Acrylonitride, SAN) และพีอีที และนอกจากนั้นยังมีการใช� พีวีซีสําหรับบรรจุภัณฑ$ท่ี

ต�องการลดการแพร+ผ+านของอากาศ

3.3.2 ข4อจํากัดของขวดใหมK

สิ่งท่ีต�องการในขวดใหม+มาจากสิ่งท่ีบรรจุอยู+ในขวดเช+น โค�ก ซ่ึงเป�นสารท่ีมีคาร$บอนไดออกไซด$ สูงถึง

4 ต+อ 1 ของปริมาตรของเหลวท่ีบรรจุความดันท่ีบริเวณส+วนหัวอาจเกิน 5 atm ในท่ีท่ีมีอุณหภูมิสูง

เช+น ภายในรถ สิ่งท่ีต�องการหลักเพ่ือท่ีจะให�สามารถรับความดันนี้ได� ได�แก+

1) ต�องไม+สูญเสียก�าซ

2) ไม+แตก

3) ไม+เปลี่ยนรูปร+าง

โดยการทดสอบท่ีตรวจสอบหลังจากเก็บไว� 120 วัน ท่ี 23°C ควรจะพบว+า

1) มีการสูญเสีย CO2 น�อยกว+า 15%

2) รสชาติไม+เปลี่ยน

3) ไม+มีการเปลี่ยนรูปร+าง

4) ปริมาณของเหลวในขวดไม+ลดลง

5) ขวดท่ีบรรจุน้ําอัดลมเต็มควรตกไม+แตกในระยะความสูง 2 เมตร

3.3.3 เกณฑQการผลิต

ดังท่ีได�กล+าวมาแล�ว ขวดผลิตได�โดยการเป�า preform ท่ีได�มาจากการข้ึนรูปแบบฉีดหลังจาก

การให�ความร�อนอีกครั้งระหว+างการฉีด ความเร็วในการฉีดจะถูกจํากัดโดยการควบคุมความดันท่ีใช�ใน

การฉีดเพ่ือป�องกันการเกิดผลึก spherulite ในพอลิเมอร$โดยการเกิดผลึกจากการเหนี่ยวนําจากแรง

เฉือนซ่ึงผลึก spherulite ท่ีเกิดข้ึนจะทําให�เกิดความขุ+นมัวข้ึนในขวดซ่ึงไม+เป�นท่ียอมรับ

Page 22: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

69

สิ่งสําคัญอีกประการ คือ การควบคุมอุณหภูมิพอลิเมอร$หลอมในเครื่องฉีดเพ่ือทําให�แน+ใจได�

ว+าบริเวณท่ีเป�นผลึก (Crystalline domain) ได�หลอมละลายหมดแล�ว แต+ก็จะต�องหลีกเลี่ยงการ

เกิดอะซี-ตอลดีไฮด$ (acetaldehyde) จากกระบวนการเสื่อมสภาพของพอลิเมอร$ท่ีอุณหภูมิสูง ดังนั้น

อุณหภูมิท่ีเหมาะสมจะอยู+ประมาณ 250°C อะซีตอลดีไฮด$จะทําให�รสชาติของน้ําท่ีบรรจุอยู+ในขวด

เสียไปท่ีความเข�มข�นตํ่ามาก ๆ

ความหนาของผนัง preform จะจํากัดอยู+ท่ี 4.2 mm โดยอัตราการหล+อเย็นในเครื่องฉีด

(cooling rate) และอัตราการให�ความร�อนอีกครั้ง (reheat rate) ก+อนการเป�า

จากนั้น preform จะถูกทําให�เย็นลงอย+างรวดเร็วเพ่ือให�คงสถานะอสัณฐาน กระบวนการให�

ความร�อนอีกครั้งมักทําโดยการใช�เครื่องให�กําเนิดความร�อนอินฟาเรดท่ีอุณหภูมิเกินTg(ประมาณ

95°C) และ stretch-blow ratio จะประมาณ 3.5x3.5หรือประมาณ 10 เท+า โดยส+วนรวม ซ่ึงจะให�

ค+าความหนาของผนังเท+ากับ 0.4 mm.

3.3.4 ทําไมจึงเลือกใช4 PET และเลือกกระบวนการ stretch blow

ปFญหาท่ีเกิดข้ึนกับพอลิเมอร$ท่ีจะเลือกมาบรรจุน้ําอัดลมนั่นคือ ความสามารถในการรักษา

ความดันจากคาร$บอนไดออกไซด$ ซ่ึงสิ่งนี้จะข้ึนกับความสามารถในการยอมให�ก�าซผ+านเข�าออก (gas

permeability) ข อ งพ อลิ เม อ ร$ ซ่ึ ง พี อี ที ถื อ ได� ว+ า เป� น พ วก ท่ี ไม+ ย อ ม ให� ก� าซ ผ+ าน เข� าออ ก

(impermeable) ดังแสดงในตารางท่ี 3.1

ตารางท่ี 3.1 Relative permeability to gases ของพอลิเมอร$ชนิดต+างๆ

พอลิเมอร$ Relative permeability

PET

PVC

HDPE

PP ( orientated )

LDPE

1

2

52

57

114

แต+อย+างไรก็ตาม การจะใช�งานพอลิเมอร$ท่ีเป�นผลึกท้ังหลายเช+น พีอีทีจะต�องพิจารณาถึง

โครงสร�างผลึก

Page 23: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

70

พีอีทีเป�นตัวอย+างหนึ่งของพอลิเมอร$ท่ีปริมาณผลึกของมันสามารถควบคุมได�ด�วยกระบวนการ

ตกผลึก คล�ายกับในพีวีซีหรือพีพี แต+ถ�าเป�น อะซีตอล หรือไนลอน ซ่ึงตกผลึกรวดเร็วในเวลาเดียวกัน

จะไม+สามารถนํามาข้ึนรูปโดยวิธีนี้ได�

ถ�าเราเริ่มต�นหลอมพีอีทีท่ีช+วงอุณหภูมิ 250-280°C และทําให�เย็นตัวอย+างรวดเร็ว เราจะได�

ของแข็งอสัณฐาน ซ่ึงมี Tg ประมาณ 80°C และจะอ+อนตัวท่ีเหนืออุณหภูมินี้

ถ�าพอลิเมอร$หลอมนี้ ถูกทําให�เย็นตัวลงอย+างช�า ๆ จะเกิดผลึก spherulite ขนาดใหญ+ ให�

วัสดุ ซ่ึงมีความแข็งและทึบแสดงโดยมีจุดหลอมของผลึก (crystalline melting point) ท่ี 265°C

ถ�าของแข็งอสัณฐานนี้ถูกให�ความร�อนอีกครั้งท่ีอุณหภูมิเกิน Tg (95-100°C) และถูกดึงยืด

ออกจะเกิดผลึกท่ีเกิดจากการเหนียวนําจากแรงเฉือน (stress-induced crystal) ข้ึน ซ่ึงผลึกเหล+านี้

จะมีขนาดเล็กและผลิตภัณฑ$ท่ีได�ก็จะโปร+งใส วัตถุนี้จะมีความเหนียวและแข็งกว+าสสารในรูปท่ีเป�น

อสัณฐาน

ถ�าชิ้นงานท่ีมีผลึกท่ีจัดเรียงตัวอย+างเป�นระเบียบนี้ถูกให�ความร�อนต+อไปถึง 150°C ปริมาณ

ผลึกก็จะเพ่ิมข้ึนและสมบัติทางกายภาพก็จะดีข้ึนด�วย นอกจากนี้ความทนต+ออุณหภูมิก็จะดีข้ึนด�วย

กระบวนการท่ีกล+าวมานี้เรียกว+า heat setting stage ซ่ึงใช�ในการผลิตไฟเบอร$และฟ[ล$ม

ระยะต+าง ๆ ของการผลิตพีอีทีแสดงในตารางท่ี 3.2

ตารางท่ี 3.2 ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงปริมาณผลึกในพีอีที

Process Tensile strength ( MPa )

Quench

Cool slowly

Stretcch

Linear

Biaxially

Heat set

Amorphous, Tg 80 0C

Spherulites , brittle, Tg 250 0C

Fiber

Film, bottles

Fiber, film 40% crystalline

55

170

350

ขวดท่ีไม+ได�ผ+านกระบวนการ Heat set จะมีความเสถียรท่ีอุณหภูมิไม+เกิน 60°C สําหรับ

heat set film จะใช�สําหรับบรรจุอาหารพวก boil-in-the-bag ซ่ึงจะเสถียรถึง อุณหภูมิ 100°C

สิ่งสําคัญท่ีเราต�องตระหนักไว�คือ พอลิเมอร$ท่ีตกผลึก เช+น พีอีทีและพีพี เม่ือจะใช�ใน

กระบวนการ Stretch-blow จะต�องทําให�เย็นตัวอย+างรวดเร็วเพ่ือให�ได�ของแข็งอสัณฐานก+อนท่ีจะ

} 25% crystallline

Page 24: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

71

นําไปให�ความร�อนท่ีอุณหภูมิเกิน Tg เพ่ือให�เกิดการตกผลึกโดยการเหนี่ยวนําจากแรงเฉือน แต+พวกพอ

ลิเมอร$ท่ีไม+สามารถตกผลึกได� ก็อาจผลิตได�โดยกระบวนการ stretch-blow ซ่ึงการจัดเรียงตัวใน

ทิศทางเดียวของสายโซ+พอลิเมอร$ก็อาจมีส+วนช+วยปรับปรุงสมบัติได� แต+พอลิเมอร$เหล+านี้ก็จะข้ึนรูปจาก

การทําให�พอลิเมอร$หลอมเย็น

ถ�าใช�ในวิธีการเดียวกันนี้กับพีอีที เช+น ทําให�เย็นลงไปถึง 160°C ก็จะเกิด spherulitic

nuclei ข้ึนระหว+างการหล+อเย็นและการพยายามทํา stretch-blow ก็ไม+สามารถทําให�เกิดสมบัติท่ีดี

ข้ึนได� และขนาดของ spherulite ท่ีใหญ+ก็ยังทําให�ผลิตภัณฑ$ทึบแสงอีกด�วย

3.3.5 พีอีทีกับอนาคตของขวดบรรจุน้ําอัดลม

เนื่องจากความต่ืนตัวในด�านการลดสภาวะโลกร�อนโดยการออกกฎหมายควบคุมการใช�

ปริมาณพลาสติกท่ีย+อยสลายไม+ได�ทําให�บริษัทผู�ผลิตขวดบรรจุน้ําอัดลมท่ีใช�พีอีทีซ่ึงเป�นพอลิเอสเตอร$

ท่ีได�จากการสังเคราะห$จากอุตสาหกรรมป[โตรเคมีเป�นวัตถุดิบ เริ่มใช�พลาสติกท่ีได�จากธรรมชาติ โดย

บริษัท PepsiCo ประกาศจะใช�ขวดบรรจุน้ําอัดลมท่ีผลิตจากพลาสติกท่ีได�จากพืชธรรมชาติ 100 %

แทนท่ีขวดพีอีที ซ่ึงจะเริ่มทดสอบการใช�งานในปVค.ศ. 2012

รูปท่ี 3.19 ขวดบรรจุน้ําอัดลมของ PepsiCo ท่ีผลิตจากพืช 100 %

อนาคตของพลาสติกชีวภาพท่ีย+อยสลายได�ทางชีวภาพในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ$กําลังเป�นท่ีจับตา

มอง โดยปริมาณพลาสติกท่ีย+อยสลายได�ทางชีวภาพท่ีใช�ในวงการบรรจุภัณฑ$ในปV คศ. 2010 แสดงใน

รูปท่ี 3.20

Page 25: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

72

รูปท่ี 3.20 ตลาดบรรจุภัณฑ$พลาสติกชีวภาพท่ัวโลกแยกตามชนิดของวัสดุในปV คศ.2010

(http://pakbec.blogspot.com)

Page 26: บทที่ 3 - eng.sut.ac.theng.sut.ac.th/polymer/2015/newversion/... · 1) Extrusion blow molding 2) Injection blow molding และ Injection stretch blow molding ในปFจจุบันเทคนิคที่นิยมใชˇในการผลิตบรรจุภัณฑ$ที่มีลักษณะกลวงภายใน

73

คําถามท4ายบท

1. จงบอกลักษณะของผลิตภัณฑ$ท่ีได�จากกระบวนการ extrusion blow molding และ injection

stretch blow molding

2. เพราะเหตุใดผลิตภัณฑ$ท่ีได�จากกระบวนการ extrusion blow molding และ injection stretch

blow molding จึงมีความแตกต+างกัน

3. ผลิตภัณฑ$ท่ีแสดงในรูปด�านล+างนี้ได�จากกระบวนการใด เพราะเหตุใด