Top Banner
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
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...

May 12, 2020

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
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