ข้อบกพร่องทั่วไปและวิธีแก้ไขสำหรับการฉีดขึ้นรูปพรีฟอร์ม PET

ในกระบวนการผลิตขวด PET โดยการฉีดขึ้นรูป แม้ว่าจะมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง แต่ก็ยังมีข้อบกพร่องต่างๆ เกิดขึ้นเป็นระยะๆ การเข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงข้อบกพร่องที่พบบ่อยและสาเหตุของมัน รวมถึงแนวทางแก้ไขที่มีประสิทธิภาพ ถือเป็นสิ่งสำคัญที่จะรับประกันคุณภาพของการผลิตขวด PET

 

ข้อบกพร่องบนพื้นผิวส่วนปากขวดที่ใช้สำหรับปิดผนึก

ความแม่นยำของพื้นผิวปิดผนึกปากขวดมีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับสมรรถนะการปิดผนึกของขวด PET ในกระบวนการผลิตจริง แม้กระทั่งขนาดของปากขวดจะเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความคลาดเคลื่อน แต่ก็อาจเกิดลักษณะไม่สม่ำเสมอในระดับจุลภาคบนพื้นผิวที่ปิดผนึก ซึ่งอาจก่อให้เกิดการรั่วของอากาศหลังจากขันฝาขวดแล้ว สาเหตุหลักมาจากความหยาบของพื้นผิวแม่พิมพ์ในระดับจุลภาคนั้นไม่เพียงพอ ความแปรปรวนของแรงดันในการฉีดขึ้นรูป และแรงดันลดลงอย่างรวดเร็วเกินไปในช่วงการรักษาแรงดัน แนวทางแก้ไขปัญหาเฉพาะเจาะจง ได้แก่ การใช้เทคโนโลยีการกัดด้วยไฟฟ้าความแม่นยำสูงเพื่อขัดผิวปิดผนึกของแม่พิมพ์ให้เงาเหมือนกระจก และควบคุมค่าความหยาบของพื้นผิว Ra ให้อยู่ต่ำกว่า 0.2 ไมครอน การนำระบบไฮดรอลิกแบบเซอร์โวเข้ามาใช้เพื่อให้เกิดการลดแรงดันแบบเชิงเส้นในช่วงการรักษาแรงดัน เพื่อป้องกันการหดตัวและเสียรูปของพื้นผิวปิดผนึกอันเนื่องมาจากการลดแรงดันแบบฉับพลัน รวมถึงการพัฒนาอุปกรณ์ทดสอบเฉพาะทางเพื่อใช้เครื่องวัดแบบอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์เลเซอร์สแกนรูปทรงสามมิติของพื้นผิวปิดผนึกปากขวด เพิ่มความแม่นยำในการตรวจสอบให้สูงถึง 0.1 ไมครอน เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการตรวจสอบ 100% จะได้รับอนุญาตให้เข้าสู่ตลาด

จุดรวมความเครียดที่เหลืออยู่

จุดรวมความเครียดมักเกิดขึ้นได้ง่ายที่รากเกลียว ส่วนเปลี่ยนผ่านของบ่า และส่วนอื่นๆ ของตัวขวดอ่อน (bottle embryo) เนื่องจากปัญหาด้านการออกแบบหรือกระบวนการผลิต พื้นที่เล็กๆ เหล่านี้จะต้องเผชิญกับแรงโหลดที่มากเกินไปในท้องถิ่นระหว่างกระบวนการเป่าขวดหรือการบรรจุ ซึ่งอาจนำไปสู่การเกิดรอยร้าว แบบจำลองการออกแบบแบบดั้งเดิมมักพึ่งพาสูตรคำนวณเชิงประจักษ์ และไม่สามารถทำนายการกระจายแรงได้อย่างแม่นยำ ในขณะที่การปั่นป่วนของเนื้อพลาสติกหลอมเหลวและการเย็นตัวที่ไม่สม่ำเสมอในระหว่างกระบวนการฉีดขึ้นรูปยังส่งผลให้ความเครียดรวมตัวกันมากยิ่งขึ้น

นวัตกรรมเริ่มต้นจากกระบวนการออกแบบ โดยใช้ซอฟต์แวร์วิเคราะห์ด้วยวิธีไฟไนต์อีเลเมนต์ (Finite Element Analysis) เพื่อจำลองและปรับปรุงโครงสร้างของขวดต้นแบบ ด้วยการปรับค่าพารามิเตอร์ต่าง ๆ เช่น รัศมีของส่วนโค้ง (fillet radius) และความลาดชันของความหนาผนัง (wall thickness gradient) สามารถลดค่าความเข้มเครียด (stress concentration factor) ลงได้มากกว่า 30% วางชิ้นส่วนทำความเย็นในแม่พิมพ์เพื่อเพิ่มการควบคุมอุณหภูมิในจุดสำคัญ ทำให้การกระจายแรงเครียดสม่ำเสมอขึ้น ใช้เทคโนโลยีแม่พิมพ์อุณหภูมิแปรผัน (Variable Mold Temperature Injection Molding) ในขั้นตอนการผลิต โดยช่วงที่วัสดุไหลเติมแม่พิมพ์จะเพิ่มอุณหภูมิของแม่พิมพ์เพื่อลดแรงต้านการไหลของเม็ดพลาสติกที่หลอมละลาย และลดอุณหภูมิอย่างรวดเร็วในช่วงเย็นตัว เพื่อลดแรงเครียดตกค้างตั้งแต่ต้นทาง

 

ความหนาผนังขวดต้นแบบไม่สม่ำเสมอ

ความหนาของผนังขวดร่างที่ไม่สม่ำเสมอจะส่งผลต่อกระบวนการเป่าขวดในขั้นต่อไป ทำให้เกิดปัญหา เช่น ขวดบิดงอ และความแข็งแรงไม่เท่ากัน สาเหตุหลักของข้อบกพร่องนี้คือการออกแบบแม่พิมพ์ที่ไม่เหมาะสม การกระจายแรงดันฉีดไม่สม่ำเสมอ และระบบระบายความร้อนที่ไม่เท่ากัน ความแม่นยำของขนาดในช่องแม่พิมพ์ ตำแหน่งและขนาดของทางเข้าจะส่งผลต่อการไหลและการเติมของพอลิเมอร์ในสถานะหลอมเหลว ทำให้เกิดความแตกต่างของความหนาผนัง ยิ่งไปกว่านั้น การระบายความร้อนที่ไม่เท่ากันยังทำให้ชิ้นส่วนต่าง ๆ ของขวดร่างหดตัวไม่เท่ากัน ซึ่งจะยิ่งเพิ่มความไม่สม่ำเสมอของความหนาผนัง

ในการแก้ปัญหานี้ จำเป็นต้องเริ่มต้นตั้งแต่การออกแบบแม่พิมพ์ โดยการใช้ซอฟต์แวร์วิเคราะห์การไหลของแม่พิมพ์เพื่อปรับปรุงโครงสร้างแม่พิมพ์ กำหนดจำนวน ตำแหน่ง และขนาดของเกตอย่างเหมาะสม เพื่อให้มั่นใจได้ว่าเนื้อละลายสามารถเติมเต็มช่องว่างได้อย่างสม่ำเสมอ ในระหว่างกระบวนการผลิต จะต้องควบคุมแรงดันและอัตราการฉีดขึ้นรูปอย่างแม่นยำ พร้อมทั้งใช้วิธีการฉีดแบบแบ่งช่วงเพื่อให้เนื้อละลายเติมเต็มแม่พิมพ์ได้อย่างราบรื่น ควบคู่ไปกับการปรับปรุงระบบระบายความร้อนของแม่พิมพ์ เพื่อให้แน่ใจว่าตัวกลางในการระบายความร้อนกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ ทำให้อัตราการเย็นตัวของแต่ละส่วนในชิ้นงานเริ่มต้นคงที่เท่ากัน

ปัญหาในการถอดชิ้นงานเริ่มต้นออกจากแม่พิมพ์

การถอดชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์มีความยากลำบาก ไม่เพียงแต่ลดประสิทธิภาพการผลิตเท่านั้น แต่ยังทำให้ชิ้นงานเกิดการบิดงอและแตกหักได้ง่าย สาเหตุทั่วไปรวมถึงพื้นผิวแม่พิมพ์มีความหยาบสูง มุมถอดชิ้นงาน (demolding angle) ไม่เพียงพอ การออกแบบระบบถอดชิ้นงานไม่เหมาะสม เป็นต้น หากพื้นผิวแม่พิมพ์ไม่เรียบเนียนพอ แรงเสียดทานระหว่างชิ้นงานกับแม่พิมพ์จะเพิ่มขึ้น และหากมุมถอดชิ้นงานมีขนาดเล็ก หรือตำแหน่งระบบถอดชิ้นงานไม่ถูกต้อง ก็จะทำให้ชิ้นงานถูกถอดออกจากแม่พิมพ์ได้อย่างลื่นไหลยากขึ้น เพื่อแก้ไขปัญหานี้ สามารถขัดเงาพื้นผิวแม่พิมพ์เพื่อลดความหยาบและแรงเสียดทานของพื้นผิวได้ ในขั้นตอนการออกแบบแม่พิมพ์ ควรมีการเพิ่มมุมถอดชิ้นงานให้เหมาะสม โดยทั่วไป มุมถอดชิ้นงานของแม่พิมพ์สำหรับทำชิ้นงาน PET ควรอยู่ระหว่าง 1° ถึง 2° นอกจากนี้ ยังสามารถปรับปรุงการออกแบบระบบถอดชิ้นงานเพื่อให้แน่ใจว่าแรงถอดชิ้นงานถูกกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ เพื่อป้องกันไม่ให้ชิ้นงานเสียหายเนื่องจากแรงที่ไม่สม่ำเสมอ คุณยังสามารถฉีดพ่นสารหล่อลื่น (release agent) บนพื้นผิวแม่พิมพ์ได้อีกด้วย แต่ควรเลือกใช้สารหล่อลื่นที่เป็นไปตามมาตรฐานสุขอนามัยสำหรับอาหาร เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของชิ้นงาน

 

 

ปัญหาด้านคุณภาพของผลิตภัณฑ์ก่อนการเป่า (PET preform) มักเกิดจากหลายปัจจัยที่เกี่ยวข้องกัน ซึ่งจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์อย่างเป็นระบบในด้านต่างๆ เช่น วัตถุดิบ อุปกรณ์ กระบวนการผลิต และสภาพแวดล้อม บริษัทควรมีระบบย้อนกลับด้านคุณภาพแบบครบวงจร เพื่อบันทึกพารามิเตอร์กระบวนการทั้งหมดของแต่ละล็อตสินค้า และจัดเตรียมข้อมูลเพื่อสนับสนุนการปรับปรุงคุณภาพ นอกจากนี้ การเสริมสร้างการฝึกอบรมผู้ปฏิบัติงาน และการมั่นใจว่ามีการปฏิบัติตามขั้นตอนการผลิตอย่างเคร่งครัด จะช่วยให้เกิดการผลิตที่มีเสถียรภาพอย่างแท้จริง