Получение полимерных пленочных материалов

Пленки – это тонкие полимерные материалы толщиной до 100-200 мкр. без основы. Основным сырьем для производства пленок является ПЭ, ПП, ПА, ПВХ, ПС, ПВС, ПЭТФ и др. Наиболее крупнотоннажными из перечисленных, которые преимущественно используются в легкой индустрии, являются ПЭ, ПЭТФ и реже ПА. Пленки можно получать из расплавов, растворов и дисперсии. Наиболее распространенный способ получения пленок (95%) – получение из расплавов. По структуре пленки делят на пористые, монолитные, пористо-монолитные, однослойные, многослойные и армированные.

Основными способами получения пленок из расплавов являются:

1. Метод экструзии.

2. Метод каландрования.

3. Переносной метод.

Метод экструзии

Имеет две разновидности:

1. Метод экструзии рукава с раздувом – продавливание расплава через кольцевую головку экструдера.

2. Метод плоскощелевой экструзии – продавливание расплава через плоскощелевую головку экструдера.

С последующей фиксацией структуры в обоих случаях методом охлаждения.

Технология получения пленок методом экструзии рукава с раздувом

Наиболее распространенный из всех способов производства пленок. Основное сырье ПЭ высокого давления (низкой плотности), но можно использовать и другие марки ПЭНД, ПП, ПС, ПВХ и другие полимеры.

Сырье для данного метода представляет собой гранулы ПЭ, которые могут быть прозрачными или окрашенными в массе, в этом случае получают полупрозрачные окрашенные пленки. Часто для получения окрашенных пленок добавляют суперконцентрат – гранулированный краситель (пигмент), распределенный в матрице полимера.

Преимущества метода:

– гибкость и универсальность;

– простота;

– возможность получения пленок разной толщины и разной степени ориентации;

– отсутствие отходов;

– возможность получения пленок шириной до 24 м;

– возможность получения многослойных пленок;

– возможность одновременного получения рукавной пленки и заполнения рукава сыпучими ингредиентами (продуктами).

Недостатки:

– большие энергозатраты;

– большие габариты оборудования;

–требования по высоте цехов и отсутствию сквозняков;

Блок схема производства блок – схема производства

			Анализ сырья и материалов
			↓
			Подача гранул в загрузочную воронку экструдера
			↓
			Нагрев, смешение пластикация, плавление и гомогенизация расплава
			↓
			Формирование расплава в кольцевой головке экструдера
			↓
			Раздув рукава и его одновременное охлаждение
			↓
			Намотка пленки с одновременной обрезкой кромок и (или) разрезанием рукава
			↓
			Сортировка, маркировка, упаковка

Для реализации этой блок – схемы используется оборудование, представляющее собой агрегаты со следующей маркировкой:

АРП – агрегат рукавной пленки;

УРП – установка по производству рукавной пленки;

АРП – 1500 – 45 ( 1500- ширина пленки, 45 – диаметр червяка экструдера)

Иногда маркируется не сама установка, а только экструдер УП – 20 - 25 червячный, 20– диаметр червяка, 25 – соотношение червяка и его диаметра. УП –2 – 20 – 25 (двухчервячный экструдер).

Формирование рукава может осуществляться вертикально (1) или горизонтально(2), что зависит от конструкции установки. У вертикального раздува есть преимущество. При переходе с одной ширины на другую не надо менять кольцевую головку, а изменить лишь степень раздува. Только при вертикальном раздуве можно получать как изотропные, так и ориентационные пленки.

Схема

1

Схема 2

1. дозирующий бункер;

2. экструдер;

3. 3-угловая (схема 1) или прямоточная (схема2) кольцевая головка;

4. рукав;

5. приспособление для складывания рукава – щечки;

6. тянульные валы (приемные);

7. направляющие валики;

8. устройство для разрезания рукава или обрезки кромок;

9. намоточное устройство.

Схема работает следующим образом:

Гранулы сырья, предварительно прошедшие анализ на соответствие требованиям ТУ, через загрузочный бункер подаются в загрузочную воронку литьевого экструдера. В результате прохождения полимера через цилиндр экструдера происходят процессы пластикации, плавления, гомогенизации расплава. При этом температура регулируется по зонам. Для ПЭВД ( Т пл = 103-110°С) температура по зонам составляет от 125 до 145° С. Для ПЭНД ( Т пл= 125-145°С) температура по зонам составляет от 140 до 185° С, Для ПП ( Т пл=170-190°С) 185-245°С

Расплав полимера, пойдя экструдер, под давлением продавливается через кольцевую головку. Кольцевой канал – это зазор между дорном и мундштуком. Толщина канала может регулироваться и составляет она от 0,35 до 1 мм (для однослойных пленок). Дорн закреплен с помощью дорнодержателя, который рассекает расплав на струйки, которые, пройдя через канал, вновь собираются вместе. Как правило, кольцевая головка осцилисцирующая, т. е находится в колебании, для обеспечения однородности пленки. Между экструдером и головкой стоит фильтр. После выхода расплава из головки он подвергается раздуву при одновременном растяжении вдоль направления движения. Охлаждение осуществляется холодным воздухом, который подается снизу и снаружи через охлаждающееся обдувочное кольцо. Обдувочное кольцо может перемещаться по рукаву и тем самым происходит изменение положения линии кристаллизации. Степень раздува обозначается Ер = Др/Дд отношение диаметра рукава к диаметру дорна. Степень раздува определяется продольной вытяжкой Ер = Vв/Vэ – отношение скорости вытяжки к скорости экструзии.

Схема формирования рукава

В зоне 1 – ниже линии кристаллизации происходит разбухание экструдата, и неустойчивое течение расплава вследствие чего происходит накопление высокоэластических деформаций, происходит раздув трубчатой заготовки, охлаждение рукава и кристаллизация расплава. При этом форма рукава и положение линии кристаллизации могут быть различными. А – очень медленное охлаждение (пленка ориентируется преимущественно вдоль); В – быстрое охлаждение, доля высокоэластической деформации очень большая и пленка обладает большой усадкой до 20-40 %; Б – оптимальное охлаждение, пленка одновременно ориентирована и вдоль и поперек, минимальная усадка, и минимальная анизотропия свойств.