1. Теоретичні відомості
Термоусадні полімерні плівки (ТУП) – це одно- або двовісно орієнтовані плівки, здатні при нагріванні скорочуватися і значно міняти свої лінійні розміри. Їх застосовують для захисту картонної упаковки всіх типів від впливу зовнішнього середовища, скріплення виробів або декількох одиниць упаковки, утворюючи індивідуальну, групову або транспортну упаковку.
Застосування ТУП дозволяє зменшити розхід картону, зміцнити, полегшити і здешевити упаковку; забезпечити захист товару від воло-ги, бруду, пороху, механічних пошкоджень; зберігати продукцію у хо-лодильнику, зменшивши вплив вологи на картон; збільшити термін зберігання запакованої продукції; надійно закріпляти картонну тару з продукцією, запобігаючи її несанкціонованого відкривання і пошкод-ження при транспортуванні тощо.
Основним способом виробництва ТУП є екструзія з роздувом (див. рис. 8). Розплав термопластичного полімеру витискається через екструзійну фільєру з кільцевою щілиною, при цьому товщина плівки у порівнянні з шириною щілини зменшується в 10-25 разів. Під дією теплового і силового поля плівковий рукав розтягується у повздовж-ньому (МD) і поперечному (ТD) напрямках. Деформація полімеру, що знаходиться у високоеластичному стані, приводить до виникнення в ньому напружень і направленої двовісної орієнтації молекулярних ланцюгів. Після розтягу матеріал швидко охолоджують і напруження фіксуються в ході наступних процесів склування і кристалізації. При повторному нагріванні полімер переходить у пластичний стан, в ньо-му протікають процеси релаксації, рекристалізації і розорієнтації структури, які викликають усадку полімерної плівки. Величина усадки залежить від природи полімеру, його структури і ступеня орієнтації, а також силової і теплової дії на плівковий матеріал.
Рис. 8. Схема виробництва плівки екструзією через кільцеву фільєру (а) і розріз формуючої головки (б): 1 – екструдер; 2 – формуюча головка; 3 – охолоджувальне кільце; 4 – відтискаючі валики; 5 – намотувальний пристрій
Термоусадні плівки виробляють товщиною 15-250 мкм у вигляді полотна, рукава і напіврукава з більшості кристалічних полімерів (укр/англ): поліетилену низької (ПЕНГ/LDPE) і високої (ПЕВГ/HDPE) густини, лінійного поліетилену низької густини (ЛПЕНГ/LLDPE) і металоценового (м-ЛПЕНГ/m-LLDPE), кополімерів етилену з вініл-ацетатом (СЕВ/EVA), поліпропілену (ПП/PP) і його кополімерів з етиленом (CEП/EPC), поліаміду (ПА/PA) і його кополімерів (Со-ПА/CoPA), а також з деяких аморфних полімерів: кополімерів полі-етилентерефталату (СоПЕТ/CoPET), полівінілхлориду (ПВХ/PVC), полівініліденхлориду (ПВДХ/PVDC), кополімерів на основі бутадієно-вих і ізопренових каучуків та ін. Поширення набули також багатоша-рові термоусадні плівки, для виробництва яких використовуються полімери різної природи.
В цілому орієнтація структури полімерної плівки збільшує її міцність, прозорість, волого-, паро- і газонепроникність. При цьому зменшується відносне видовження, збільшується твердість (жорсткість) і звужується температурний діапазон зварювання плівки.
В залежності від типу і призначення паковання застосовують ТУП з різним ступенем усадки в повздовжньому і поперечному напрямках. Плівки, в яких переважає усадка в повздовжньому або поперечному напрямку (більше 60%), а в іншому – не більше 5-20%, відносяться до моноаксильних (одновісноорієнтованих) ТУП. Біаксильноорієнтовані (двовісноорієнтовані) ТУП мають близькі значення усадки в обох напрямках (45%<MD< 60%, 35%< TD< 50%). Моноаксильні ТУП позначають буквою „О” (наприклад, ОПЕ), а біаксильні – буквами „БО” (наприклад, БОПЕ).
Моноаксильні ТУП, як правило, застосовують для формування упаковки методом обандеролювання (блок всередині рукава плівки), а біаксильні – методом повного обгортання (всестороння обгортка блоку або упаковка у вигляді чохла). Для упаковування сигаретних пачок, кондиторських коробок, касет, дискет тощо застосовують жорсткі малоусадні біаксильноорієнтовані плівки з ПВХ, ПП, СоПА, СоПЕТ і інші, в яких ступінь усадки в напрямках MD і TD менше 7-20%.
Властивості термоусадних плівок оцінюють:
ступенем усадки в %;
температурою усадки в 0С;
напруженням усадки в МПа.
Ступінь усадки – параметр, вибір якого залежить від призначення плівки. Її визначають за зміною лінійних розмірів до і після нагріван-ня полімерної плівки. Для обтягування щільно обгорнутого паковання правильної конфігурації необхідна незначна ступінь усадки, а для скріплення виробів більш складної конфігурації, наприклад пляшок, більш висока.
Температура усадки визначає діапазон, в якому відбувається усадка плівки. Більш низька початкова температура усадки дозволяє запаковувати термочутливі продукти і вироби, використовувати просте і дешеве устаткування. Широкий температурний діапазон усадки плівки більш бажаний, бо при цьому полегшується вибір оптимального технологічного режиму роботи устаткування.
Напруження усадки – це питоме зусилля, яке виникає в плівці при усадці після її охолодження і віднесене до площі поперечного перетину зразка після усадки. Напруження усадки залежить від температури і тривалості нагріву плівки. Що нижча температура, то більше часу потрібно для усадки плівки. Величина усадки при невисоких температурах переважно невелика, а напруження – максимальне. З підвищенням температури ступінь усадки зростає, а напруження падає. Напружений стан плівки після усадки забезпечує щільне скріплення запакованих виробів. Однак, надто великий натяг плівки може спричинити їх деформування або руйнування.