книги из ГПНТБ / Иванюков Д.В. Полипропилен (свойства и применение)

извлечения заготовки из термокамеры «самоопадающую» оправку удаляют. Габариты изделия ограничены только шириной исходного пленочного полотна, достигающей в настоящее время 6 м. Диаметр изделия определяется размером оправки, что позволяет по опи­ санной технологии получить отдельные секции трубопроводов диаметром от нескольких миллиметров до 1 м и более.

Полипропиленовые трубопроводы, полученные описанным спо­ собом из ориентированной пленки, обладают очень высокими пре­ делом прочности при растяжении (8—12 МН/м2) и морозостойкостью

риала, применяемого для производства волокон [63]. Полипропи­ леновое волокно занимает видное место среди синтетических воло­ кон и составляет значительную статью в структуре потребления самого полипропилена.

Малая плотность полипропиленового волокна сочетается с исклю­ чительной его прочностью, высокими эластическими свойствами

иустойчивостью к выцветанию. Полипропиленовое волокно обладает меньшей ползучестью при постоянной нагрузке, чем полиэтиленовое,

испособно выдерживать без изменений воздействие более высоких

температур (примерно на 30—40 °С выше).

Важнейшим достоинством полипропиленового волокна является его универсальность. Полипропиленовое волокно в настоящее время используется для производства разнообразных изделий технического назначения, из которых в первую очередь следует выделить прочные,

20

износостойкие, не подверженные гниению, устойчивые к воздействию химических реагентов и высоких температур фильтровальные ткани; удобные в обращении, не набухающие и, что очень важно, не тону­ щие в морской воде, выдерживающие большие механические на­ грузки буксирные тросы, канаты и ремни; несминаемые и долговеч­ ные обивочные материалы; стойкие к истиранию ковровые изделия

(рис. 1.2) и др.

Для эксплуатации различных изделий важно, что полипропиле­ новые ткани в гораздо меньшей степени накапливают заряды стати­ ческого электричества, чем другие синтетические ткани, почти совер­ шенно не склонны к пиллингу (распушиванию волокна), негигроскопичны, что облегчает и ускоряет сушку изделий после стирки, а по внешнему виду, наощупь и по текстуре очень «нату­ ральны».

Полипропиленовые канаты не уступают по прочности и гибкости найлоновым, но значительно легче (примерно на 20%) и дешевле. Кроме того, они меньше растягиваются.

Все более широкое распространение получают в настоящее время пленочные волокна, что объясняется их высоким качеством и отно­ сительной простотой технологии получения. Промышленное произ­ водство этих материалов освоено в Италии (фирма «Соѵета»), ФРГ

(«Chenschel», «Brückner», «Beifenchäuser»), Франции («Samavor»)

и СССР.

Современный технологический процесс получения пленочных волокон состоит из следующих основных стадий [64]: экструзия пленки через угловую головку кольцевого сечения с последующим раздувом и охлаждением рукава воздухом (либо через плоско-щеле­ вую головку с последующим охлаждением полотна в ванне с водой); резка пленочного полотна на ленты; одноосная ориентация полу­ ченных лент при кратности машинной вытяжки от 5 до 11; термо­ фиксация полученного полуфабриката для повышения стабильности свойств (уменьшения последующих усадочных явлений); «фибрилля­ ция», или локальный надрез пленочных лент во многих местах, осу­ ществляемый быстровращающимся игольчатым барабаном (рис. 1.3).

При ориентации пленки надрезы (проколы) быстро увеличи­ ваются в размерах так, что все полотно приобретает фактуру тонкой сетки (рис. 1.4), состоящей из крупных ячеек. Такую пленку при­ нято называть фибриллированной, хотя, строго говоря, этот термин не совсем точен, так как сетчатая фактура пленочного полотна в дан­ ном случае не имеет непосредственного отношения к надмолекуляр­ ной структуре полимера. Такую фибриллированную пленочную ленту иногда называют кордом. Благодаря сетчатой фактуре, полу­ чаемой в процессе фибрилляции, пленка становится мягкой и легко скручивается. Скручиванием корда на крутильных машинах полу­ чают жгуты, бечевки и шпагаты, употребляемые для упаковки книг, газет, продукции текстильной и швейной промышленности и других киповых товаров. При скручивании шпагатов диаметром 1—5 мм могут быть получены канаты и тросы (рис. 1.5).

21

Рис.

Рис. I. 3. Узел фибрилляціи! технологической установки для производства пленочного полипропиленового волокна 'фирмы «Reifenhäuser».

Современное оборудование позволяет осуществлять очень тонкую фибрилляцию; в результате полученное пленочное волокно мало отличается от волокна, полученного экструзией через фильеру. Выпускаемое в Советском Союзе пленочное волокно имеет суммарную толщину от 300 до 6000 денье при толщине отдельных элементарных нитей от 6 до 50 денье.

Полипропилен, проявляющий большую склонность к ориентации и фибрилляции, па сегодняшний день является лучшим термопластом для производства пленочных волокон [65]. Поэтому можно осуще­ ствить даже процесс так называемой «спонтанной» фибрилляции

Рис. 1.4. Сетка фибриллированного илеРис. 1.5. Изделия (корд, шпагаты ночного полотна из полипропилена. и канат) из фибриллированной

полипропиленовой пленки.

(расщепления) полипропиленовой пленки без применения механи­ ческого узла, надрезающего (прокалывающего) пленочное полотно. При достаточно высокой кратности машинной вытяжки полипропи­ леновая пленка расщепляется без предварительных надрезов. Кроме описанных могут применяться и другие способы фибрилляции.

ВСША, например, предложен способ [66], по которому вытянутую

впродольном направлении в 3—6 раз пленку толщиной до 0,15 мм подвергают кручению (0,4—100 кручений на 1 м длины) и фибриллируют, пропуская ее несколько раз (до 7 раз) между парой враща­ ющихся валков. Один из валков колеблется со скоростью более 100 (до 5000) колебаний в минуту и амплитудой 2,5—100 мм параллельно своей продольной оси и перпендикулярно оси закручивания пленки.

Трение крученой пленки между валками при давлении валков 0,07 МН/м2 вызывает фибриллирование пленки, из которой в даль­ нейшем можно изготавливать шнуры и бечевку.

Из пленочного волокна и других фибриллированных материа­ лов производят полипропиленовый войлок, ворсовой слой ковров,

23

искусственную шерсть и т. д. Ассортимент подобных изделий непре­ рывно расширяется. Пленочное волокно, как и экструзионное (фильерное), может подвергаться дальнейшей термообработке с целью гофрирования и фиксации для получения объемной пряжи.

Дальнейшие перспективы применения полипропиленового во­ локна связаны, в частности, с производством фибриллированных

в текстильное и ковровое производство. По этой технологии пленку экструдируют двумя машинами в одну общую угловую головку с двойной кольцевой щелью. Экструдеры при этом питают полипро­ пиленом двух типов, значительно отличающихся по молекулярному весу. Из головки выходит рукавная заготовка, внутри которой находится еще один рукав. В процессе охлаждения наружная поверх­ ность внутреннего рукава сваривается с внутренней поверхностью внешнего так, что при разрезании пленки получается полотно,

•состоящее из двух слоев. При термообработке пленочного волокна, полученного из такой двухслойной (бикомпонентной) пленки, усадка слоев получается различной в силу различия молекулярных харак­ теристик полимеров, образующих каждый слой. При правильном подборе материалов, режимов соэкструзии и термообработки проис­ ходит автоматическое гофрирование материала, и пленочное волокно приобретает извитость. Это исключает необходимость в специальной операции термогофрирования, проводимой при использовании изве­ стной технологии производства обычного синтетического волокна, и открывает возможность коренной модернизации технологии пере­ работки синтетических волокон.

При ориентации полипропиленовых пленочных лент без фибрил­ ляции получаются тонкие пленочные нити с метрическим номером от 1 до 15 и выше. Эти пленочные нити, называемые «лепро» или «рафия», широко применяются в производстве ковров (в качестве основы), циновок и тканей различного назначения [69]. Полипро­ пиленовые ткани из рафии служат отличным материалом для произ­ водства высокопрочных мешков (рис. 1.6), многократно использу­ емых при храпении и транспортировке овощей, фруктов, минераль­ ных удобрений, цемента и других сыпучих продуктов. Прочность полипропиленовых мешков настолько высока, что контрольные испытания тканного из рафии мешка проводят, сбрасывая мешок, наполненный 20 кг сыпучего материала, с высоты до 30 м.

Полипропиленовая пленка применяется в качестве упаковочного материала. Она хорошо защищает изделия при хранении и транс­ портировании от вредных воздействий: проникновения газов и паров воды, а также жидкостей (воды, минеральных масел и жиров), пора­ жения микроорганизмами (плесенью), от насекомых и грызу­ нов [70, 70а]. Полипропиленовая пленка свето- и теплостойка, совершенно инертна к самому изделию, гибка, имеет глянцевую

.24

поверхность и допускает стерилизацию при температуре выше 100 °С, что дает возможность использовать ее в пищевой и фармацевтической промышленности. Такую пленку можно применять для упаковки хлебобулочных и кондитерских изделий, молочных продуктов, свежих и замороженных овощей и фруктов, мяса, птицы и других продуктов питания. Полипропиленовая пленка пригодна также

Рис. 1.6. Тканые мешки из полипропиленовой пленочной нити (рафии):

а — мешки из джутовой (слева) и полипропиленовой (справа) тканей после испытаний на прочность в одинаковых условиях; б — испытания полипропиленового мешка воздействием соляной кислоты; в — отбор пробы содержимого полипропиленового мешка; г — после от­ бора пробы (ткань не нарушена, и мешок пригоден для эксплуатации).

для упаковки товаров широкого потребления, например текстиль­ ных, табачных и бумажных изделий; при этом она успешно конкури­ рует с целлофаном вследствие более высоких прочности на раздир, влагостойкости и меньшей стоимости.

Нанесение тонкой полипропиленовой пленки методом экструзии или кэширования на подложку (ситец, бязь, миткаль, бумагу) с по­ следующим тиснением или многоцветной печатью позволяет получать скатерти, клеенки и моющиеся обои.

Полипропиленовые пленки хорошо свариваются, а в последнее время разработаны различные способы их склеивания. Один из

25

способов, широко используемый в Японии [71], предусматривает предварительное нанесение на поверхность пленки метоксиметилированного найлона с температурой размягчения 14 0—160 °С, растворенного в органическом растворителе, содержащем слабую органическую кислоту (лимонную, молочную, уксусную). При после­ дующем соединении и нагреве получается прочный клеевой шов хорошего внешнего вида. Разработаны и другие способы скле­ ивания [39, 72].

В последние годы большое распространение получили полипро­ пиленовые пленки, ориентированные в одном или двух взаимно перпендикулярных направлениях. Ориентация пленки повышает ее прочность, жесткость и прозрачность, снижает влагопроница­ емость [73, 74]. В Советском Союзе' в промышленном масштабе вы­ пускаются одноосно- и двухосноориентированные полипропиленовые пленки толщиной от 10 до 80 мкм, обладающие разрывной проч­ ностью до 400 МН/м2.

Особой областью применения такой пленки является изготовле­ ние из нее упаковки, способной давать усадку при нагреве. При этом изделие, свободно обернутое ориентированной полипропиленовой пленкой, после нагревания до соответствующей температуры плотно обжимается ею вследствие усадки. Такой тип упаковки выгодно применять для всевозможных штучных товаров.

Низкие диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлек­ трических потерь и высокая электрическая прочность полипропилена определили применение ориентированной пленки в электротехнике в качестве изоляционного материала и диэлектрика для силовых конденсаторов. Замена бумажного диэлектрика в конденсаторах на комбинированный типа «бумага — пленка» приводит к снижению общих потерь в нем примерно на 40% и повышению пробивного напряжения в 2,5—3,5 раза (до 480 кВ/мм) [75, 76]. Ориентирован­ ная полипропиленовая пленка успешно вытесняет более дорогую

триацетатную пленку в производстве электрокатушек и трансформа­ торов.

На основе ориентированной полипропиленовой пленки толщиной до 40 мкм производятся различные многослойные пленочные мате­ риалы специального назначения, причем чаще всего полипропилен сочетают с полиэтиленом, поливинилхлоридом и поливинилиденхлоридом [77]. В ряде стран, например в Японии [78], производится двухосноориентированная полипропиленовая пленка с полимерным покрытием, состоящим из сополимера винилхлорида и винилиден-

к восприятию запахов, чем обычная полипропиленовая пленка. Одноосноориентированная полипропиленовая пленка при­ меняется для производства высококачественных липких лент [43, 79, 80]. Такая лента свертывается в рулон липким слоем внутрь, не расслаивается, не рвется при разматывании и имеет прочность

при растяжении в продольном направлении более 150 МН/м2.

26

Отличным материалом является армированная полипропиленовая пленка, получаемая сваркой или склеиванием двухосноориентиро­ ванной полипропиленовой пленки с безузловой сеткой, изготовленной экструзионным способом [81]. Разрыв пленки, который может про­ изойти в процессе эксплуатации, локализуется в пределах одной ячейки армирующей сетки. Кроме сетки армирующим материалом может служить волокно, а также пленочная нить («рафия») из поли­ пропилена или другого термопласта [82, 83].

Разработано много способов производства армированной пленкиСамой простой и экономичной на сегодняшний день является отече­ ственная технология, которая позволяет получать армированную полипропиленовую пленку на технологическом оборудовании, пред­ назначенном для производства обычной ориентированной пленки, при минимальной его модернизации. Такая пленка успешно при­ меняется при строительстве теплиц, в качестве «экрана» при пропарке грунта и для других целей в сельском хозяйстве.

ЛИТЕРА ТУРА

1.Полиэтилен и другие полиолефины. Под ред. Козлова П. В. и Платэ Н. М., «Мир», 1964. 594 с.

2.Полипропилен. Под ред. Пилпповского В. И. и Ярцева И. К. Л., «Химия», 1967. 316 с.

3.К р е с с е р Т. Полипропилен. Издатинлит, 1963. 231 с.

4.Полиолефины. Под ред. Раффа Р. А. и Дока К. В. Кристаллические поли­ олефины. Т. 2. М., «Химия», 1970. 465 с.

12.Plast, mod. et elast., 24, № 1, 104 (1972).

13.Kunststoffe, 61, № 3, 209 (1971).

14.Brit. Plast., 42, № 1, 27 (1969).

17.Oil a. Gas. J., 69, № 18, 68 (1971); 68, № 10, 23 (1970).

18.Japan Plast., 15, № 1, 49 (1964).

27

37.Пат. США 3342902.

38.Яп. пат. 23422.

39.Яп. пат. 2117.

40. M o r r i s А. С., R i c h a r d s o n А., Brit. Plast., 41, № 8, 87 (1968).

41.Англ. пат. 1250379.

42.Europa-Chem., 8, 6 (1971).

55.Composites, 1, № 6, 331 (1970).

56.Пат. США 3336254.

60.М а s а г I., Kem. teoll., 26, № 1, 60 (1970).

61.К о 1 і с е k V., Plast, hmoty а kaucuk, 5, № 9, 266 (1968).

62. Ф р и д м а н Н. М., К о н ы ш е в Ю. В., Ф р и д м а н М. Л. и др., А в т . свид. 279364; Открытия. Изобр. Пром. образцы. Товарн. знаки, № 19 (1972).

63.Mod. Plast., 38, № 10, 93 (1961).

64.Р е u k е г Н., Z. für die gesamte Textilind, 70, № 11, 774, № 12, 867 (1968),

41(1969).

68.Deut. Textiltechn., 19, № 12, 757 (1969); Pap., Film. a. Foil. Conv., 45, № 8,

36(1971).

28