Способы производства рукавных полимерных пленок

Экструзионно-раздувный способ завоевал наибольшее распространение в силу следующих преимуществ:

1. возможность получения пленок, имеющих «сбалансированные» показатели механических свойств в продольном и поперечном направлениях;

2. незначительная склонность рукавных пленок к расщеплению на продольные полосы при ударных нагрузках по сравнению с таковой у плоских экструзионных пленок;

3. возможность получения пленок с достаточной ориентацией в обоих направлениях, что позволяет использовать их в качестве термоусадочного упаковочного материала;

4. возможность получения из одного и того же полимера пленки с более высокой плотностью и прочностью, чем при экструзии через плоскощелевую головку;

5. удобство использования рукавной пленки для изготовления мешков, исключение при этом вертикальных швов и снижение опасности разрыва в местах сварки;

6. низкие отходы производства по сравнению с отходами при производстве плоской пленки благодаря исключению операции обрезания кромок;

7. возможность с помощью головок сравнительно малых размеров получать широкую пленку; например, при головке с диаметром формующей щели 250 мм можно изготавливать рукав шириной до 1600 мм; разработаны агрегаты, обеспечивающие получение так называемых широкоформатных пленок шириной 12-24 и даже 30 м;

8. простота изменения ширины пленки путем регулирования скорости отбора пленки и подачи воздуха в рукав, тогда как при экструзии плоских пленок для этого требуется изменять ширину самой головки.

Способ экструзии полимерного рукава раздувом выгодно отличается простотой и экономичностью при производстве из различных термопластов широкого ассортимента пленок шириной 50-24000 мм, толщиной 0,005-0,5 мм.

Процесс изготовления пленки рукавным методом (экструзия с раздувом) основан на непрерывном выдавливании расплава полимера через узкую кольцевую щель формующей головки с последующей вытяжкой рукава в продольном и поперечном направлениях и его охлаждением. При данном методе формования расплав выдавливается в виде тонкостенного цилиндра (рукава), который после растяжения и охлаждения наматывается сдвоенным полотном или разрезается и наматывается как плоская пленка.

Таким методом могут изготавливаться пленки из термопластичных полимеров, расплав которых обладает значительными вязкоупругими свойствами, обеспечивающими устойчивость рукава при его отводе и охлаждении.

Конструктивно процесс может осуществляться с вытяжкой рукава вверх, вниз и в горизонтальном направлении.

Наибольшее применение находит процесс изготовления пленки с отводом рукава вверх на агрегатах со шнековым экструдером, поскольку дисковые экструзионные машины не обеспечивают создание высоких давлений, необходимых для выдавливания (течения) расплава через узкую кольцевую щель с большой скоростью. В последнее время используют также пленочные агрегаты с отводом пленки вниз; при таком исполнении удобнее осуществить жидкостное охлаждение рукава. Такой способ более рационален для производства узких, тонких пленок. Отвод пленки в горизонтальном направлении применяется при изготовлении рукавов небольшого диаметра, так как при больших диаметрах возможен прогиб рукава и неравномерная вытяжка пленки. В данном случае из-за наличия циркуляционных тепловых потоков трудно обеспечить равномерное охлаждение рукава. Горизонтальный прием рукава представляет интерес при изготовлении, например, толстых газонаполненных (вспененных) пленок.

Упрощенная технологическая схема процесса производства пленки рукавным методом показана на рис. 10.1. Гранулы полимера загружаются в бункер экструдера 2. Загрузка обычно осуществляется с помощью пневмо- или вакуумного устройства, которым оборудуются бункер или транспортная тара для сырья. Для загрузки гранул, опудренных красителем, применяются шнековые спиральные дозаторы. Из экструдера 2 полимер в виде расплава выдавливается через формующую головку 1, а внутрь рукава 4 подается сжатый воздух. Снаружи пленка обдувается струей воздуха из кольца 3. Охлаждаемый рукав складывается в виде сдвоенного полотна направляющими пластинами (щеками) 5 и попадает в тянущие валки 6, один из которых для исключения утечки воздуха из рукава имеет эластичное покрытие. При недостаточном охлаждении пленки она может слипаться и даже свариваться. Поэтому важно учитывать температуру, при которой рукав проявляет склонность к слипанию. Например, ПЭНП проявляет эту склонность вплоть до температуры 40°С.

Получение пленки заданной толщины и ширины осуществляют, варьируя:

• продольную вытяжку за счет частоты вращения сжимающих валков;

• степень раздува рукава за счет изменения давления воздуха, подаваемого внутрь рукава.

Скорость отвода пленки определяется скоростью вращения валков 6. Пленка наматывается на бобины с помощью приемного устройства 7.

Рис. 10.1 Технологическая схема производства пленки рукавным методом (приемка снизу-вверх):

1 — формующая головка; 2 — экструдер; 3 — охлаждающее кольцо; 4 — рукав; 5 — направляющие пластины (щеки); 6 — тянущие валки; 7 — приемное устройство.

При слишком больших значениях продольной вытяжки пленка может приобретать резко выраженную анизотропию свойств. Степень раздува регламентируется прежде всего деформируемостью расплава и допустимыми значениями разнотолщинности продукта.

Путь, на котором осуществляется вытягивание рукава, зависит от скорости затвердевания (скорости кристаллизации) пластмассы, поэтому при переработке разных пластмасс требуется различная длина зоны вытяжки и охлаждения рукава. Так, ПЭВП, ПА и ПС затвердевают сравнительно быстро, и длина указанной зоны может быть сравнительно невелика.

Необходимо принимать меры, исключающие колебания раздутого рукава до тех пор, пока не произойдет полное затвердевание полимера. В противном случае из-за изгибов рукава на пленке будут возникать складки, а ее поверхность приобретет волнистость. Поэтому сквозняки и даже вход и выход людей из помещения, в котором протекает процесс, недопустимы. Для предотвращения указанных воздействий рукав обычно «капсулируют», заключая в специальную шахту с прозрачными стенками.

При схемах экструзии «вверх» и «вниз» используют угловые головки, поэтому возникает опасность перегрева и термодеструкции полимера из-за искривления пути расплава в подводящей части головок. Поэтому при изготовлении пленок из полимеров, имеющих низкую термостабильность и большую чувствительность к перегреву (например, непластифицированный ПВХ) обычно используют горизонтальную схему экструзии с прямоточной головкой.

Таким образом, процесс производства пленки рукавным методом состоит из следующих технологических операций:

1) подготовка сырья;

2) плавление гранул и гомогенизация расплава;

3) формование рукава;

4) ориентация и охлаждение пленки;

5) намотка и упаковка пленки;

6) контроль качества пленки.