Экструзионным методом полимерные пленки из полиэтилена, полипр< «пилена, пластифицированного поливинилхлорида полиами­да и других термо! гластичн ых полимеров м(>жно нанести на различ­ные подложки Пленочные материалы, состоящие из двух слоев и более, называют многослойными Если в состав многослойного пле­ночного материала помимо слоев из пластических масс входят дру­гие пленочные материалы, например алюминиевая фольга, бумага, то т акие п леночные материа лы принято называть комбинированны­ми |9, 1С].

Процесс нанесения полимернои пленки на подложку методом экструзии состоит из получения плоской полимернои пленки и ее нанесения в горячем состоянии на по/ушжку. На рис. 3 33 изображе­на схема нанесения полимерных пленок на бумагу.

Полимер экструдируется через плоскощелевую головку в экст­рудера на бумажную лен ту Пленка в размягченном состоянии под давлением валка 4 и барабана 7 наносится на бумагу (или пленку — основу). Гуммированный валок создает давление, достаточное дя спрессовывания горячей пленки (температура которой выше 200 °С) на бумаге. Бумагу перед подачей в зазор валка 4 и барабана 7 предва­рительно подогревают для повышения адгезии полимера к бумаге. При нанесении расп лава пол иэти лена на пленку-основу последнюю предварительно обрабатывают коронным разрядом, ультрафиоле­товым светом или различными веществами обеспечивающими вза- имодеиствие адгезива и субстрата.

Основная задача при получении комбинированных пленочных материалов coci оит в обеа /ечении адгезии между слоями, существен­но различающимися по химическому строению (склеивать сходные материал ы обычно не представляет практического И1 гтереса) Хоро­шая адгезия может быть достил гута при большой истиннои (эффек­тивной) поверхности контакта и достаточно прочных химических связях на этой поверхности |9]

В каждом случае необходимо выяснить механизм развития во вре­мени истинной поверхности контакта Зная этот механизм, можно количественно прогнозировать влияние на него различных факто­ров Так, установлено, что при получении комбинированной пленки целлофан — полиэтилен зависимость эффективной поверхности кон­такта от времени и температуры определяется заполнением расплав­ленным по.иэтиленом дефектов на поверхности стеклообразного целлофана.

Увеличение темпера! уры Т. и времени t кон такта, а также да вле — пия способствует повышению адгезии ь процессе формирования адгезионного шва При его разрушении возрастание температур] .1 расслаивания Т и времени действия деформирующей силы Tp со­провождается уменьшением разрушающего напряжения. П<)с леднее становится понятным, если распространить представления о меха­низме Koi езионного разрушения полимеров на адгезионное разру­шение [8]. Согласно этим представлениям, связи межмолекулярно­го взаимодействия разрушаются флухтуациями тепловой энергии Чем больше таких разрывов п роизойдет за время действия деформи­рующей силы тем ниже значение напряжения, при кот< >ром проис­ходит разрушение.

Прочность связи между адгезивом и субстратом определяется энергией взаимодействия между молекула ми. Увеличение межмо­лекулярного взаимодействия должно сопровождаться повышением прочности адгезионной связи Введение активных функциональных групп в макромолекулы адгезива или химическая обработка поверх­ности субстрата, действие радиации или ультразвука способствуют росту адгезионного взаимодействия.

Наибольшая прочность адгезионного шва достигается при мак­симальном заполнении микродефектоЕ на поверхности субстрата. Это же относится и к случаю получения комбинированной пленки ] ia экс. трудере или на прессе. Затекание расплава полиэтилена в мик — родефек гы на поверхности целлофана способствует увеличению контактов между активными фу нкциональными группами обоих ма­териалов Повышение давления также вызывает возрастание числа таких контактов.

Микрореологический механизм формирования адгезионной свя­зи между полиэтиленом и целлофаном был подтвержден сопостав­лением закономерностей затекания расплава полиэтилена в микро­дефекты целлофана с зависимостью адгезии от продолжительности контакта адгезива с субстратом Для указанной пары адгезив — суб­страт микрореологичрекий механизм упрочнения адгезионной свя­зи м< >жно считать доказанным, е< ли одинаковыми оказываются вре­менные зависимости уве,и чения ж тинной поверхности контакта при затекании полиэтилена и повышения адгезионной прочности

Г [ри формировании адгезионного шва путем прессования поли — этиленовой пленки с целлофаном или экструзии по.иэтилена на цел­лофан расплав термопласта (вязкая жидкость) находится под посто­янным избыточным гидростатическим давлением р. Под действием этого давления расплав затекает в поры и ми кродефекты («микрока­налы») на поверхности целлофана.

В начальный момент скорость затекан ия велика, однако по мере заполнения каналов она быстро уменьшается Это вызвано пониже­нием градиента давления. Соответственно уменьшается и напряже­ние сдвига, вызывающее вязкое течение расплава

Теоретическое рассмотрение задачи даже в первом приближе­нии тюгребовало бы интегрирования дифференциальны х уравнений Навье —Стокса для неустановившегося течения, так как в данном случае имеет место непрерывное уменьшение как градиенте давле­ния. так и скорости затекания во всем объеме потока. Ввиду ело ясно­сти этой задачи рассмотрим принципиальную) возможность модели­ровать процесс затекания пол иэтилена в микродефекты целлофана.

Поскольку поверхность контакта однозначно определяется глуби­ной затекания (при известной форме канала), задачу можно свести к выявлению условий моделирования процесса затекания полиэтилена в каналы. В общем виде функция, определяющая зависимость глубины затекания вязкой жидкости! от времени T. диаметра пор D, эффектив­ной вязкости расплава п и давления на входе в канал р имеет вид

L = /(d, p,Tbf к). (3.20)

Установив изменение глубины затекания адгезива во времени, нетрудно определить влияние глубины затекания расплава на воз­растание поверхности контакта между адгезивом и субстратом, по­скольку I и 5(истинная поверхность контакта) связаны простой фун­кциональной зависимостью В уравнение (3 20) входят четыре неза­висимых и один определяемый параметр, причем все параметры размерные. Можно уменьшить количество рассматриваемых пара­метров, применив 7г-теорему размерные I (м), с?(м),р(Па), г|(Па-с), T [с); безразмерные i/d = tnpt/r = р. Таким образом, задачу можно свести к определению связи между двумя безразмерными парамет­рами сир:

Е = <р(Р). (3.21)

Вид функции ф(р) можно установить, изучая течение расплава ш >ли — этилена в капиллярах с различными геометрическими параметрами, отвечающими геометрии каналов (пор) на поверхности целлофана.

Известно, что поверхность целлофана ровная, с дефектами, иду­щими внутрь пленки. Глубина дефектов различна, поскольку встре­чаются вакуоли открытого и закрытого типа Открытые вакуоли — это более глубокие дефекты, их глубина превышает толщину плотно­го поверхностного слоя целлофана, составляющего 10 — 20% общей толщины пленки. Исследования поверхности отслоенного полиэти­лена, находившегося в контакте с целлофаном, показали, что выпук­лости на полиэтилене (представляющие собой полиэтилен, затекший в дефекты целлофана при формировании адгезионного шва) имеют в основном цилиндрическую форму Поэтому течение в цилиндри­ческих капиллярах в первом приближении моделирует микрореоло­гический процесс затекания расплава полиэтилена в микродефекты целлофана.

Для установления зависимости 8 = <р((3) безразмерный параметр (3 можно изменять, варьируя давление и вязкость.

Вязкость расплава полиэтилена в значительной степени зависит от температуры, поэтому для определения величины I необходимо знать вязкость расплава при различных температурах.

Графики IgJ = /(lgT) для соответствующих марок полиэтилена при температурах 130, 150,200,240 и 280 °С имеют вид прямых, угловой коэффициент которых близок к единице (1 — 1,08). Вычисленные по этим прямым значения эффективной вязкости в полулогарифмичес­ких координатах хорошо укладываются на прямую (рис 3.34). По этой графической зависимости можно определить значения вязкости по­лиэтилена при других температурах, необходимые в дальнейшем для построения зависимости адгезионной прочности о от р.

Для нахождения зависимости с = фф) была проведена серия ис — пытаний. Исследовали влияние изменения диаметра капилляра на глубину и продол жительность затекания На одном и том же кап ил — ляре (диаметром 1 мм) определяли увеличение глубины затекания полиэтилена во времени. Испытания нров< )дили при различных тем­пературах и давлениях Установлено, что увеличение глубины зате­кания полиэтилена со временем происходит сначала быстро, а затем скорость затекания уменьшается

Полученные данные, представленные в виде зависимости е от р (рис. 3.35), хорошо укладываются на одну кривую, описывающую течение полиэтилена в капиллярах различных диаметров в приня­том диапазоне изменения температуры и давления. Аналогичные результаты были получены и на конических капиллярах с неболь­шой конусностью (рис. 3 36) В логарифмических координатах зави — симостье = <р(Р) аппроксимируется прямой (рис. 3.37) и описывает­ся уравнением

(3.22)

После потенцир< >вания получим

(3 23)

При формировании зоны адгезионных контактов бол] .шое значе­ние имеют температура, давление и продолжительность контакта, определяющие интенсивность протекания микрореологических про-

О 80 160 240 (I

Рис 3 35 Зависимость 8 = 1/dOT р — pt/r]

Цессов. Однако адгезионная прочность в значительной степени за­висит также от факторов, действующих в процессе разрушения ад­гезионного шва. Влияние последних б* 1ло исключено оценкой адге­зии при постоянной температуре и скорости расслаивания.

Если увеличение адгезии полиэтилена к целлофану со временем обусловлено микрореологическими процессами затекания полиэти­
лена в микродефекты целлофана, то оно должно описываться зави­симостью, аналогичной (3 23) Это означает, что зависимость проч­ности адгезионного шва ар от давления, времени и температуры кон­такта в соответствующих координатах ор = tyyjpt/ г) (здесь г) — эф­фективная вязкость расплава при температуре изготовления скле­ек) должна быть линейной.

На рис. 3.38 приведены данные, иллюстрирующие эти соображе­ния. Как видно из графика, экспериментальные точки укладывают­ся на прямую, проходящую через начало координат. Угловой коэф­фициент этой прямой отражает влияние на прочность адгезионного шва таких факторов, как состояние поверхности целлофана (количе­ство и размеры дефектов), количество окисленных групп на поверх­ности полиэтилена и др., а также влияние факторов, действующих в процессе разрушения адгезионного шва. Приведенные данные по­зволяют однозначно заключить, что существенную роль в адгезии полиэтилена к целлофану играют процессы затекания полиэтилена в микродефекты целлофана
нии а полиэтилен переходит в вязкотекучее состояние. Была изуче­на поверхность полиэтилена после контакта с целлофаном и образо — ва ния соединения. Для этого адгезия между поли этиленом и целло­фаном нарушалась путем увл ажнения места соединения и Octoj юж­ного расслоения.

Методика изготовления электронно-микроскопических снимков полиэтилена после отслоения включала снятие двухступенчатых реплик Поверхность отслоенной п< >лиэтилеповои пленки имела не — когорое количество выпуклостей цилиндрической формы Статис­тическая обработка размеров этих выпуклостей показала, что они того же порядка, что и впадины на целлофане Удаось рассчитать высоту выпуклостей, т. е. глубину затекания полиэтилена в микроде­фекты целлофана, и по этим данным определить значения величин р и е Оказалось, что они совпадают с соответствующими значениями Р и s, полученными на модельных капиллярах.

Напря жение, при котором п роисходит разрушение соединения, пропорционально поверхности контакта S. которая, в свою очередь, пропорциональна (в случае цилиндрических микродефект< >в) вели­чине I. В этом случае

(3.24)

Где К — параметр, постоянный дя данной Пары склеиваемых пле­нок, v — скорость разрыва связей при расслаивании, Up — потенци­альный барьер акта разрушения связей при расслаивании склеики: Тр — температура расслаивания.

С помощью уравнения (3.24) можно прогнозировать влияние тех­нологических факторов, так их как вязкость рагплава (которую мож­но регулировать, например, изменяя температуру экструзии), дав­ление, время контакта и др., на прочность соединения Кроме того, характеристика прочности соединения а дается как функция режи­ма эксплуатации, например температуры расслаивания Т, скорос­ти расслаивания и свойств соединения (Г/р) В случае возникновения внутренних напряжений, способствующих разрушению адгезион­ных связей, вураьнение (3 24) вводится член (о ).

При производстве плоской пленки для нанесения на подложку или при получении многослойного пленочного материала темпе­ратуры по зонам повышаются для обеспечения надежной адгезии (табл. 3 3).

Предпочтение плоским пленкам отдают в тех случаях, когда от упаковки требуются повышенная прозрачность, четкая маркировка и другая информация, а также высокие и стабильные прочностные свойства. При упаковывании на автоматических линиях удобнее ис­пользовать рукавные пленки

Производство тары из полимерных пленок и листов

Особенности механических свойсть полимеров в высокоэластическом состоянии

Интервал температур, в котором можно наблюдать высокоэлас­тические свойства полимеров, равен разности температур (Т — Т) Для сетчатых полимеров верхним пределом эластических свойств является температура начала термического разложения Т, так как из-за межцепных химических связей полимер течь не может и при высоких температурах начинает разлагаться, деструктироваться, не переходя в текучее состояние Эластические свойства целесообразно рассмотреть на […]

Производство мягкой потребительской тары на фасовочно-упаковочных автоматах термоформовочного типа

Термоформовочные автоматы позволяют упаковывать любые виды продукции с использованием всех возможных методов ее по­дачи в отформованную часть тары. 11ижняятермоформованная часть из однослойного или многослойного полимерного материала являет­ся жесткой или полужесткой. Верхняя крышка отличается гибкос­тью, минимальной жесткостью. Она выполнена, как правило, из мно­гослойного материала, поэтому обладает хорошими барьерными свойствами, способностью к сварке ил и склеиванию, пригодна […]

Контакт но-тепловая сварка

Контактно-тепловую сварку нагретым ин< трументом осуществ­ляют с односторонним или л, вусторонним нагревом (рис. 4.41). Рис. 4.41. Схема контактно-тепловой сварки с од] юсторонним (а) и двусторонним (6) нагревом: 1 — нагретый инструмент; 2 — прокладки; 3 — свариваемые материалы; 4—холодный инструмент, мгн — температура нагретого инструмента; t2 — температура внешней поверхности изделия; Т —температура свариваемых поверхностей; […]