Основными технс логическими параметрами ориентации поли­меров являются Т. v, , (налюбо i стадии вытяжки).

Так, А,, при продольной вытяжке определяется как

I (325)

V, 10 100 + 1 ‘

Где 1к и 10 — размеры рабочего участка образ! 1Д после и до вытяжки; б — относительная деформация при растяжении, %; V и V, —линей­ные скорости выхода и входа пленки в агрегат для продольной ори­ентации соответственно.

Значения Х7 на стадии поперечной вытяжки рассч итываются как от ношение ширины полотна после ] юперечнои ориентации к исход­ной ширине. Также рассчитываются и Х2 для двухосной одновре­менной ориентации.

Относительная скорость деформирования v связана с размера­ми рабочего участка вытягиваемого образца, степенью вытяжки и временем деформирования T:

T T T ‘

Таким образом, при постоянстве v значения V7 н V могу!’ быть различны в зависимости, например, от расстояния между валками (см. рис. 3 51) или длины зоны Удля поперечной или одновремен­ной ориентации а также от 1 и Xr 11оэтомудля технологических рас­четов берется значение v, которое отражает физические процессы ориентации макромолекул.

Поскольку влияния Т и vna процесс ориентации взаимозависи­мы. то необходимо выбирать их оптимальное соотношение.

Основные процессы, происходящие при одноосной и одновре­менной двухосной ориентации близки, и огпимальные значения Ти v для них по су ществу совпадают.

На рис 3 54 показано влияние Г, (кривые 1—5) на прочность сгр в напра влении вытяжки образцов при различ ных степенях вытяжки Кривая 1 соответствует группе образцовг вы гянутых при различных изменяющихся Т и-v,, когда процессы ориентации реализуются в максимальной степени, Кривые 2—4 соответствуют значениям Тх (при пост< >янной Vj), при которых проявляется в большей мере пластичес-

Ор, МПа

Рис 3 54 Зависимость прочности при разрыве о в направлении ориент ации от степени вытяжки Л.,). = Я.2 пленок из ПЭТФ 1—5 — одноосная, 6 — одновременная двухосная вытяжка, /, 6 — при благоприятных для ориентации значениях Т, v; 2—5 — при ухудшающихся

Для ориентации значениях Т, v; Н пленка

Вытягивается через образование шейки

Кая деформация, а в меньшей — ориентация, и, наконец, прямая 5 показывает, что образец ьытягивается во много раз, но никакои ори­ентации цепей при этих условиях не происходит.

Ряд зависимостей типа 2—5 можно построить при иных Т{ и v и в итоге получит ь информацию об изменении прочности образцов при взаимно переменных Г, и v,. Задаваясь каким-либо значением А.,, можно из этих данных (см. рис. 3 54) построить диаграммы соотно­шений Т — f, разделяй >щих области преимущественной ориентации цепей, пластической деформации полимера без ориентации цепей и другие области.

На рис. 3.55 представлены соотношения Г, — lgvJf разделяющие и ограничивающие области ориентации, пластической деформации и переходные.

4 Рис. 3.55. Соотношение температуры Т и скорости Lgv, для различных режимов вытяжки изотропных полимеров I — разрыв, II — вынужденная эластичность (через шейку) III — высокоэластичность; IV— переходная область; V — пластичпос ть; вязкое течение без ориентации, ТмиТ — температуры плавления и стеклования

Так, при Г, < Г вытяжка образцов всегда сопровождается ориен­тацией цепей, но при этом образуется шейка, что не всегда нужно, например при вытяжке пленок до величин А.,, меньших, чем X, соот — ветствующая переходу в шейку.

Кроме того, при некоторых значениях vf образцы начнут разры­ваться. Эта область ограничена кривой 1 на рис. 3,55. Соотношения Т — lgvJ( при которых образуется шейка, ограничены кривыми 1 и 2. При умеренно высоких и IgVj ориентация аморфных полимеров
проходит в режиме высокоэластичности, без образования шейки, толщина образца уменьшается пропорционально росту ) . Эта об­ласть находится между кри выми? и З. С увеличением Т при посто­янном lgv Rvh при уменьшении lgvL при постоянной Тх начинают проявлял. ся процессы пластической деформгщии. при которых ори­ентация цепей р< ;али-*уется не полностью. Область ограничена кри­выми 3 и 4. При дальнейшем увеличении Т и уменьшении lgVj может происходить деформация образца без какой-либо ориентации цепей. Область ограничена кривои 4.

Имея диаграммы подобного типа (см. рис. 3.55), можно аналит и ­чески выразить соотношение Т.{ и 1>} для разных режимов вытяжки различных полимеров

(3.27)

Практически же в большинстве случаев для аморфных полимеров Пол ьзув >тся эмпирическим прави лом. Тх выби|>ается из неравенства

R,?rc+(^lj0t).

При этом скорость Vj находится в довольно широких диапазонах, соответствующих высокоэластической деформации, — от 10 ООО до 100 000%/мин.

(3.2Ь)

Для кристалл ических полимеров (ПП) область II на рис. 3.55 про­стирается до области [V, т. е. вытяжка происходит в режиме образо­вания шейки вплоть до температур, близких к плавлению полимера PJ Для таких полимеров Тх выбирается из расчета

Т <ТПЛ -(lO-r 20 ‘С).

Установив оптимальные значения Т] и v, необходимо выбрать значения?.Jf = ш. Чем выше степень вытяжки образца, тем больше ориентация цепей, тем выше его физико-механические характерис­тик и. В зависимости от типа полимера, способа вытяжки и оборудо­вания существуют предельно допустимые величины А., выше кото­рых образец разрушается [2,8) Поскол ьку в случае одновременной двухосной ориентации деформирование происходит в обоих направ­лениях, то и уровень ориентации цепей достигается быстрее, т. е. при меньшей велич пне = (е одну из сторон), чем при одноосной ориентации. Так, кривая 6 на рис. 3.54 располагается выше кривой 1 при условии равенства ^ — Хг Рекомендуемые значения = ^так­же приведены в табл 3 6

Таблица 3.6

Значения предельных (разрывных) XIf и рекомендуемых >, степеней одноосной вытяжки для последуюгцсй двухосной, а также степеней вытяжки при одновременной двухосной ориентации (X = Я.2) различных полимерных пленок

Полимер	•р		Х1 — х2
ПЭВП	15-17	5-7	5
ПЭНП	14-16	7 — 8	—
ПП	13-17	6-8	6
ПЭТФ	6-7	4	4.5
ПС	4-6	3	3,5
ПК	5-6	3,5-4	3,5
ПМ	3,5-4	1,5-2	1,5
ПММА	2,2-2,5	1,8-2	1,5

При попереч ной вьгтяжке образца, имеющего < шределенну ю сте­пень продольной ориентации (последовательный способ ориента­ции), выбор значений Т. и v заьисит от исходной величины А.,.

Чем выше Аг тем больше прочность образца а (рис. 3.56, а) в этом направлении, но в поперечном она остается на низком уровне. При вьп яжке образца в поперечном направлении <7 возрастает по мере увеличения 7. (рис. 3.56, б) Варьируя >, и X., можно получать образцы с различными физико-механическими свойствами в раз­ных направлени ях

Выбор оптимальных значений Г2 и v2 имеет существенное отли­чие от выбора Т. и Vj для случая одноосной ориентации, так как ис­ходи ым материалом является анизотропный образец Чем выше Хг, Тем меньше подвижность цепей макромолекул и с тем меньшей пре­дельной скоростью v, удается вытянуть образец. Если скорость v2 превысит некий предел, образец разорвется. С другой стороны, по­вышение Т способствует увеличению подвижности цепей и расши­ряет пределы v2. Взаимосвязь ‘i и v2 для образцов с различными Х1 показана на рис. 3 57. Чем выше исходное значение, тем меньше пре­дельно допустимые значения v?

В связи с тем что в промышленности применяют образцы с высо­кими A.|f повышение Т вплоть до Т2= Т^— (10^-20 СС) не приводит к

P,

Ап, МПа

A

Б

1

300

200

100

2 3 X, 1 2 3

Рис. 3 56. Зависимость с от степени вытяжки:

Р

А — продольной (X,); б— поперечной (AJ последовательной ориентации ПЭТФ пленок; 1 — ср в продо1ьном и 2 — в поперечном направлении вытяжки

Существен ной потере ориентации цепей. При этом очень низк ие зна­чения v2 применять нерентабельно.

Эмпирическая зависимость, связывающая Т2с Т. имеет простой вид.

(3.29)

Отметим, что значения максимальных скоростей v2 в десятки раз меньше vt для образцов с умеренной исходной степенью ориента­ции.

Для кристаллизующихся полимеров предельная температура Т2 Ограничивается не величиной [Г — (10^20 °С)], а температурой ин­тенсивной кристаллизации (пун ктир на рис. 3.57). При высоких зна­чениях Т2Уже в зоне подогрева (зона IV на рис.. 3.51) начинается кри­сталлизация одноосно-ориентированных образцов. Подвижность цепей резко уменьшится, и значите льно сократятся предельно допу­стимые v2. Процесс становится неэффективным, так как резко сни­жается производительность тех ноло! ическои линии

Выбор максимально возможных значепи й Х2 (предразрывных) за­висит от) j при благоприятных условиях поперечной вытяжки (Т2, v2).

Рис. 3.57 Соотношение температуры 7 и скорости Lgv. при поперечной ориентации аморфных [1—3) и кристаллизующихся (/-1,2-2, 3—3′) полимеров штриховкой отграничена область разрыва образца при соответствующих Т. V Исходная степень вытяжки А. (/) < > (2) < X (3)

На рис. 3.68 представлена зависимость максималы [ых значений Хг от исходных А. г т 1ем выше исходная тем до более низких Хг мож­но вытянуть образен По рис 3.58 можно довольно просто выбрать значения Х2.

Рис. 3 58 Зависим» >сть максимальной степени вытяжки Х2 от исходной Я., пленок Из ПП (/), ПЭТФ (2) и ПИ (3)

Для кристаллизующихся полимеров заключительной стадиеи яв­ляется термофиксация двухосно-ориегг! ированных образцов.

Основными параметрами термофиксации являются температу ра Гф и время t Если при некоторой Г^ значение i больше опти­мального, то наряду с кристаллизацией проходит и существенная разориентация цепей. То же происходит, если Т_ завышена. В слу­чае же, когда либо Т либо f недостаточно высоки, кристаллизация пе успеет пройти в п< >лн< )й мере, и пленка при эксплуатации нач нет сильно усаживаться.

Пример влияния 7* и f на величину термической усадки приве­ден на рис. 3.59.

^тф

Рис 3.59 Зависимость термическом усадки е. от времени термофиксации fr(Jj пленок из кристаллизукш щхся полимеров. Температу] >а термофиксации

К О < Тч> (2) < W W

Оптимальное соотношение между t и Г^ может быть найдено из следующего эмпирического уравнения:

*тф — Сехр(-Г, фщ), (3 30)

Где С, т — постоянные, зависящие от типа ш >лимера.

Дя термофи ксации двухосно — opnei ггирова1 шых пленок из ПЭТ Ф применяют Т‘ » 210 — 240 С. что на 60 — 20 °С меньше но при этом T = 5 — 2U с. Высокие Г применяют для уменьшения T , а это позволяет сократить протяженность зоны VII (см рис. 3.51), т. е. дли­ну установки.

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; […]