Рукавные пленки формуют способом раздува с помощью сжатого воздуха цилиндрической заготовки, полученной экструзией распла­ва полимера через формующую кольцевун) головку, прин ципиаль — ная схема которой приведена на рис. 3 2. Для обеспечения равно­мерности температуры, давления, толщины и других параметров цилиндрическои заготовки применяют разнообразные конструкции кольцевых головок со сложной системой каналов подачи расплав­ленного полимера.

Производство пленок методом экструзии с раздувом рукава мо­жет быть осуществлено по грем схемам, различающимся направле­нием движения рукава от головки к приомно-намоточному устрой­ству [47]: вер гикально вверх (рис. 3 3). горизонтально (рис. 3.4) и вер тикальновниз (рис. 3.5).

Рис. 3.2. Пример конструкции форму ющей кольцевой головки

5 3

U

Са

Возду к

Изготовление рукавных пленок является непрерывным техно­логическим процессом. Расплав полимера выдавливается экстру — дером 15 (рис. 3.3) через экструзионную головку 7 в виде цилиндри­ческой рукавной заготовки 8. Вггутрь заготовки от воздуходувки 13 Через ресивер 14 и шланг 11 подается сжатый воздух под давлени­ем р = 0,12 — 0,13 МПа, который раздувает заготовку до нужного размера. Рукав охлаждается воздухом, принудительно подаваемым через систему 9 с регулировочным вентилем 10 в специальные со­пла в охлаждающем кольце в, и складывается с помощью направ­ляющих щек 5. Тянущие валки 4 плотно зажимают заготовку и пре­пятствуют утечке воздуха из внутренней полости рукава. В случае необходимости режущим приспособлением 2 производится обрез­ка кромок рукава и его разделение на два плос* их полотна пленки, которые разглаживаются направляющим валком 3 и наматывают­ся на приемные катушки 12.

После охлаждающих валков поверхность пленки м< >жет подвер­гаться специальной обработке, цель которой состоит в повышении восприимчивости пленкой цветной печати, атзкже в отводе элект­ростатических зарядов, накапливающихся при трении поверхнос­тей пленки друг о дру] а и о детали оГорудования. Часто исп< )льзу ют разглаживающие валки и приспособления для разрезания рукава с помощью специаьных лезвий или дисковых ножей.

Рис. 3.3. Схема установки для получения рукавных пленок раздувом с движением рукава вертикально вверх

Схема получения рукавной пленки с движением рукава J оризон — тально приведена на рис. 3 4 [8, 58] Расплав, образующийся в экст — рудере (червячном прессе) /. выдавливается через экструзионную головку с кольцевым формующим каналом. Полученная таким обра ■ зом тонкостенная труба 2 с помощью сж агого воздуха 3 подвергает­ся пневматическому-растяжению. Внутри рукава 5устанавливается избыточное давление. Воздух в рукаве запирается с помощью сжи­мающих валков 7.

Чтобы пленочная заготовка сохраняла цилиндрическую форму и имела равномерную толшину тонкостенную) трубу н< >двергают быс­трому и равномерному охлаждению с помощью холодного воздуха, подаваемого в кольцо 4. В дальнейшем рукав охлаждают воздухом на пути от кольца 4 до валков 7 С помощью двух щек 0 осу щесгвляют

Складывание рукава, который после палков /через натяжной ролик 8 попадает на намоточное устройство Э.

При недостаточном охлаждении пленки она может слипаться и даже свариваться. Скорость отвода пленки определяется частотой вращения валков 7.

Пленку заданной толщины и ширины получают, варьируя про­дольную вытяжку за счет частоты вращения сжимающих валков и степень раздува рукава за счет изменения давления внутреннего воздуха. [ 1ри слишком больших значениях продольной вытяжки плен­ка может приобретать резко выраженную анизотропию свойств. Степень раздува регламентируется прежде всего деформируемос­тью расплава и допустимыми значениями разнотолщинности плен­ки. 11уть, 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.

При горизонтальной схеме про] Jecca варьировать рабочую длину рукава (путь Bj .гтяжки) прои Этот пзть задают в зависимости от тре­буемой толщины пленки и скорости, с которой изменяется толщина материала при вытяжке и раздуве рукава. Важно также учитывать температу] >у, при которой рукав проявляет склонность к слипанию. Так. ПЭНП проявляет эту склонность вплоть до температуры 40 °С

Необходимо принихмать меры, исключающие колебания раздуто­го рукава до тех пор, пока не произойдет отверждения полимера. В противном случае из-за изгибов рукава на пленке будут возникать складки, а ее поверхность приобретет волнист ость. Поэтому сквоз­няки и даже вход и выход людей из помещения, в котором протекает процесс., недопустимы Для предотвращения указанных воздействий рукав обычно «капсулируют», заключая в специал ьнук > ш; 1хту с про­зрачными стенками.

При горизонтальное схеме процесса охлаждение верхней и ниж­ней сторон рукава происходит с разной скоростью. Горизонталь! гую схему экструзии с прямоточной головкой обычно исполг>зуют при изго­товлении пленок из непллстифииированного ПВХ. который имеет низ­кую термостабильность и большую чу вствительность к перегреву. В угловых головках, применяемых при дру т их схемах экструзии («вверх» и «вниз»), опасность перегрева и термодеструкции полимера больше из-за искривления i iyra расплава в подводящей части головок.

Схема получения рукавной пленки с движением рукава верти­кально гниз приведена на рис. 3.5. Расплав из экструдера 1 выдав­ливается через угловую кольцевую головку 3 вертикально вниз и ох — лажд. 1ется снаружи воздухом, пода ваемым в кольцевое устройство 4. За счет избыточного давления воздуха 2 поступающего внутр ь рука­ва, происхс здит его раздув. Часто на цилиндрическом участке рукава 5размещаютустройства внешнего интен сивного охлажд< ;ния плен­ки водой. Так обы чно производят пленки из ПП С помощью направ­ляющих щек в пленка поступает на приемные валки 7 сложенная пополам и далее направляется на намоточное устройство 9.

Рис. 3.5. Схема установки для получения пленки методом экструзии с раздувом рукава (приемка вниз)

Н аходящийся на выходе из кольцевое головки в расп давленном состоянии полимер воспринимает растягивающую нагрузку от веса всего рукава вплоть до валков 7, а также от усилия натяжения, со­здаваемого самими валками. Это вносит oi раничен ие в. диаметр ру­кава, длину его цилиндрического участка и в толщину получаемых пленок Обычно этим способом изготавливают тонкие пленки не­большой ширины.

Все названные варианты отвода рукава имеют свои преимуще­ства и недостатки:

1. Отвод рукава вверх экономиг производствен ые площади ру­кав равномерно охлаждается по всему периметру и высоте, пленки могут получаться большой толщины, так как рукав принимается (удер­живается) тянущими валками Поворот потока расплава на 90° в го­ловке несколько удорожает стоимость изготовления оснастк и.

2. Отвод рукава ь горизонтальном положении значительно уде­шевляет стоимость формующей головки, потоки расплава более рав­номерно выходят из формую1 цей части по всему периметру. Посколь­ку тепловые потоки движутся снизу вверх, при остывании экструда — та, его деформировании верхняя часть будет иметь более высокую температуру, что и приведет к большей выт яжке и раздуву этой час­ти пленки. Рукав будет иметь большую разнотолщинность.

11ри получении толстых пленок рукав прогибается под действием силы тяжести, что приводит либо к его обрыву, либо к большой раз- нотолп щнности.

3. При отводе рукава вниз можно использовать ту же у гловую го­ловку, тгго и при схеме отвода вверх Г 1ри получении толст ых пленок наблюдается значительная самопроизвольная вытяжка экструдата или даже обрыв под действием силы тяжести пленочного рукава. Поэтому данный способ применим к получению тонких пленок. При приеме рукава в воду резко уменьшается время его ох лаждения, про­цесс интенсифицируется. Кроме того, при резком охаждении рас­плава происходит большая аморфизация криста ллизующихся поли­меров. Применение охлаждающей циркуляционной воды и соответ­ствующего оборудования удорожает установку.

Большое значение имеет устройство, с помощью которого обес­печивается равномерное охлаждение экструдируемого рукава. На рис. 3.6 (а—д) изображены основные коне груктивн ые схемы охлаж­дающих колец, различающиеся по направлению подачи холодного воздуха в кольца и его выхода на пленочный рукав [4G]. Как видно из рисунка, возможна радиальная (I), аксиальная (И) и тангенциальная (III) подача воздуха в кольца. Воздух из охла ждающего кольца может направляться перпендикулярно поверхности расплавленной плен­ки (рисунки слева) под определенным углом (рисунки справа).

11а рис. 3.6, е показано, что возможно различное расположение охлаждающего кольца относительно фо{ >мующей части экструзион — ной головки: непосредственно у торца головки (слева от оси рисун­ка) и на некотором расстоянии от него (справа от оси рисунка). Чем ближе кольцо к головке, тем меньше окружающего воздуха подсасы­вается струей холодного воздуха, выходящей из охлаждающего коль-

Ца. Кольцо часто устанавливают на расстоянии около 50 мм от торца экструзионной головки. Охлаждающий воздух должен поступать равномерно, иначе он вызовет искривление рукава и его неравно­мерное охлаждение

Расположение щели кольца, из которой поступает охлаждающий воздух, г[ри прочих PaBHi.DC условиях определяет форму раздуваемо­го рукава [8Г 47] На рис. 3.7 показаны профили рукава при различ­ном расположении щели о хлаждающего кольца Внешний диаметр рукава, изображенного слева, гораздо раньше достигает постояпн о — го значения по сравнению с диаметром рукава на правом рисунке, посколькув первом случае охлаждение идет более интенсивно. Гиб­кость рукава свидетельствует о неправильном режиме процесса ох­лаждения. При определен ной температуре расплав отверждается, с это1 о момента диаметр рукава по его длине не изменяется.

Рапица затвердевания полимера определяется началом посто­янства диаметра рукава. Эту линию называют линией затвердева­ния (или кристализации). Для получения прозрачной пленки с хо­рошими физико-механическими свойствами линия затвердевания рукава д< >лжна располагаться как можно ближе к экструзионной го-

CZy, , B^Z□

Puc 3 7. Влияние интенсивности охлаждения на форму рукава

Ловке, так как при увеличении расстояния от головки до линии зат­вердевания пленки скорость охлаждения иолимера снижается, что сопровождается ростом кристаллических образований.

До тех пор, пока полимер остаетс я в расплавленном состоянии, отклонения от правильной формы рукава уменьшаются за счет сил поверхностного натяжения При уменьшении расст< >яиия от голов­ки до линии затвердевания количество дефектов поверхности плен­ки уменьшается. Такая характеристика, как мутность пленк и, явля­ется результирующей для всех перечисленных выше факторов. От­ношение величины постоянного диаметра раздутого рукава к диа­метру заготовки кольцевого сечения на выходе из формув нцей части головки называют степенью раздува

И зменяя скорость вытяжки, температуру и интенсивность охлаж­дения рукава, форму рукава, а следовательно, и свойства пленки, можно получить рукав еле дув >щих форм (рис. 3.8).

/

Н

Н

И

Н

И

Ш1

Kt

В

А

Рис. 3 8. Некоторые типичные формы рукавов пленки

Форма а соответствует высоком у расположению линии криста ли — зации Н, что происходит при недостаточном охлаждении деформируе­мого рукава. Пленка вначале растягивается в длину, а затем в ширину. Это сопровождается частичной переориентацией макромолекул.

Форма б соответствует н< >рмалънои велич ине Нпри хорошей ин­тенсивности охлаждения Продольная и поперечная ориентации при вытяжке и раздуве осуществляются почти одновременно. Пленка получается равнопрочной и равнотолщиннои.

Форма в соответствует резкому интенсивному охло ждению рука­ва, линия Ямала. Пленка имеет преимущественно поперечную ори­ентацию, а для некоторых видов полимеров происходит уменьшение степени кристалличности.

Форма г соответствует неравномерному обдуву пленки охлажда­ющим воздухом по периметру. Пленка ра знотомцинна, рукав несим — метри чен.

Для большинства пленок, отвечающих общим требованиям к свой­ствам, в зависимости от их толщины значение Нколеблется в преде­лах 0,3 — 2 м. Чем толще пленка (и соответственно экструзионная за­готовка), тем больше Н, и наоборот.

Раздутый рукав перед попаданием в валки с помощью направ­ляющих щек постепенно складывается в плоскую двухслойную пленку. Щеки могут быть выполнены в виде сплошных листов, се­ток или системы направляющих роликов. Конструкции щек долж­ны обеспечивать доступ охлаждающего воздуха к пленке, так как в верхней части рукава (при схеме экструзии «снизу вверх») сосре­доточивается теплый воздух Кроме того, тррние пленки о направ­лю юшиешек и должно быть минимальным Большое значение име­ет угол схождения щек и стенок рукава перед валками а. В зависи­мости от величины yi ла а будет изменяться разность размеров 11 и 12 (рис. 3.9) Большое значение А1= (^— Ц/Z, приводит к образованию складок на пленке

На рис. 3.9 показано, как величина а влияет нэ относительную деформацию края и середины сложенного рукава и, следова гельно, на образование складок Особенно нежелательны складки, возника­ющие посредине рукава, гюскольк у они не могут быть удалены при обрезании кромок пленки. По этому рекомендуется обеспечивать по возможности минимальное значение угла а. Однако уменьшение а неизбежно вызывает увеличение длины направляющих щек так как диаметр рукава определен размерами кольцевой щели экструзион — ной головки и степенью раздува рукава

На пленке: а — вследствие относительной разности &1 длин боковых линий клиновидного рукава между направляющими; б—из — за тре ния i >укава о направляющие

С увеличением длины щек возрастает поверхность соприкосно­вения их с рукавом, а следовательно, увеличивается сила трения по­лимера о направляющие элементы, в результате чего посредине пле — ноч ного рукава образуются складки. В связи с этим полезно исполь­зовать распорную вилку (рис. 3.10), упругие концы которой разгла­живают складки рукава перед входом в валки. Чтобы сложенный рукав входил в прижимные тянушие валки по возможности более плоским, направляющие щеки следует располагать как можно бли­же к валкам. Б противном случае перед входом в валки на рукаве может образовываться пузырь, способствующий возникновению складок на пленке.

Д я снижения необратимой реформации рукава после выхода из головки иногда прибегают к дополнительному охлаждению с помо­щью помещенного внутрь рукава теплообменника, свободно монти­руемого на дорне (рис 3.11) [7].

Рис. 3.10 Схема установки расп< >рной вил ки в рабочем (о) и в сложенном б) состоянии

Рис 3 11 Схема дополнительного охлаждения рукава из] гутри при помощи теп лооОменника и направляющих щек. 1 — головка; 2 — дорн; 3 — обдувочное кольцо, 4 — теплообменник; 5 — рукав; 6 — полые щеки 7— сжимающие валки

Известны методы и конструкции устройств, позволяющие охлаж­дать не воздух внутри рукава, а непосредственно сам пленочный

Рис 3 72 Различные сочетания воздушного и водяного охлаждения рукавных пленок

Вследствие неизбежной (хотя и незначительной) неравномерно­сти распределения температур в экструзионной головке, а также неравномерности охлаждения рукава наблюдаются определенные колебания т< км цины пленки Эти откл< >нения по толщине обычно воз­никают в одном и т ом же месте и сумм ируются п< > слоям i гленки при намотке на бобину. Накладываясь друг на другаг местные утолщения пленки образуют на рулоне валик. Чтобы избежать таких местных утолщении и уплотнени в рулоне, прибегают к вращению экстру — дера, экструзионной головки или системы приемных в<лков относи­тельно оси рукава.

В первом случае используют вертикальным экструдер установ­ленный на вращающейся платформе Такой экструдер («ротатру — дер») и охлаждающее кольцо поворачивают попеременно вправо и влево на 360° с частотой около 1 мин-1. При горизонтальной схеме расположения экструдера раздутый рукав и охлаждающее кольцо оставляют неподвижными, а прижимные (тянущие) валки и намо­точное устройство периодически поворачивают относительно оси рукава.

Намотку пленки осуществляют при постоянном усилии так, что­бы она испытывала по возможности низкое натяжение.

В процессе производства рукавной пленки методом экструзии с раздувом изменение технологических параметров моментально ска­зывается на ее качестве [20,26,27,40] Установлено, что температура головки должна быть несколько выше максимальной температуры материального цилиндра экструдера. Для ПЭН П рекомендуетсят< ;м — пература головки в интервале 170-200 °С, для ПЭВП— 190-220 СС, а для ПП — 210 — 230 °С. Интенсификация процесса, например, за счет повышения частоты вращения червяка иногда вынуждает по­вышать температуру экструзии. Однако следует иметь в виду, что при этом интенсифицируются окислительные процессы, приводя­щие к снижению качества пленок. При хорошем качестве сырья (от­сутствие «ороговевших» частиц, или геликов) гелеобразование в пленке может быть уменьшено за счет применения эффективных стабилизаторов, правильного выбора конструкции червяка, точного контроля температуры, проведения процесса в среде инертного газа и други х мероприят ий

При повышенной влажности сырья в расплаве содержатся пу­зырьки газа, лопающиеся при выходе из головки. В этом случае необ­ходима предварительная подсушка гранул.

Большое влияние на физико-механические свойства пленки во всех направлениях оказывает степень раздува. На рис. 3.13 — 3.15 приведены зависимости таких характ еристик механических свойств, как ударная прочность, прочность на раздир и разрушающее напря­жение при растяжении от степени ра здува и производительности экструдера Из приведенных данных следует, что при прочих рав­ных условиях увеличение производительности сопровождается по­вышением ударной прочности и разрушающего напряжения при растяжении при стандартных испытаниях, а прочность на раздир, наоборот, снижается [8,45,56J.

Б зависимости от соотношения скоростей вытяжки рукава в про — дольном и поперечном направлениях изменяются характеристики прочности пленки. Форма рукава также оказывается весьма чувстви­тельной к влиянию указанного фактора.

Разрушай >щее напряжение при растяжении, Отн ел

Рис. 3.13. Зависимость разрушающего напряжения при растяжении пленки от произв» )дительности и степени разд>ва рукава в продольном (/) и в поперечном (2) направлениях

Ударная прочность, отн. сд.

Рис. 3.14. Зависимость ударной прочности пленки от производительности и степени раздува рукава (на примере пленки толщиной 37 мкм )

Прочность на раздир, отн. ед

500;

Рис. 3.15 Зависимость прочности на раздир пленки от производительности и степени раздува рукава в продольном (1) И в поперечном (2) направлениях

Экструзионные пленки производят не только методом раздува рукава. В настоящее время для изготовления полимерных пленоч­ных материалов широко используются три основных экогрузионных способа экструзия с последующим раздувом; полив экструдирован — ной заготовки на холодный барабан (или экструзия плоской пленки с охлаждением на валках); полив экструдировапной заготовки в водя ную ванну.

Экструзионно раздувный способ завоевал наибольшее распрос­транение благодаря следующим преимуществом:

1) возможность получения пленок, имеющих «сбалансированные» показатели механических свойств в прод< >льном и в поперечном на­правлениях;

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

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, иск мочение при эт ом вертикаьных швов и снижение опас­ности разрыва в местах сварки,

G) низкие отходы производства по < равнению 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 ш ирокоформатньгх пленок шщ >ин< >и 12 — 24 и даже 30 м,

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

Благодаря указанным преимуществам получение рукавных пле­нок из ПЭНП в настоящее время доминирует в производств*3 пленок. Из всех изделий из полиолефинов наибольшее хозяйственное и про­мышленное значение имеет пленка, полу чаемая экструзионным ме-

Тодом, при пом< >щи которого перерабатывается около 75% всего вы­пускаемого полиэтилена. Экструзией с раздувом из ПЭ производят пленки толщиной от 20 до 350 мкм при ширине до 20 — 30 м.

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; […]