Важнейшим достоинством полимеров является их способ­ность к пленкообразованию.

К полимерным пленкам относят листовой или рулонный материал, т. е. сплошные слои полимеров толщиной до 0,2- 0,3 мм и шириной более 100 мм. Узкие пленки называют лен­тами. Такое определение является достаточно формальным. Практически термин «пленки» установился для тонких лис­товых материалов такой толщины, при которой сохраняется их гибкость. Пленки характеризует малая толщина (и, следо­вательно, малая масса) при большой поверхности.

Пленки занимают как бы промежуточное положение между компактными твердыми телами и дисперсными системами. Отличительной особенностью пленок как сплошных тонких слоев вещества является определенное соотношение между массой и поверхностью. В отличие от твердых компактных тел пленки характеризуются большой поверхностью при относи­тельно малой массе и при этом поверхность пленки в отличие от дисперсий непрерывная, сплошная.

Способность полимеров к пленкообразованию — специфи­ческое отличие полимеров от низкомолекулярных веществ. Эта характерная особенность полимеров как материи обусловлена строением из молекул, а именно чрезвычайно большой их дли­ной, в тысячи раз превышающей поперечный размер. Анизот­ропией формы и гибкостью макромолекул полимеров обусловли­вается возможность возникновения в процессе пленкообразова- ния разнообразных структурных образований, предопределяю­щих комплекс физико-механических свойств пленок.

Гибкостью макромолекул обусловливается возможность су­ществования специфического для полимеров ориентированно­го состояния, не имеющего места в мире низкомолекулярных тел. Это состояние характеризуется расположением осей цеп­ных макромолекул вдоль одного направления или в одной плоскости, что приводит к анизотропии свойств материала, прежде всего механических.

Особенностью ориентированного состояния является то. что структура различных по химическому строению ориентирован­ных полимерных материалов оказывается однотипной и харак­теризуется наличием нитеподобных образований диаметром порядка 100-200 А, ориентированных в направлении действия силового поля. Характер ориентации макромолекул полимер­ных пленок при этом определяется внешним силовым полем и текстура ориентированной пленки может меняться от одноос­ной до плоскостной. В последнем случае оси всех макроцепей лежат в плоскости пленки, но преимущественного направления ориентации в плоскости пленки могут и не иметь.

Структурные особенности полимерных пленок определяются также специфическим состоянием их поверхностных слоев, име­ющих отличные от свойств полимеров в массе физико-механи­ческие свойства. И эти особенности предопределяются характе­ристическими размерами пленки, ее толщиной, при которой от­ношение площади поверхности пленки к ее объему очень велико.

Из общих термодинамических представлений следует, что поверхностные слои любого материала являются более плотны­ми вследствие нескомпенсированности сил взаимодействия молекул поверхностного слоя, наличия избыточной поверхност­ной энергии, поверхностного натяжения. Поэтому пленочные материалы характеризует целый ряд преимуществ перед одно­именными полимерами в толстом блочном состоянии. Пленки имеют более высокие физико-механические свойства. При практически одинаковой плотности они превосходят полимеры в блоке по разрушающему напряжению при растяжении на 60- 360%, по относительному удлинению при разрыве на 25-150% (табл. 4.9). Температура стеклования многих пленочных мате­риалов, например ароматических полиамидов и полиарилатов, выше, чем у одноименных полимеров в блоке.

Таблица 4.9

Свойства полимеров в виде пленок толстых материалов (в блоке)

Параметр	Полиамид 6	Полиэтилентерефталат
Литьевой Гост 6-06-09-76	Пленки неори­ентированные ТУ 6-09-255-84	Литьевой ТУ 6-05-830-76	Пленка ГОСТ 24234-80
Плотность, г/см3	1,13	1.13	1,39	1,39
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	60	63-140 100	50-70 60	140-290 215
Относительное удлинение при разрыве, %	150-400	250-550	2-4	70-120
275	400	3	85
Модуль упру­гости, 103 МПа	1,2-1,5 1,35	—	—	3,5-4,5 4,0
Электрическая прочность, МВ/м	22	52-60 56	12-17 14,5	140-250 195
Параметр	Поликарбонат	Полиимид
Литьевой ТУ 6-05-901-73	Пленка Macrofol, тип N	Прессовочный ТУ 95-1449-86	Пленка ТУ 6-19-121-85
Плотность, г/см3	1,20	1,23	1,40	1,42
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	56-70	80-90	—	150-170
67	85	160
Относительное удлинение при разрыве, %	50-110 80	100-120 110	—	70-100 85
Модуль упру­гости, 103 МПа	2,2-2,4 2,3	—	—	2,0-3,0 2,5
Электрическая прочность, МВ/м	15,5-21,0 18	170	—	200-250 225

Примечание. В числителе дроби указан интервал значений параметра, в знаменателе — его среднее значение.

4.4.1. Основные виды полимерных пленок

Полимерные пленки производят из природных, искусствен­Ных и синтетических полимеров.

К первой группе относятся пленки, изготовляемые из бел­ков, натурального каучука, целлюлозы и некоторых других Природных полимеров, наибольшее распространение в этой группе получили гидратцеллюлозные пленки, из них широко используется в упаковке целлофан.

Вторую группу составляют пленки из искусственных по­лимеров — продуктов химической модификации природных полимеров. Это пленки, полученные на основе простых и слож­ных эфиров целлюлозы: ацетата целлюлозы, ацетобутирата целлюлозы, ацетопропионата целлюлозы, нитрата целлюлозы и этилцеллюлозы. К этой группе относятся и пленки из нату­рального или синтетического изопренового каучука, предва­рительно подвергнутого гидрохлорированию, — гидрохлорид- каучуковые пленки.

Третью, самую обширную, группу составляют пленки из Синтетических полимеров, подавляющее их большинство — термопласты.

Основные виды полимерных пленок, применяемых в упако­вочной промышленности, приведены в табл. 4.10. Кроме ука­занных в таблице для упаковки применяется множество дру­гих пленок: ацетобутиратцеллюлозные, нитратцеллюлозные, хлорфторэтиленовые, этиленбутеновые, фторкарбонатные, по — лиуретановые, силиконовые, поливинилфторидные, полиэти — леноксидные, полиимидные и т. д.

При обозначении большинства пленок принята их маркиров­ка по толщине, измеряемой в миллиметрах или микрометрах.

В США принято измерять толщину пленок в милах:

1 мил = 0,001 дюйма = 25,4 мкм.

При маркировке используют номера в 100 раз больше — пленка № 200 имеет толщину 2 мила.

Целлофан обозначают иначе. В США — уменьшенной в 100 раз площадью пленки (дюйм2) весом в 1 фунт (1 дюйм = = 25,4 мм; 1 фунт = 453,6 г). Так, 1 фунт пленки площадью

Таблица 4.10

Основные виды полимерных пленок, применяемых в упаковочной промышленности

Материал	Название пленки	Условное обозначение	Фирменное	Изготовитель
		Иностранное	Русское	Название
1	2	3	4	5	6
Регенерированная целлюлоза	Целлофан Водостойкий целлофан				Е. J du Pont de Nemours & Co; Olin Mathieson Chemical Corp.; Rhodia Inc. (США); British Cellophane Ltd. (Канада); Transparent Paper Ltd. (Англия)
Эфиры целлюлозы	Ди ац егатце л лю лоз н ые Три ацетатцел лю лоз ные Ацетобутиратн ые Этил целлюлоза	CDA CAB CAL	ДАЦ ТАЦ АЦБ Эц	Эскаллен	Dow Chemical Co.; Hercules Inc. (США)
Гидр о хлор ид каучука	Гедрохлорид каучуковые		ГК	Pliofirm Snug-Pak	Goodyear Tire & Rubber Co. Tee-Pak Inc. (США)
Полиолефины	Полиэтиленовые		ПЭ	Bexphane Bicor Dynafilm	BXL Industrial Products Group, Ltd.; Mobil Chemical Co.; Alamo Industrials, Inc.
	Полипропиленовые	PROPР	ПП	FRF Olefane Propafilm Relpro Vypro Моплен Гостален Данлай, Донбанд	Eastman Chemical Products, Inc.; Avisun С оф.; Imperial Chemical Industries, Ltd.; Reliance Plastic & Chemical Corp.; W. R. Grace & Co. (США) Италия Германия Япония

Продолжение табл. 4.10

1	2	3	4	5	6
Поливинилхлорид	Жесткие и пластифи­цированные (мягкие) пол иви ни лхлори дные	PVC	Пвх	Clopane Cobex Fandflex Koroseal Kipex Oriex Panta-Pak Resinite Reynolon Rucoam Sumilite Velon Vitafilm Watahyde	Clopay Corp.; BXL Industrial Products Group, Ltd.; Rand Rubber Co.; B. F. Goodrich Chemical Co.; Rohm & Haas Co.; Nixon Baldwin Chemical, Inc.; Pantasote Co.; Borden Chemical Co.; Reynolds Metals Co.; Rubber Corp. Of America; Sumitomo Bakelite Co., Ltd. (Япония) Firestone Plastics Co.; Goodyear Tire & Rubber Co.; Harte & Co., Inc. (США)
Поли- В ин и/мденхло рид	Поли­вини /ид еюслоридн ые	PVDC	Пвдх	Da ran Saran Wrap Weston Курихалон
Поливиниловый спирт	Винилоновые В одорасгворимые	PVAL	Пвс	—	—
Полиметил — метакрилат		РММА	ПММА	—	—
Полиэфиры	Полизгилентерефталатше	РЕТР, PET	ПЭТФ	Maytar Hostofan, Nabfan Lumirror Melinex, Terilen Terfan Лавсан Poliester	Du Pont de Nemours Co. (США) Kalle (Германия) Toray Ind. Ltd. (Япошя) ICI (Великобритания) Rhone Poulenc (Франция) Россия Engineering Polymer Ltd.

Продолжение табл.

1	2	3	4	5	6
	Пол и ка рбонатн ые	PC	ПК	Lexan Makrofol MakJaron Sumicolayt Suntoid	Bayer (Германия) General Electric Co. (США) Bayer (Германия) Sumitomo Cagaki (Ягююя) Nychement Corp. (Япония)
Полистирол	Полистирольные	PS	ПС	Стирофлекс Norflex Poliflex Stironil	Великобритания, Россия Германия США Франция
Полиамид	Пол ика п роа ми дн ые	PA	ПА-6	Найлон Capran Rilsan Zytel	Allied Chemical Corp.; Organico-Rilsan; E J. du Pent de Nemours & Co. (США)
Полигексаметиленадипа — мидные (полиамид 66)		ПА-6,6
Полиамид 11		ПА-11
Полиамид 12		ПА-12
Ароматический полиамид	Фенилоновые		АЛА	Conex HM-50	E. J. du Pent de Nemours & Co. (США) Tajin (Япония)
Простой алифати­ческий полиэфир	Пентап ластовые •
Простой аромати­ческий полиэфир	Пол ифен ил ен окси дн ые		ПФО	Арилокс PPO, Noril	Россия США
Полисульфоновые		ПСУ
Фторсодержащие смолы	П оливинилфтори дные		ПВФ	—	—
Политетрафторэтиленовые		ФП
Ароматические полиимиды	Полиимидные		ПИ	Кар ton ПМ	E. J. du Pent de Nemours & Co. (США) Россия

22 ООО дюйм2 условно обозначают: целлофан-220. После цифр следуют буквенные обозначения различных качеств целло­фана, расшифровка которых приведена ниже.

Принятая в США буквенная маркировка целлофана

А или В…………………………………….. вид упаковки

С………………………………………………. окрашенный

D………………………………………………. производство Du Pont,

С пониженной влагонепроницаемостью

L……………………………………………….. средней влагонепроницаемости

М……………………………………………… влагонепроницаемый

О………………………………………………. одна сторона с покрытием

Р………………………………………………. гладкая поверхность

R………………………………………………. покрытие виниловое

S………………………………………………. способность к термопечати

Т………………………………………………. прозрачный

V, X или К………………………………… тип полимерного покрытия

W0…………………………………………….. белый непрозрачный

В Европе и Японии номер целлофана означает максималь­ный вес 1 м2 пленки в граммах, увеличенный в 10 раз. Напри­мер, 1 м2 целлофана № 300 весит 30 г.

4.4.2. Основные способы производства полимерных пленок

От способа производства полимерных пленок зависят мно­гие их свойства, в особенности физико-механические, техно­логические, а также экономические показатели. Как правило, для каждого полимера оптимальным и наиболее часто приме­няемым на практике является какой-либо один метод получе­ния пленки, но в ряде случаев встречаются и различные мето­ды. Более того, и в одинаковых методах получения пленки мо­гут быть использованы различные дополнительные операции, оснащение и приспособления в зависимости от свойств поли­мера и специфических особенностей назначения продукции.

Существуют следующие промышленные методы изготовле­ния полимерных пленок: экструзия расплава полимера; полив раствора полимера или форполимера на полированную метал­лическую или другую поверхность (в некоторых случаях ра­створ полимера подают в осадительную ванну); полив диспер­сий полимера на полированную поверхность; каландрирова­ние; прессование; строгание заготовок.

Экструзией называют метод формования изделий или по­луфабрикатов неограниченной длины в экструдере продавли — ванием расплава полимера через формующую головку с кана­лами необходимого профиля.

Основным оборудованием для переработки пластмасс мето­дом экструзии являются экструдеры — шнековые машины, называемые также червячными прессами. Гранулированный полимер из загрузочного бункера с помощью вращающегося червячного шнека 4 (рис. 4.12) последовательно перемещается по технологическим зонам материального цилиндра. В зоне питания I происходит уплотнение и сжатие гранул, в зоне сжа­тия II — пластикация и частичное плавление, в зоне дозирова­ния III — окончательное плавление остатков твердого полиме­ра, гомогенизация, усреднение вязкости и температуры рас­плава. Необходимые температуры по зонам цилиндра обеспе-

Рис. 4.12. Схема одношнекового экструдера: 1 — формующая головка; 2 — фильтр; 3 — обогрев; 4 — червяк; 5 — охлаждающий змеевик; 6 — охлаждающая рубашка; I — зона питания; II — зона сжатия; III — дозирующая зона

Чиваются системами обогрева 3 и охлаждения 5, 6. Расплав полимера через фильтр 2, представляющий набор металличес­ких сеток, закрепленных в решетке, под остаточным давлени­ем р = 5,0-35 МПа продавливается через формующую головку 1, приобретая определенный профиль, и под очень небольшим избыточным давлением выходит из фильерной части головки.

Методом экструзии расплава полимера выпускают пленки двух типов — рукавные и плоские.

Рукавные пленки формуют спосо­бом раздува с помощью сжатого воз­духа цилиндрической заготовки, по­лученной экструзией расплава по­лимера через формующую кольце­вую головку, принципиальная схема которой приведена на рис. 4.13. Для обеспечения равномерности темпе­ратуры, давления, толщины и дру­гих параметров цилиндрической за-

_____________________ готовки применяют разнообразные

Конструкции кольцевых головок со сложной системой каналов подачи расплавленного полимера. Наиболее высокое качество пленок получают с использовани­ем вращающихся элементов головки.

Р

Рис. 4.13. Пример конструкций формующих кольцевых головок

Воздух

Изготовление рукавных пленок является непрерывным техно­логическим процессом. Расплав полимера выдавливается экст — рудером J 5 (рис. 4.14) через экструзионную головку 7 в виде ци­линдрической рукавной заготовки 8. Внутрь 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 б, 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 плоских полотна пленки, которые разглаживаются направ­ляющим валком 3 и наматываются на приемные катушки 12.

Рис. 4.14. Схема установки получения рукавных пленок раздувом

Технология и оборудование для производства рукавных пле­нок относительно просты и получили широкое распростране­ние в изготовлении пленок ПЭ, ПП, ПВХ, ПВДХ, ПК, АЦ и др. К недостаткам этого способа относятся:

Низкая эффективность воздушного охлаждения, снижающая производительность и прозрачность (особенно ПП) пленок;

Неравномерная толщина пленок;

Склонность к складкообразованию пленок.

Плоские пленки получают методом экструзии расплава по­лимера через плоскощелевую формующую головку, принципи­альная схема которой показана на рис. 4.15. В зависимости от способа охлаждения заготовок различают два варианта этого метода: с охлаждением заготовки на охлаждающих барабанах и в водяных ваннах.

А

TtZZZZZi

1—i мТТ?1 fi

Рис. 4.15. Принципиальная схема плоскощелевой головки:

Расплав полимера

I Расплав * полимера

А — коллектор прямой (с постоянным сечением); б — коллектор скошенный (с уменьшающимся сечением);

1 — нож; 2 — коллектор

Схема производства плоских пленок экструзией через плос­кую щель с охлаждением на барабанах приведена на рис. 4.16. Расплав полимера из экструдера 1 выдавливается через плоскощелевую формующую головку 2 на охлаждающие бара­баны 4. Их охлаждение осуществляется водой, глицерином или термостойкими маслами. Под действием потока воздуха из специального коллектора 3, называемого воздушным ножом, пленка плотно прилегает к охлаждающим барабанам и равно­мерно охлаждается. Затем после прохождения системы роли­ков и обрезки кромок ножевым устройством 5 пленка наматы­вается на приемный барабан 6. Отрезанные продольные кромки могут наматываться на специальный барабан или не­посредственно подаваться на режущие устройства для получе­ния крошки, которая снова возвращается в производство.

Схема получения плоских пленок с охлаждением в воде пока­зана на рис. 4.17. Расплав полимера из плоскощелевой формую­щей головки экструдера 1 в виде плоской ленты поступает в ван-

Полимер

Ч’МФШЦШШШШН*

Рис. 4.16. Схема производства пленок экструзией через плоскую щель с охлаждением на барабанах

Ну с холодной водой. Остывшая пленка осушается с помощью во — доснимателя 3 и посредством тянущих валков подается на режу­щее приспособление 4 для обрезки продольных кромок. Готовая пленка наматывается на барабан приемного устройства 5.

Расплав полимера

Рис. 4.17. Схема производства пленок экструзией через плоскую щель с охлаждением в водяной ванне:

1 — формующая головка; 2 — волногаситель; 3 — водосниматель; 4 — нож; 5 — намоточный барабан

Пленки, охлажденные на барабанах, отличаются равномер­ностью физико-механических свойств и повышенной прозрач­ностью. Охлажденные в воде пленки характеризуют сильный блеск и большая жесткость.

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 упаковке на автомати­ческих линиях удобнее использовать рукавные пленки.

Метод полива раствора полимера или форполимера на

Металлическую поверхность применяется для получения пле­нок из легко растворимых полимеров или форполимеров, кото­рые нестойки в расплавленном состоянии или разлагаются при нагревании ниже температуры плавления, например, ПВС, ПК, полиимиды.

Метод полива состоит из нескольких стадий: приготовление раствора полимера; полив раствора полимера на гладкую поли­рованную поверхность; отделение растворителя от полимера.

Стадия приготовления раствора полимера включает опера­ции растворения, фильтрования и деаэрации. Растворение осуществляют в емкостях с различными устройствами для пе­ремешивания и подогрева. Как правило, в смесители загружа — ют вместе с полимером и растворителем также пластифика­тор, стабилизатор, краситель и другие необходимые добавки. Концентрация растворов колеблется в пределах 10-35%. Для получения прозрачных пленок обычно используют смеси из нескольких растворителей. Очистку растворов от разнообраз­ных примесей проводят фильтрованием в фильтрах различ­ных конструкций с использованием сложных фильтрующих систем. Качество фильтрации во многом определяет качество получаемых пленок. Отделение раствора от воздушных вклю­чений осуществляют в деаэраторах, различных по конструк­ции и принципу действия.

Формование пленки происходит на стадии полива. В зави­симости от вида полированной поверхности подложки разли­чают методы полива на барабан, на бесконечную ленту, в оса- дительную ванну (мокрое формование).

Система нанесения раствора на движущуюся подложку должна обеспечивать формование равномерного по ширине и длине слоя пленки. Наиболее часто эти функции выполняет фильера с щелевым прямоугольным отверстием внизу, разме­ры которого могут регулироваться перемещением подвижной стенки 4 (рис. 4.18). Раствор, вытекающий из фильеры самоте­ком. равномерно распределяется по поверхности движущейся подложки ножом 6 с отшлифованной и полированной нижней кромкой. Толщина и равномерность слоя пленки зависят от зазора между подвижной 4 и неподвижной 5 стенками, рас­стояния между ножом 6 и подложкой 9, уровня раствора в ем­кости фильеры и скорости движения подложки. Для производ­ства тонких пленок фильера снабжается калибрующим вра­щающимся валиком 7. При нанесении высоковязких раство­ров форполимеров, например раствора полиамидокислоты в производстве полиимидных пленок, стенки фильеры могут иметь систему подогрева.

3 Рис. 4.18. Фильера с валиком для отливки пленок из раствора: 1 — задняя планка (стекло); 2 — пружина, прижимающая стекло; 3 — кронштейн с винтом для регулирования щели; 4 — подвижная стенка; 5 — неподвижная стенка; 6 — передняя планка (нож); 7 — вращающийся валик; 8 — пленка; 9 — подложка

Формование пленок методом полива на барабан осуществ­ляют следующим образом. Приготовленный раствор полимера из питателя 2 подается в фильеру, откуда равномерным слоем наносится на вращающийся нагретый отливочный (сушиль­ный) барабан (рис. 4.19). Металлический барабан шириной 1,2-2,6 м и диаметром 1,5-5,4 м имеет гладкую полированную поверхность (не ниже 9-го класса чистоты), обогревается теп­лым воздухом, горячей водой или паром. Для облегчения съе­ма сформованной и подсушенной пленки на поверхность бара­бана наносят тонкое твердое антиадгезивное покрытие, на­пример раствор отверждающихся кремнийорганических со­единений. Высушенная на барабане пленка приобретает са­монесущую способность, становится формоустойчивой. При помощи съемного валка пленка отделяется от барабана и по­дается в сушильную камеру 3 для окончательной досушки, от-

Рис. 4.19. Схема производства пленок методом полива на барабан: 1 — металлический барабан; 2 — питательный патрубок с фильерой; 3 — сушильный шкаф; 4 — намоточный барабан

Куда проходит через резальное устройство для обрезки кромок и поступает на намоточный станок 4. Испарившаяся парогазо­вая смесь растворителей из барабана и сушильной камеры конденсируется в конденсаторе и направляется в специаль­ный сборник.

Рис. 4.20. Схема производства ТАЦ-пленки методом полива на бесконечную ленту: 1 — мерники-дозаторы; 2 — смесительный аппарат;

2

О

1

К конденсатору

3 — фильтр-пресс; 4 — деаэратор; 5 — фильера; 6 — отливочная машина; 7 — гидравлический затвор; 8 — камера досушки; 9 — приемное устройство

Формование пленок методом полива на бесконечную ленту наибольшее применение нашло в производстве ТАЦ-пленок, технологическая схема которого приведена на рис. 4.20. При­готовленный в смесительном аппарате 2 раствор частично омыленного ТАЦ в смеси растворителей — метиленхлорида с метиловым или этиловым спиртом в соотношении 9:1, а также с пластификаторами (смесь фталатов с фосфатами 1-2,5%), стабилизаторами, красителями и прочими добавками, от­фильтрованный на многоступенчатых (2-4 ступени) фильтр — прессах 3, очищенный от воздушных включений в деаэраторе нагревания 4, подается в емкость фильеры 5, из которой ров­ным слоем наносится на поверхность движущейся непрерыв­ной ленты отливочной машины 6. Отливочная машина состо­ит из двух барабанов, на которые натянута бесконечная поли­
рованная лента шириной 0,7-1,4 м и длиной 28-86 м. Оба ба­рабана заключены в герметичный кожух, который образует вдоль бесконечной ленты сушильные каналы. В отливочной машине пленка высушивается до остаточного содержания ра­створителя 15-20%, затем с помощью съемного валка отделя­ется от подложки и через гидравлический затвор 7 подается в камеру досушки 8, где сушится нагретым воздухом при темпе­ратуре от 100°С в первой зоне до 125°С в последней зоне суш­ки. После этого пленка режется по ширине и наматывается в рулоны в приемном устройстве 9.

Рис. 4.21. Схема производства целлофана методом полива в осадительную ванну (мокрое формование): 1 — танк; 2 — насос; 3 — фильтр; 4-12 — ванны; 4 — осадительная; 5 — регенерационная; 6, 8, 11 — для водной промывки; 7 — для обезвоживания; 9 — для отбеливания; 10 — для обессоливания; 12 — для умягчения; 13 — сушилка; 14 — намоточный барабан

11

Методом полива в осадительную ванну (мокрым формова­нием) получают преимущественно целлофан. Вискозу из хра — нилища-танка 1 (рис. 4.21) насосом 2 через фильтр 3 равно­мерно подают в фильеру, нижняя часть которой на 20-25 мм погружена в осадительную ванну 4, где происходит формова­ние пленки вследствие охлаждения ксантогената целлюлозы и его омыления. Наибольшее распространение получил одно — ванный способ осаждения, когда оба процесса проводят одно­временно. Осадительная ванна в этом случае содержит 16% серной кислоты, 14-16% сульфата натрия и 68-70% воды. Длина щели фильеры должна быть больше заданной ширины готовой пленки, поскольку при формовании и последующей об­работке пленка усаживается на 40-45%. Формование оболочек

Вис — з

Для колбасных изделий осуществляют в фильерах с кольцевой щелью, при этом состав осадительной ванны подается допол­нительно через фильеру внутрь получаемых рукавных пленок. Из осадительной ванны пленка подается в регенерационную ванную 5 с 7-10%-ным водным раствором серной кислоты, где превращается в полностью регенерированную целлюлозную пленку. Затем пленка проходит через последовательно распо­ложенные емкости 6-12, в которых циркулируют различные растворы, и подвергается промывке, десульфурации, пласти­фикации. Иногда перед пластификацией пленку отбеливают и красят. Пластификатором обычно служит глицерин. В сушил­ке 13 пленку сушат на полых цилиндрах (сушильных бараба­нах), обогреваемых изнутри горячей водой. Снаружи пленка дополнительно обдувается горячим воздухом.

К достоинствам пленок, полученных методом полива ра­створа полимера, относятся равномерная толщина, повышен­ная прозрачность, отсутствие нерастворимых примесей, прак­тически полная изотропность свойств.

Недостатками метода являются низкая производитель­ность, трудность изготовления толстых пленок, пожароопас — ность применяемых органических растворителей, сложность их регенерации, что существенно повышает расходы на обору­дование и себестоимость выпускаемой пленки.

Метод полива дисперсии полимера на полированную поверхность по своей сути и аппаратурному оформлению мало отличается от метода полива раствора полимера. Глав­ным и принципиальным отличием является применение кол­лоидных систем (например, латексов), в которых дисперсион­ной средой служит вода, а дисперсной фазой — частицы поли­мера. Это обусловливает достоинства способа:

А) отпадает необходимость применения дорогостоящих, ток­сичных и огнеопасных растворителей;

Б) возникает возможность непосредственного использова­ния эмульсий и суспензий, полученных в результате эмуль­сионной и суспензионной полимеризации без промежуточ­ной операции выделения полимера.

Основным недостатком метода является сложность слипа­ния полимерных частиц в процессе высыхания дисперсии, что затрудняет получение структурно-однородных монолитных пленок.

Метод полива дисперсии полимера используют главным об­разом при получении пленок для санитарно-гигиенической упаковки изделий, а также для покрытий полимерных пленок, бумаги и тканей.

Каландровый метод получения пленок основан на прин­ципе непрерывного формирования пленок из расплава поли­мерного материала при последовательном его пропускании че­рез несколько зазоров (обычно два или три) между параллель­но расположенными и вращающимися навстречу друг другу полыми цилиндрами-валками, являющимися главной рабо­чей частью каландров.

Наиболее распространенные схемы расположения валков в каландрах для производства пленок приведены на рис. 4.22: трехвалковые вертикально в линию и четырехвалковые L-, Z — и S-образные.

Полимерные пленки каландровым методом изготовляют следующим образом. Предварительно тщательно перемешан­ная смесь мелко диспергированных компонентов (полимер, пластификатор, стабилизатор, краситель) подается на вальцы 1 (рис. 4.23), где подвергается пластификации. Пластифика­ция обеспечивает равномерный разогрев смеси до температу­ры переработки, растворение жидких и низкомолекулярных

А

Е

Г

Б

Рис. 4.22. Схемы расположения валков в каландрах для производства полимерных пленок: а — трехвалковый; б — L-образный; в — Z-образный; г — S-образный

Рис. 4.23. Схема получения пленок каландровым методом:

9 10

1 — вальцы; 2 — транспортерная лента; 3 — каландр; 4, 6 — охлаждающие барабаны; 5 — устройство для замера толщины и массы полимера; 7 — счетчик; 8 — ширительное устройство; 9 — тянущее устройство; 10 — прием но — намоточное устройство; 11 — пленка

Компонентов смеси, диспергирование частиц порошкообраз­ных компонентов, гомогенное (равномерное) распределение всех компонентов. Многие смесители-пластификаторы рабо­тают по принципу экструзионных машин, которые для усиле­ния диспергирующей способности снабжены различными до­полнительными устройствами. Пластифицированный поли­мер транспортером 2 непрерывно подается на каландры 3, где равномерно распределяется по длине первого межвалкового зазора, откуда подхватывается последующими валками и про­ходит через второй и третий межвалковые зазоры. Толщину пленки корректируют регулировкой последнего межвалкового зазора автоматически по сигналу бесконтактного измеритель­ного устройства 5, осуществляющего непрерывный контроль толщины. Отформованное в каландре пленочное полотно 11 поступает на охлаждающие барабаны 4, где осуществляются охлаждение и термическая стабилизация. Окончательное ох­лаждение осуществляется на барабанах 6, откуда пленка че­рез счетчик метража 7 и ширительное устройство 8 тянущим устройством 9 подается на приемно-намоточный барабан 10.

Пленка, полученная каландровым методом, обладает про­дольной ориентацией, которая обеспечивается за счет превы­шения линейной скорости отбора охлажденной на барабане 4 пленки над окружной скоростью последнего валка каландра на 30-100%. Поэтому прочность при растяжении в продольном направлении пленок на 10-20% выше прочности в поперечном
направлении. В области отбора от каландра с помощью допол­нительных вытяжных устройств удается растянуть пленку до 500% от ее первоначальной длины.

Каландровый метод получения пленок более дорогой, чем методы полива раствора и экструзия расплава полимеров.

Каландровым методом получают главным образом пленки и листы из ПВХ: так перерабатывается почти половина произво­димого во всем мире ПВХ, что объясняется наименьшей вероят­ностью тепловой деструкции полимера при каландрировании.

Строганием заготовок производят пленки главным обра­зом из ФП и целлулоида. Из этих полимеров первоначально прессуют цилиндрические заготовки. На специальных уста­новках их вращают вокруг своей оси и срезают профильным ножом пленочное полотно. Полученные толстые пленки раска­тывают в тонкие на особых прокатных станках.

Способы получения основных пленок, применяемых в упа­ковке, приведены в табл. 4.11.

Ориентация полимерных пленок

Теоретически во всех случаях аморфной или кристалличес­кой структуры полимеров их макромолекулы должны быть термодинамически равновесны и находиться в наиболее вы­годном положении.

Для аморфных полимеров это рыхлый клубок, размер кото­рого тем больше, чем больше молекулярная масса и чем более жесткой является макромолекула. Жесткая полярная макро­молекула характеризуется большими размерами элементар­ного звена — сегмента, в ней при общей заданной длине (мо­лекулярной массе) число сегментов меньше, чем в гибкой не­полярной молекуле с короткими сегментами. Макромолеку — лярные клубки переплетаются, образуют своеобразную про­странственную сетку. Узлами этой сетки являются либо зацеп­ления, переплетения макромолекул, либо области ближнего порядка, где сегменты соседних макромолекул плотно приле­гают друг к другу и удерживаются силами межмолекулярного взаимодействия.

Таблица 4.11

Способы производства полимерных пленок (ПВ — промышленный выпуск, В — возможный способ получения, Н — неприменимый для данного полимера способ)

Условное обозна­чение пленки	Экструзия расплава	Полив на подложку	Ка­ландри­рование	Стро­гание
Рукавные	Плоские	Раствора	Диспер­сии	Мокрое формо­вание
Ц	Н	Н	Н	Н	ПВ	Н	Н
ДАЦТАЦ, АБЦ, ЭЦ	ПВ	В	ПВ	Н	В	В	Н
ГХК	Н	Н	ПВ	В	Н	В	Н
ПЭ	ПВ	ПВ	Н	Н	Н	Н	Н
ПП	ПВ	ПВ	Н	Н	Н	Н	Н
Пвх Мягкий	ПВ	ПВ	ПВ	В	Н	ПВ	Н
Пвх Жесткий	В	В	ПВ	В	Н	Н	Н
Пвдх	ПВ	ПВ	Н	Н	Н	Н	Н
Пвс	В	В	ПВ	Н	Н	Н	Н
ПЭТФ	В	ПВ	Н	Н	Н	Н	Н
ПК	ПВ	ПВ	ПВ	Н	Н	Н	Н
ПС	В	ПВ	В	Н	Н	В	Н
ПА	В	ПВ	Н	Н	Н	Н	Н
АПА	В	В	ПВ	Н	И	Н	Н
ПФО	В	В	ПВ	Н	Н	В	Н
ПСУ	Н	Н	ПВ	Н	Н	Н	Н
ПВФ	В	ПВ	В	Н	Н	Н	Н
ФП	Н	Н	Н	В	Н	Н	ПВ
ПМ	Н	Н	ПВ	Н	Н	Н	Н

У кристаллических полимеров наиболее выгодная и часто встречающаяся форма кристаллов — сферолитная. Сфероли — ты представляют собой сферически-симметричное полукрис­таллическое образование, состоящее из большого числа от­дельных кристаллов. При свободном росте они принимают форму шара. Молекулярные цепи в них уложены почти перпен­дикулярно радиусу. Внутри сферолитов имеются области как с упорядоченной, так и с аморфной структурой. Одна макромо­лекула может проходить через несколько кристаллов, связы­вая их между собой (так называемые проходные макромолеку­лы). Между отдельными кристаллами или кристаллическими областями существуют аморфные зоны с рассмотренной выше пространственной сеткой и узлами.

Ориентацией называют процесс вытяжки и упорядоченно­го расположения цепей макромолекул полимеров под воздей­ствием силового и теплового полей.

Благоприятные условия для образования ориентированных структур макроцепей создаются в случае, если подвижность их сегментов достаточна для ориентации, а большинство уз­лов зацеплений не будет разрушено. Если подвижность сег­ментов очень велика, а скорость деформирования мала, то распрямляемые цепи будут выходить из зацеплений с соседя­ми и дезориентироваться (см. рис. 4.24, в, г).

Рис. 4.24. Схема образования различных структур при ориентации полимера: 1 — аморфный полимер; 2 — кристаллический; а — неориентированное состояние; б-г — ориентированное

При ориентации кристаллического полимера происходит разрушение сферолитов с рекристаллизацией — образованием ориентированной фибриллярной структуры (рис. 4.24, б). Фиб­риллу можно представить в виде длинной нити образований надмолекулярного уровня с чередующимися кристаллически­ми и аморфными участками. Кристаллиты занимают 60-80% длины фибриллы.

В зависимости от степени совершенства ориентации мак­ромолекул в образующейся структуре полимера образцы из него будут иметь различные физико-механические характе­ристики. При увеличении степени ориентации значительно возрастает прочность полимеров (рис. 4.25).

Различают одноосную и двухосную ориентацию. Одноосно- ориентированный полимер имеет высокие механические ха­рактеристики в направлении ориентации и пониженные в по-

Рис. 4.25. Зависимость прочности при разрыве полимеров от степени вытяжки при ориентации: 1 — жесткоцепные (полиимиды); 2 — средней жесткости (полистирол); 3 — средней жесткости (полиэтилентерефталат); 4 — гибкоцепные (полиэтилен)

Перечном направлении. При двухосной ориентации возникает плоскостно-ориентированная структура расположения макро­молекул, способствующая изотропии свойств полимера в плос­кости ориентации.

На практике ориентацию осуществляют методом вытяжки с нагревом — деформированием пленок в одном или двух на­правлениях.

(4.60)

(4.61)

Нагрев аморфных полимеров осуществляют до температуры Та, эмпирически определяемой из неравенства

Та>Тс+( 5 + 10).

Для кристаллических полимеров температура нагрева Тк

Тк <7™-(10+20).

Одноосную ориентацию проводят методом одноосной вы­тяжки. Различают непрерывную одноосную вытяжку растяже­нием предварительно сформованных заготовок пленки при по мощи тянущих или сдавливающих валков, а также периодичес­кую — с помощью специальных зажимов — клуппов (рис. 4.26).

I

4

7-Т+ I I

I I

1

V/

/

I I

1

I X I

X

Рис. 4.26. Устройство клуппа: 1 — отверстие для крепления к движущейся цепи; 2 — корпус; 3 — упор-толкатель поворота язычка; 4 — язычок; 5 — вал; 6 — растягиваемая зажатая пленка; Р — сила сопротивления растяжению пленки (А-позиции язычка до зажатия пленки, Б — после)

Двухосную ориентацию осуществляют методом двухосной вытяжки. Двухосную вытяжку подразделяют на последователь­ную, или раздельную, и одновременную. При последователь­ной, или раздельной, двухосной вытяжке одноосно ориентиро­ванную пленку еще раз растягивают в перпендикулярном на­правлении. В случае одновременной двухосной вытяжки изот­ропную неориентированную плоскую пленку растягивают од­новременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях, а рукавную пленку растягивают и раздувают одновременно.

Технологическая схема производства ориентированных пленок приведена на рис. 4.27. Полученная методом экстру­зии расплава полимера через плоскощелевую формующую го­ловку широкая пленка 6 проходит вблизи электрода высокого напряжения 7, приобретая электрический заряд, противопо­ложный заряду поверхности охлаждающего барабана 8, плот­но прижимается электростатическими силами к его поверхно­сти и охлаждается. Охлажденная пленка 9 поступает в агрегат одноосной (продольной) ориентированной вытяжки 12 с ли­нейной скоростью ult где валками 10 удерживается от возмож­ного проскальзывания, а нагревательными валками 11 в зоне предварительного подогрева I разогревается. В промежутке между двумя ориентирующими валками 13 пленка дополни­тельно разогревается нагревателем 14 до температуры Та или Тк и растягивается за счет того, что линейная скорость v2 ох­лаждаемых валков 15 выше, чем Uj. Охлажденная одноосно- ориентированная пленка J 7 прижимными валками 16 транс­портируется из агрегата 12 и может поступать либо на намо­точное устройство и отгружаться на реализацию, либо на пос­ледовательную двухосную ориентацию.

Пленки из кристаллических полимеров после ориентации проходят стадию термофиксации. Для этого на дополнитель­ных валах осуществляют интенсивный быстрый прогрев плен­ки для ускорения кристаллизации с сохранением ориентиро­ванной структуры. Такие ориентированные и термофиксиро — ванные пленки обладают пониженной усадкой.

В случае последовательной двухосной ориентации одноос — но-ориентированная пленка 17 через компенсатор 18, в кото­ром сглаживаются возможные колебания скорости подачи

Рис. 4.27. Схема одноосной раздельной (а) и одновременной двухосной (б) ориентации плоской пленочной заготовки: 1 —патрубок пневмотранпорта; 2 — бункер; 3 — экстру дер; 4 — переходник (либо насос); 5 — щелевая головка; 6 — пленочный расплав; 7 — электрод электростатического прижима пленки; 8 — охлаждающий, формующий барабан (стрелка — направление вращения барабана); 9 — изотропная пленка; 10, 16 — прижимные валки;

11 — нагревательные, медленно вращающиеся валки;

12 — агрегат для продольной (одноосной) ориентации;

13 — ориентирующие валки; 14 — нагреватель; 15 — быстровращающиеся охлаждаемые валки; 17 — одноосно-ориентированная пленка; 18 — компенсатор; 19 а — агрегат для поперечной (двухосной) ориентации; 19 6 — агрегат одновременной двухосной ориентации; 20 — клуппы (зажимы); 21 — движущаяся непрерывная цепь; 22 — кромка обрезанной пленки; 23 — устройство для намотки пленки. Зоны: I — подогрева; II — одноосной ориентации; III — охлаждения с релаксацией; IV— подогрева; V— ориентации; VI — термофиксации; VII — охлаждения; Х1 — степень вытяжки подлине, Х2 — по ширине пленки

Пленки, поступает в агрегат 19а растяжения по ширине, ко­торый иногда называют ширильной камерой. Здесь пленка с двух сторон захватывается зажимами-клуппами 20 ив зоне

/V предварительно нагревается, в последующей зоне Vдопол­нительно разогревается до температуры Та или Тк и одновре­менно растягивается по ширине. После зоны Удвухосно-ори — ентированная пленка из аморфных полимеров охлаждается на открытом воздухе в зоне VI, а из кристаллизующихся по­лимеров поступает в зону термофиксации, где происходит кристаллизация. После охлаждения в зоне VII на выходе из агрегата 19а края пленки 22, освобожденные от клуппов, об­резаются и в виде отходов идут на переработку. Оставшаяся плоская двухосно-ориентированная пленка с минимальной разнотолщинностью наматывается на барабан намоточного устройства 23.

Агрегат 196 для одновременной двухосной ориентации пленок имеет более сложную конструкцию. Изотропная пленка 9 поступает в зону предварительного нагрева IV. За­тем в зоне V она разогревается до температуры Та или Тк и одновременно вытягивается по ширине за счет движения зажимов по направляющим и по длине за счет увеличения расстояния между соседними зажимами. В этом случае за­жимы вытягивают пленку в двух направлениях. Остальные операции аналогичны операциям последовательной двухос­ной ориентации.

Ориентация рукавной экструзионной пленки осуществля­ется непрерывно по мере ее экструзии. Для этого после получе­ния сложенного рукава пленка вновь разогревается и либо последовательно раздувается и растягивается, либо это проис­ходит одновременно. Наиболее распространен способ последо­вательной ориентации.

Степень вытяжки при ориентации определяют величиной относительного удлинения еор:

Еор=^100(%), (4.62)

Где {q — исходная длина образца; ^ — длина образца после вы­тяжки.

Часто степень вытяжки определяют значением кратности вытяжки А. Для случая продольной вытяжки:

_ v _ гк _ e. ,

При двухосной ориентации значение поперечной вытяжки Х2 рассчитывают как отношение ширины полотна после попе­речной ориентации к исходной ширине.

Относительная скорость деформирования vop связана с размерами рабочего участка вытягиваемого образца, степе­нью вытяжки и временем деформирования £

£ /. ор

—-1 B

V0p = ~f =

/

100 /, Л 100

• — = (42-1)— (4.64)

В зависимости от типа полимера, способа вытяжки, конст­руктивных особенностей оборудования существуют предельно допустимые значения Л1р, выше которых пленки разрушают­ся, и оптимальные, рекомендуемые значения Х1 одноосной вы­тяжки для последующей двухосной, а также степеней вытяж­ки при одновременной двухосной ориентации при = Х2 (табл. 4.12). Поскольку в случае одновременной двухосной ориента­ции деформирование происходит в обоих направлениях, то и

Таблица 4.12

Предельные (разрывные) значения Х1р и рекомендуемые значения степеней одноосной вытяжки ^ для последующей двухосной, а также для одновременной двухосной вытяжки Х1 = Х2 различных полимерных пленов

Полимер	Ч		Л, = л2
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
П	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

Таблица 4.13

Влияние ориентации на физико-механические свойства полимерных пленок

	Разрушающее	Относительное
Пленка	Напряжение при	Удлинение
	Растяжении, МПа	При разрыве, %
П о ли эт ил ен те ре фтал атн ая
Неориентированная	42	500
Двухосно-ориенгированная	175	130
Одноосно-ориентированная	525	7
По/нети рольная
Неориентированная	35-60	1,0-3,5
Двухосно-ориенгированная	105-126	60
Полипропиленовая
Неориентированная	40-50	50-70
Двухосно-ориенгированная	200-120	76-20

Уровень ориентации цепей достигается быстрее, т. е. при мень­шей величине = ^ чем при одноосной ориентации.

Применительно к упаковке ориентация полимерных пленок решает две важнейшие задачи:

1) значительное повышение эксплуатационных свойств;

2) создание термоусадочных пленочных материалов.

В результате двухосной ориентации прочность пленок по­вышается в 3-4 раза, при одноосной — более чем в 10 раз (табл. 4.13), возрастает морозостойкость. Так, морозостой­кость двухосно-ориентированной ПП-пленки составляет от -40°С до -60°С, а неориентированной — от ~15°С до -25°С. У ориентированных пленок на 3-50% снижается паро-, водо — и газопроницаемость, повышается стойкость к термоокисли­тельному старению.

ТАРА И ЕЕ ПРОИЗВОДСТВО

Типы сварных соединений и швов

Основными типами сварных соединений полимерных пленочных материалов являются стыковое, нахлесточное, Т-образное и угловое. Помимо геометрической характерис­тики способа сопряжения поверхностей тип сварного соеди­нения характеризует и форма кромок соединяемых деталей. Кромки могут быть прямыми, с односторонним или двусто­ронним скосом. Сварные швы характеризуют способом выполнения сварки, технологическими и конструктивными особенностями: одно­сторонняя или двусторонняя сварка, наличие одной или двух […]

ТАРА И ЕЕ ПРОИЗВОДСТВО

Ефремовы. Ф. Двадцатый век характерен бурным развитием науки и тех­ники. Как следствие, во многих отраслях промышленности пе­риодически возникают новые профессии, о которых раньше было трудно даже предполагать. По уровню производства ко­нец XX столетия несопоставим с началом и даже с серединой столетия. Поэтому совершенно естественным являются требо­вания к подготовке инженеров новых специальностей. По сво­ей сути инженеры […]

Биговка

Биговкой называют предварительное нанесение на мате­риал линий сгибов (бигов) в виде выдавленных канавок опре­деленного профиля. Биговка предназначена для снижения жесткости листовых заготовок по линии сгиба. Она значительно облегчает условия образования сгибов и является эффективным средством повы­шения качества складных коробок, особенно в условиях авто­матизированной сборки. Биговка представляет собой процесс местной вытяжки ма­териала и осуществляется по следующей […]