Министерство общего ипрофессионального образования РФ
Российскийхимико-технологический университет имени Д.И. Менделеева
Кафедрапереработки пластмассРеферат
Натему: «Обзор методов получения пленок и их свойств»
студент: Талденков АлексейГруппа: П-53
1999 г
Планреферата
I. Введение.
Основные методы производства и модификации пленок.
II. Основнаячасть.
1. Экструзионныйметод производства полимерных пленок.
· Производстворукавных пленок, их свойства
· Производствоплоских пленок, их свойства
2. Каландровый метод производства полимерных пленок.Свойства пленок, полученных этим методом.
3. Методы получения комбинированных пленок. Свойствапленок, полученных этим методом.
4. Методы физической и химической модификации пленок.
· Производствоориентированных пленок, их свойства.
· Производствохимически-модифицированных пленок, их свойства.
5. Влияние технологических параметров процесса полученияна физико-механические свойства полимерных пленок.
· Свойстваперерабатываемого сырья.
· Степеньвытяжки с последующим охлаждением.
· Режимтермообработки.
· Разнотолщинность.
· Температурно-временныеусловия.
III. Заключение.
I. Введение.
Основные методы производства и модификации пленок.
Многообразиевидов применяемых пленок определяет разнообразие методов их производства.Основной объем изготовляемых в мире полимерных пленок приходится на пленки израсплавов пластических масс, основу которых составляют полимеры, способные принагреве переходить в вязкотекучее иливысокоэластическое состояние, не подвергаясь при этом термической деструкции.
Методпроизводства пленки определяется химической природой полимера и назначениемготовой пленки. В настоящее время можно выделить четыре группы методовизготовления пленки: из полимера, находящегося в вязкотекучемили высокоэластическом состоянии: экструзия, каландрование,производство комбинированных пленок, физико-химическая модификация пленок.
Физическаясущность методов экструзии и каландрованиизаключается в формовании из расплава полимера заготовок с последующим ихдеформированием до заданных размеров пленки и фиксирование их охлаждением.
Процесспроизводства комбинированных пленок связан с совмещением или внедрениемполимера в вязкотекучем состоянии в другой ленточныйматериал с обеспечением при этом необходимой межслоевой адгезии.Вопросы направленного влияния на физико-механические и эксплуатационныесвойства пленок решают использованием методов физической и химическоймодификации. В первом случае преобразование, например, надмолекулярныхструктур полимеров происходит под влиянием физических факторов. При химическойже модификации происходят изменения в химическом строении макромолекул,изменяется характер связи между ними.
II. Основнаячасть.
1. Экструзионныйметод производства полимерных пленок.
Такимметодом перерабатывают в пленки полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид,полизтилентерефталат и другие полимеры,преимущественно в виде гомогенных материалов, реже наполненных газами или минеральными порошкамии другими компонентами, улучшающими их перерабатываемость,эксплуатационные свойства. Различают метод экструзии через головкиплоскощелевую (плоская пленка) и кольцевую (рукавная пленка).
· Производстворукавных пленок, их свойства.
Процесспроизводства рукавной пленки заключается в непрерывном выдавливании расплаваполимера через кольцевую фильеру в виде рукава и последующем его раздуве донеобходимых размеров. Перерабатываемый материал из бункера поступает вэкструдер и далее через фильтр в кольцевую головку. В зависимости от выбраннойсхемы производства используют головки угловые или прямоточные. После выхода изголовки цилиндрическая заготовка расплава полимера раздувается (поперечнаявытяжка) до необходимых размеров, затем рукав охлаждается и поступает вприемные устройства.
Дляподготовки расплава при производстве рукавных и других экструзионныхпленок можно использовать следующие виды экструдеров: червячные прессы,дисковые экструдеры, комбинированные червячно-дисковые и дисково-червячныеэкструдеры, каскадные экструдеры.
Пленочныйрукав можно охлаждать с наружной и внутренней поверхностей устройством, вкотором в качестве хладагента используют воздух или жидкость. В обоих случаяххладагент в виде концентрической сходящейся струи подается на поверхностьрукава. При охлаждении жидкостью используют устройства, в которых пленка либопогружается непосредственно в жидкость (окунание), либо контактирует споверхностью насадки, охлаждаемой жидкостью, либо охлаждается стекающей попленке жидкостью.
К приемнымотносятся устройства: стабилизирующее, складывающее, фальцовочное, тянущее, ширительно-центрирующее.
Способэкструзии полимерного рукава раздувом выгодно отличается простотой иэкономичностью при производстве из различных термопластовширокого ассортимента пленок шириной 50-24000 мм, толщиной 0,005-0,5 мм.
Способпроизводства рукавной пленки применяют при изготовлении пленок любой ширины.Схема производства сверху-вниз рациональна дляпроизводства узких, тонких пленок. Горизонтальный прием рукава представляетинтерес при изготовлении, например, толстых газонаполненных (вспененных)пленок.
· Производствоплоских пленок, их свойства
Процесспроизводства плоских пленок заключается а следующем: расплав из экструдераподается через фильтр в плоскощелевую головку, далее образованное пленочноеполотно поступает в охлаждающее устройство, затем в тянущее, обрезное инамоточное.
В основномиспользуют два способа охлаждения плоской пленки: на валках
или в ванне с водой. Плоскаяпленка, полученная быстрым охлаждениемпри окунании в ванну с водой или подачей расплава на полированный металлическийвалок, имеет ряд положительных свойств, например, высокие прозрачность иглянец, повышенную жесткость и прочность и т. д. Благодаря этим свойствам еешироко используют в качестве упаковочного материала. Изготовляют плоские пленкипреимущественно из полиэтилена высокой плотности, полипропилена, поливинилхлорида.
Методомэкструзии через плоскощелевую головку изготовляют как товарную пленку, идущуюнепосредственно в потребление, так и заготовки для последующей ориентации.
Приэкструзии через плоскощелевую головку достигаются скорости изготовления пленки,превышающие в 2-3 раза скорости приема рукавной пленки. Однако изготовлениешироких (более 1500 мм) плоских пленок связано с большими техническимитрудностями и экономически не оправдано.
2. Каландровый метод производства полимерных пленок. Свойствапленок, полученных этим методом.
Каландрование — это непрерывное формированиепленки из расплава полимера в зазорах между вращающимися валками. Для получениятонкой равнотолщинной пленки с гладкой поверхностьюполимер последовательно пропускают через несколько зазоров.
В основномкаландровым способом изготовляют пленки из жестких и мягких композиций поливинилхлорида. Полимер и другие компоненты загружают всмеситель, где обеспечивается получение гомогенной смеси, которая затемпоступает в экструдер или на вальцы. Из экструдера (с вальцев)гомогенный расплав в виде ленты или жгута поступает в зазор каландра, гдеформируется пленочное полотно.
Дляизготовления пленок используют многовалковые каландры с различным расположениемвалков. Хорошее качество пленки обеспечивается при прохождении пленки через тризазора. Из последнего зазора пленка поступает в охлаждающее устройство,состоящее из нескольких барабанов, где пленка охлаждается за счет контакта с ихповерхностью. После обрезки кромок пленка наматывается в рулоны с помощью намоточногоустройства.
Припрохождении полимера через зазоры между валками в нем возникают высокиенапряжения, направленные вдоль пленки (продольная ориентация или так называемыйкаландровый эффект). Несмотря на высокую температуру полимера, пленка не успеваетрелаксировать, что обусловливает значительную анизотропность ее свойств.
Каландровымметодом можно изготовлять пленки толщиной от 0,08 до 0,5 мм со скоростямиприема тонких пленок более ,100 м/мин.
3. Методы получения комбинированных пленок. Свойствапленок, полученных этим методом.
Многослойныепленки, полученные методом соэкструзии двух и болеегомогенных полимеров, — это лишь один из видов комбинированных пленок, применяемыхв промышленности. Вообще к комбинированным пленкам относят изделия, в которыхполимер: нанесен на различные ленточные текстильные, бумажные, полимерные,металлические и другие основы (пленочный материал с полимерным покрытием);соединяет и связывает перечисленные основы (дублированные пленки, материалы); экструдируется одновременно в два или несколько слоев(многослойные соэкструзионные пленки); имеет в своейструктуре внедренные текстильные, металлические, полимерные и другие армирующиекаркасы (армированные пленки, материалы).
Вматериалах с покрытием пленкообразующее вещество составляет незначительную долюв общем объеме при толщине покрытия от 0,008 до 0,08 мм. В таких изделиях явнопреобладают свойства основы, а полимерное покрытие, как правило, предназначенодля придания поверхности изделия необходимых защитных или декоративных свойствс сохранением текстуры или рисунка основы. Дублированные пленки набирают издвух или более основ, обеспечивающих определенный комплекс свойств конечногоизделия. Поверхности такой пленки сохраняют вид и свойства поверхностей основ.Многослойные соэкструзионные пленки являютсяразновидностью дублированных, только дублирование в этом случае происходитнепосредственно в процессе экструзии. В армированные пленки каркас (например,сетка или отдельные нити, волокна) вводят для повышения прочностных показателейпленки с сохранением определенных свойств самой пленки — светопроницаемости,газопроницаемости и др.
Комбинированныепленки изготовляют экструзионным, экструзионно-валковымили валковым методами. В данной работе из всего многообразия процессовизготовления комбинированных пленок рассмотрены только те, в которыхпленкообразующее полимерное вещество формируется в полотно из расплава.
4. Методы физической и химической модификации пленок.
Физическоймодификацией является механическое воздействие на сформировавшуюся структуруполимера при определенных температурных режимах. Такими методами изготовляют ориентированныепленки.
· Производствоориентированных пленок, их свойства
Наряду срасширением выпуска рукавных и плоских, в том числе каландрованных,пленок, совершенствованием технологии их производства большое значение придаютизысканию путей и способов повышения их качества, улучшения физико-механическихсвойств, обеспечения высокой прочности и надежности в условиях длительнойэксплуатации.
Одним изэффективных способов улучшения физико-механических свойств и расширениявозможностей применения термопластичных пленокявляется метод структурной модификации — ориентация. Изменяя степеньориентации, определяемую температурой ориентации, скоростью и степенью вытяжки,а также скоростью (темпом) охлаждения, можно получать пленки с различнымифизико-механическими показателями.
Ориентированныепленки изготовляют в основном из полипропилена, полиэтилена, полиэтилентерефталата и других полимеров.
Взависимости от назначения пленки получают одно- или двухосноориентированные.Существуют два основных метода ориентации пленок: механическое растяжение плоскихпленок; пневматический раздув и механическое растяжение пленочного рукава. Впроизводстве ориентированных пленок первый из этих методов нашел большеераспространение. Производство двухосноориентированныхплоских пленок осуществляют по двум принципиально отличным технологическимсхемам: одно- и двух- стадийной (раздельной).
Ориентацияпленки в продольном и поперечном направлениях при одностадийной схемеодновременно происходит на одной установке, а при двухстадийной — на двух отдельных установках. Наибольшее развитие и применение получилооборудование, в котором ориентация пленки происходит по двухстадийнойсхеме.
Техническиевозможности технологических линий для производства двухосноориентированныхв две стадии пленок весьма широки: ширина пленок до 3000 мм, толщина от 3 до100 мкм, скорость приема готовой пленки до 200 м/мин.
· Производствохимически-модифицированныхпленок, их свойства
Производствохимически-модифицированных пленок. Одним из путейнаправленного влияния на свойства полимеров и изделий из них являетсяхимическая модификация, связанная с изменением химического строения молекул ихарактера связи между ними.
Например,ультрафиолетовым облучением или радиацией в термопластахможно создавать пространственно-сетчатые структуры.
Модифицированиемполиэтиленовых пленок ионизирующими излучениями можно получить термоусадочные пленки, а при включении операции термостабилизации – высококачественный пленочный материал свысокой стойкостью и долговечностью в условиях длительного воздействияповышенных температур и нагрузок, агрессивных сред.
Примеромиспользования эффекта упрочнения является производство мешков для затариванияиз полиэтилена низкой плотности. В связи с увеличением после облученияразрушающего напряжения при растяжении и ударной вязкости появилась возможностьуменьшить толщину пленки.
В такомпроцессе сложенный пленочный рукав или плоская пленка после тянущего устройствачерез систему отклоняющих роликов направляется в ускоритель электронов (иликамеру сшивки). В ускорителе пленка облучается, переходит в камеру термостабилизации, разогревается до температуры стабилизациии выдерживается при этой температуре необходимое время. Затем пленка охлаждается и сматывается врулоны.
Скоростиполучения модифицированной пленки ограничены возможностью ускорителя электронови временем термостабилизации пленки; в настоящеевремя они меньше скоростей изготовления даже обычной рукавной пленки.
Приданиеполимерным пленкам свойства сокращать свои размеры при нагреве (термоусадка) является одним из методов расширениявозможностей их применения. При вытяжке пленок на той или иной стадииформования в них происходит накопление обратимых составляющих деформации; еслив технологическом процессе отсутствует стадия термостабилизации,то получаемые пленки в той или иной степени обладают термоусадочнымисвойствами.
Напромежуточных стадиях термической усадки, как правило, происходит сильноекоробление пленки даже при ее идеальной равнотолщинности.
Этинедостатки в значительной мере устраняют фото- или радиационной сшивкой, повышающейпредел текучести пленкипри температуре усадки.
На практикенаиболее широкое распространение нашел метод радиационной модификации пленок,который позволяет наиболее существенно влиять на физико-механические свойствапленки.
5. Влияние технологических параметров процесса полученияна физико-механические свойства полимерных пленок.
В процессепроизводства пленок главным образом контролируют такие физико-механическиепоказатели пленки, как разрушающее напряжение при растяжении или пределтекучести, модуль упругости при растяжении, светопрозрачность,газопроницаемость, свариваемость. Указанные параметры в большей или меньшейстепени зависят от исходных свойств перерабатываемого сырья и параметровтехнологического процесса производства.
К основнымтехнологическим параметрам, влияющим на физико-механические свойства пленки,относятся (в пределах одного метода производства) кратность вытяжки или степеньориентации полимера, режим термообработки (охлаждения) пленки, равномерностьтолщины получаемой пленки, температурно-временные условия кристаллизацииполимера (для кристаллизующихся полимеров).
На структуруодного и того же полимера влияют такие факторы, как молекулярно-массовоераспределение, температурно-временные и деформационные характеристики процессаподготовки расплава и предварительного формования, режимы формообразования и т.п.; это определяет сложность задачи получения полимерной пленки с заданнымифизико-механическими свойствами и контролируемыми параметрами структуры.
· Свойстваперерабатываемого сырья
Свойстваперерабатываемого сырья главным образом определяют перечисленныефизико-механические показатели получаемой пленки. В зависимости от требуемыхсвойств пленки выбирают тот или иной вид исходного материала. Эти показатели впроцессе переработки могут изменяться в зависимости от параметров технологическогопроцесса.
· Степень вытяжкис последующим охлаждением
Степенью вытяжкис последующим охлаждением расплава полимера в процессе формообразования (фильерная вытяжка) главным образом изменяют такиепоказатели как разрушающее напряжение при растяжении и относительное удлинение.Экспериментально установлено, что степень ориентации пленок является функциейстепени вытяжки и температурной предыстории образца.
· Режимтермообработки
Режимтермообработки (охлаждения) пленки в незначительной степени вызывает изменениетаких показателей, как относительное удлинение и разрушающее напряжение прирастяжении для выбранного метода охлаждения. Так, экспериментальныеисследования процесса формообразования рукавной пленки из полиэтилена низкойплотности в потоке воздуха показали, что изменение интенсивности охлаждения пленкив зоне формообразования в 2 раза практически не приводит к изменению указанныхфизико-механических свойств пленки (10-15%). Аналогичные результаты получены ипри охлаждении плоских пленок.
Существеннаяразница в физико-механических показателях пленок отмечена при использованииразличных методов охлаждения. Например, при рукавном методе производства пленкис использованием водяного (стекающий слой жидкости) и воздушного охлаждениямногие показатели существенно различаются.
· Разнотолщинность
Разнотолщинностьпленки влияет только наразрушающее напряжение при растяжении. Это вызвано как зависимостью структурныхизменений пленки от толщины, так и методикой стандартных измерений sр,основанной на определении среднего значения sробразца но измерениям нескольких образцов. Равнотолщинная пленка имеет более высокие значения sрпри прочихравных условиях.
· Температурно-временные условия
Температурно-временныеусловия кристаллизации полимера для всех описанных способов формообразованияпрактически не отличаются, поэтому влияние перечисленных параметров технологическогопроцесса на свойства незначительно. Наиболее резкое изменениефизико-механических свойств отмечено при изменении условий кристаллизацииполимера. При формообразовании пленки в условиях ориентационной кристаллизацииможно получить структуру с высокой степенью ориентации (чтоневозможно при обычных режимах формования пленки).
III. Заключение.
Насвойства полимерныхпленок в большей степени влияют такие стадии процессаполучения как вытяжка, охлаждение, термостабилизация (если такая имеется), а также сильное влияниеоказывает стадия модификации и природа полимера.