--PAGE_BREAK--Намотка пленки осуществляется за счет фрикции рулона с пленкой о намоточный валок. Намоточное устройство состоит из двух одинаковых узлов, в которые входят намоточный валок с приводом, наклонная зубчатая рейка и втулка. Вал втулки находится в зубчатом зацеплении с наклонной рейкой. При вращении намоточного валка вращается также втулка с наматываемой на нее пленкой.
Диаметр рулона ~ 300—400 мм. Пленка должна наматываться при температуре
Рисунок 9 — Изогнутый распрямляющий валик приемного устройства для пленки:
1—труба; 2, 7—кольца; 3—подшипник; 4— ступица; 5, 9— втулки; 6— прокладка; 8—гайка; 10—шаровая опора; 11—цапфа; 12, 13—стопорные винты; 14—фланец; 15— втулка; 16— штифт; 17— стальной изогнутый валик.
Управление процессом. Перед началом работы нагревают цилиндр машины и головку. По достижении заданных температур нагрев длится еще 30 мин при незагруженной машине и 2 ч, если машина была заполнена материалом. После этого включают двигатель, вращающий червяк. В момент пуска машины число оборотов червяка должно быть минимальным. Цилиндрический рукав, выдавливаемый из головки, центрируют калибрующими болтами таким образом, чтобы скорость потока расплава по всему периметру головки была примерно одинаковой и не происходил бы односторонний изгиб рукава. При достижении соосности рукава с головкой его принимают в зазор раздвинутых тянущих отжимных валков. При отсутствии на рукаве складок валки постепенно сводят. Скорость вращения тянущих отжимных валков регулируют в зависимости от толщины выпускаемой пленки. -Например, линейная скорость отвода рукава при толщине пленки 40 мк составляет 10 м/мин, а при 60 мк—5 м/мин. Соотношение между скоростью отвода рукава и скоростью его выдавливания из головки оказывает существенное влияние на физико-механические свойства пленки, так как этим соотношением определяется степень продольной вытяжки пленки и, следовательно, ее ориентация.
Скорость выдавливания для полиэтилена определяется следующим уравнением:
(1)
где Q—производительность червячного пресса, кг/ч;
0,81 г/см3—плотность расплава полиэтилена при 140° С;
—диаметр кольцевого зазора, см;
t—зазор щели в головке, см…
Физико-механические свойства пленки зависят не только от свойств исходного полимера, но и от температурного режима и степени вытяжки. При понижении температуры возрастает предел прочности при растяжении. Долевая вытяжка оказывает существенное влияние на свойства пленки. Разница в свойствах пленки в долевом и поперечном направлениях. зависит от отношения вытяжки к раздувке. Для того чтобы пленка имела одинаковые свойства в обоих направлениях, при раздувке в три раза нужно вытянуть пленку на 300%. Обычно вытяжка превышает степень раздувки. После защемления рукава в тянущих отжимных валках в него постепенно нагнетают воздух давлением ризб==100—200 мм вод. ст.Подачу воздуха регулируют таким образом, чтобы диаметр рукава в его цилиндрической части был постоянным. Существуют пневматические устройства, регулирующие давление воздуха в рукаве.
Степень раздувки
(2)
(где Др—диаметр раздутого рукава, см) оказывает значительное влияние на равномерность пленки по толщине, особенно в поперечном направлении (табл. 2). Поэтому Ер не должна превышать 250%, т. е. диаметр рукава не должен быть больше диаметра формующего зазора в 2,5 раза. Следовательно, для получения пленки шириной 1,5 м на головке диаметром 400 мм диаметр рукава должен быть равен 1000 мм.
Таблица 2
Зависимость равномерности пленки по толщине от степени раздувки
Степень раздувки влияет и на механические свойства пленки: с ее увеличением повышается прочность на разрыв в поперечном направлении и несколько уменьшается относительное удлинение. Одновременно с началом раздувки рукава подают воздух в охлаждающее кольцо, установленное над головкой. Увеличение диаметра цилиндрического рукава при растяжении должно начинаться сразу после выхода из головки; нельзя допускать, чтобы растяжение начиналось близко или на значительном расстоянии от головки…
Рисунок 10 — Конфигурация рукава в зоне раздувания:
а—вытянутая; б—нормальная; в—сильно раздутая.
Конфигурация рукава в зоне раздувания приведена на рис. 10.
На некотором расстоянии от головки пленка мутнеет. Это свидетельствует о том, что на данном участке начинается кристаллизация.
Линия кристаллизации является границей, отделяющей аморфный полимер от полимера, в котором начались процессы кристаллизации. За пределами линии кристаллизации раздувания больше не происходит. Расстояние от головки до линии кристаллизации зависит от температуры расплава, толщины пленки, скорости приемки и температуры окружающего воздуха Волнистый характер линии кристаллизации указывает на неравномерную температуру расплава по периметру рукава.
От сложенного рукава отрезают перед намоточным устройством образец и замеряют его толщину. Если средняя толщина пленки отличается от заданной в сторону уменьшения, повышают число оборотов червяка или уменьшают скорость оттяжки; если она Больше заданной толщины, то повышают число оборотов тянущих отжимных валков, а в случае необходимости снижают число оборотов червяка.
После получения пленки со средним значением толщины (отвечающим заданным требованиям), имеющей, однако, отклонения по этой толщине на отдельных участках, приступают к калиброванию, которое производят деформацией регулировочного и калибровочного колец головки, а также регулированием потоков охлаждающего воздуха по периметру охлаждающего кольца. При хорошей оснастке и опытном обслуживающем персонале разнотолщинность выпускаемой пленки не превышает ±10%.
Толщина пленки может контролироваться непрерывно толщиномером в процессе производства. Перспективным является применение радиоактивного толщиномера. Измерение толщины пленки с помощью радиоактивных изотопов базируется на падении интенсивности Р-излучения при прохождении через пленку.
Технологический процесс производства пленки из полиэтилена низкой плотности
Для производства пленки применяется полиэтиленсо следующими показателями:
Индекс расплава, г/10 мин . . . . . 2—7
Предел прочности при растя-
жении, кгс/см1 . . . . . .
Относительное удлинение, % . . . .
Внешний вид . . . . . гранулы однородные по
размерам, натурального
цвета или окрашенные
Однородность . . . . . . индекс
расплавапробы,
взятой из любого
места партии, не
должен отличаться от,
показателей средней
пробы больше чем на
±15%
Обычно для получения высококачественных пленок технического назначения применяют полиэтилен с индексом расплава 2 г/10 мин. Температурный режим (в °С) процесса производства пленок толщиной 40—60 мк на машине с диаметром червяка 90 мм и головке с диаметром кольцевого зазора 400 мм и ширияой щели 0,7 мм:
Производительность агрегата при выпуске пленки толщиной 40—60 мк составляет ~55 кг/ч; количество отходов—до 10%.
Готовая пленка должна отвечать следующим техническим требованиям:
Внешний вид . . . . . натурального цвета или
окрашенная, блеск,
прозрачность и видимые
включения частиц
полиэтилена («гелики») в
соответствии с эталоном
Предел прочности при растяжении
в долевом и поперечном направле-
ниях, кгс/см2 . . . . . .
Относительное удлинение в долевом
и поперечном направлениях, % . . .
Разнотолщинность (отклонения от
заданной толщины), % . . . . ±10
Разнотолщинность является функцией теплового режима процесса, условий формования, ширины кольцевого зазора в гелоике, степени раздувки, скорости выдувания и охлаждения рукава. При разнотолщинности, превышающей установленные нормы, кроме калибрования головки и регулирования распределения воздуха в охлаждающем кольце, целесообразно понизить температуру в цилиндре и головке. Известно, что с понижением температуры процесса разнотолщинность уменьшается.
При производстве пленки могут появляться отклонения от установленных норм по блеску, прозрачности и «геликам». Эти показатели зависят как от качества исходного полимера, так и от в условий проведения процесса.
Оптические свойства пленки (блеск и прозрачность) находятся в зависимости от состояния поверхности пленки и ее надмолекулярной структуры. Качество поверхности пленки зависит, в первую очередь, от качества расплава, образовавшегося в машине. Расплав должен быть однороден и не должен содержать никаких структурных элементов, видимых визуально: поверхность его должна быть гладкой. В меньшей степени на состоянии поверхности пленки сказывается резкое охлаждение, которое может привести к образованию морщин. Прозрачность пленки зависит от надмолекулярной структуры, в частности от содержания и строения кристаллической фазы, а также равномерности ориентации. При образовании мелких кристаллов увеличивается рассеивание света и, следовательно, снижается прозрачность. Известно, что содержание кристаллической фазы в пленке и ее структура в большой степени зависят от условий охлаждения пленки. Неоднородная ориентация, являющаяся следствием неоднородности расплава по вязкости, тоже ухудшает прозрачность. Следовательно, на оптические свойства пленки влияют не только качество исходного полимера, но И технологические факторы, к которым относятся температура расплава и скорость охлаждения пленки. Так, с увеличением температуры прозрачность пленки повышается, ас уменьшением скорости охлаждения—понижается. При уменьшении степени раздувания и вытяжки прозрачность пленки тоже уменьшается. Бугристость поверхности пленки зависит от качества расплава и скорости выдавливания. Как полагают некоторые исследователи, дефекты поверхности особенно резко проявляются при критической скорости сдвига.
Наличие в полиэтилене смеси гранул, отличающихся по индексу расплава, приводит к тому, что образуется неоднородный расплав, характеризующийся наличием видимых включений непроплавленных частиц полиэтилена — «геликов».
Для уменьшения количества включений должны быть приняты меры, целью которых является увеличение давления расплава; при этом повышается превращение механической работы в теплоту и возрастает эффективность перемешивания. Такой эффект достигается в первую очередь понижением температуры формующей части головки, а затем—температур выходящей из червяка воды, цилиндра и головки. Если принятые меры не повысят качества пленки, то нужно установкой дополнительных сеток или уменьшением зазора между концом червяка и сопряженной с ним деталью перехода к головке увеличить сопротивление потоку.
Пневматическим растяжением цилиндрического рукава получают также пленки из пластифицированного поливинилхлорида, полиэтилена высокой плотности и полипропилена.
Плоские пленки На плоских головках получают преимущественно пленки из кристаллических полимеров—полиэтилена высокой плотности, полипропилена и т. д., отличающихся низкой вязкостью расплава при высоких температурах. Эти пленки обладают сильным блеском, хорошей.прозрачностью, жестки, прочны и влагонепроницаемы.
Объем производства плоских пленок значительно уступает производству цилиндрических пленок методом пневматического растяжения. Однако проводимые исследовательские работы могут способствовать расширению области применения таких пленок и частичной замене ими пленок из полиэтилена низкой плотности.
Существует два метода производства плоских пленок: в одном горячее полотно направляется на холодные валки, в другом пленка охлаждается водой в ванне.
При охлаждении пленки на валках может быть использовано приемное устройство, изображенное на рис. 11.
При охлаждении в воде получают пленки с сильным блеском и большой жесткостью; при охлаждении на валках пленки отличаются равномерностью физико-механических свойств. Мутность пленки, охлажденной на валках, равна 15%, охлажденной в воде — 4 %.
Процесс производства пленок состоит из следующих операции: 1) образования расплава из твердого полимера; 2) формования из расплава плоского полотна; 3) охлаждения полотна; 4) обрезки кромок полотна; 5) намотки полотна. Эти операции выполняются на агрегате, изображенном на рис. 12. Червячные прессы, используемые в процессе, ничем не отличаются от машин, работающих в агрегате для производства цилиндрических пленок. По всей длине щелевой головки (рис. 13) проходит распределительный канал, в середину которого поступает расплав из червячного пресса. На выходной щели головки укреплены губки, одна из них подвижная.
Рисунок 11 — Приемное устройство:
1—щелевая (плоская) головка; 2—охлаждаемые валки; 3—толщиномер; 4—рамка с дисковыми ножами; 5—барабан для намотки кромок; 6—барабан для намотки товарной пленки.
С помощью вытяжных и натяжных болтов губка перемещается, регулируя при этом величину щели на всей длине или на отдельных ее участках. Установленные электрона греватели сгруппированы в самостоятельные зоны. Калибрование толщины пленки производится губками и соответствующим тем пературным режимом отдельных зон нагрева. Известны головки, имеющие такое же внутреннее устройство, но прямоугольного сечения; они более массивны, поэтому меньше деформируются.
Головки с распределительными планками тоже могут быть использованы в производстве пленок, но они сложны и поэтому в данном случае их почти не применяют. На качество пленок оказывает влияние расстояние от губок до поверхности воды. Установлено, что оно должно быть минимальным и не должно превышать 6 мм. При охлаждении пленки в воде очень большое значение имеет постоянство температуры воды и отсутствие колебаний на ее поверхности. Выполнение этих требований обеспечивается специальной циркуляционной установкой с угольным фильтром, подающей воду через разбрызгиватели.На этих агрегатах можно получать пленки шириной до 2 м и толщиной>12 мк, коэффициент вытяжки может изменяться от 20 до 40.
Режим производства плоской пленки из полиэтилена высокой плотности:
Температура, °С: цилиндра машины:
1-я зона . . . . . . 230±10
2-я » . . . . . . 260±10
3-я » . . . . . . 270±10*
Перехода . . . . . 270±10*
головки . . . . . . 270±10*
воды в ванне . . . . . 70
Ширина щели между губками, мм . 0,5
Скорость приемки, м/мин . . . 60
Рисунок 12 — Щелевая головка для получения плоских пленок:
1—корпус головки; 2— неподвижная губка; 3— подвижная губка; 4— промежуточная призма; 5—карман для термопары; 6—регулировочный болт.
Рисунок 13 — Агрегат для получения плоской пленки:
1—червячный пресс; 2—щелевая головка; 3—штуцер для слива воды; 4— решетка и металлическая сетка; 5—направляющий валок; 6—ванна для охлаждения; 7—регулятор зазора щели; 8—ножи для обрезки краев; 9—тянущие валки с регулируемой скоростью вращения; 10—намоточное устройство.
Ориентирование пленки. При растяжении пленок происходит ориентация молекулярных цепей, вследствие чего повышаются морозостойкость и механические свойства пленок, а также предел прочности при растяжении.
Ориентировать пленки можно в одном и двух. направлениях. Чтобы ориентировать пленки из кристаллических полимеров, их нужно нагревать до температуры, при которой разрушается кристаллическое строение. Аморфные пленки вытягиваются при температурах высокоэластического состояния полимера.
После ориентации пленки в растянутом состоянии прогревают. Эта операция (закалка) уменьшает тепловую усадку. Ориентация пленок в двух направлениях производится в две ступени: пленки нагреваются и вытягиваются в продольном направлении, затем производится вторичный нагрев и поперечная вытяжка. Температура на обоих ступенях должна регулироваться самостоятельно. При растяжении пленок в поперечном направлении температура несколько выше, чем при ориентации в долевом направлении. Продольная ориентация пленок осуществляется двумя группами валков: первая группа валков обогревается, вторая охлаждается; каждая группа имеет индивидуальный привод. Окружная скорость валков второй группы выше, чем первой. В каждой группе имеются прижимные гуммированные ролики. Установка для поперечной ориентации состоит из камеры, механизма захвата пленки с индивидуальным приводом и системы обогрева. Камера разделена по длине на несколько зон: предвари тельного нагрева пленки (4 м), ориентации (4 м), закалки (2 м) охлаждения (2 м), и обогревается воздухом. Температура по зонам регулируется в пределах 90—240° С.
продолжение
--PAGE_BREAK--