Технологические особенности переработки полимерных материалов методом экструзии

На рисунке 15 показано, как меняется разнотолщинность А полиэтиленовых пленок в зависимости от ширины зазора в головке

и степени раздува рукава ɛр. Из этого рисунка следует: 1) при очень малом или слишком большом зазоре значение Д больше, чем при оптимальном ; 2) с увеличением вытяжки пленок Д возрастает. Последнее связано с тем, что чем больше ɛр , ɛв расплава, тем в большей степени сказываются разнотолщинность экструдируемого рукава, его температурная неоднородность: участки с меньшей толщиной или большей температурой утончаются в большей степени, чем соседние — толстые или менее нагретые.

Большое влияние на геометрическую стабильность при повышенных температурах оказывает ориентация пленок. Чем выше ориентация (и прочность), тем больше усадка пленок. Это свойство может быть полезным для специально получаемых усадочных пленок, применяемых для упаковки различных предметов [7].

 

Рисунок 14 - Зависимость разрывной прочности

от степени вытяжки рукавной пленки из ПЭНП:  1 – в продольном, 2 – в поперечном направлении вытяжки [7].

Рисунок 15 - Зависимость колебания средней Δ разнотолщинности пленки из ПЭНП от, толщины формующей щели (1, 2) и степени раздува  рукава ( , ) :

1, – в поперечном, 2, - в продольном направлении вытяжки [7].

                                                                                                         

 

1.3.6 Виды брака при производстве рукавной пленки

 

Как следует из предыдущего  раздела, при изменении технологических параметров процесса свойства пленок могут даже выходить за рамки, оговоренные в технических условиях.

Причинами понижен ной прочности пленок могут служить:

1) недостаточно высокие  значения ер;

2) перегрев расплава полимера, приводящий к термодеструкции;

3) некондиционное сырье (повышенная влажность, остатки летучих).

Повышенная разнотолшинность пленок может быть обусловлена:

1) неравномерностью зазора  по периметру и как следствие этого — исходной разнотолщинностью рукавной заготовки; в этом случае говорят о продольной разнотолщинности;

2) повышенным уровнем  пульсации расплава (поперечная разнотолщинность) и/или колебаниями скорости вращения тянущих валков;

3) при очень больших  ер и ев (как следует из рисунка  15) пленка может быть разнотолщинной в разной степени в зависимости от гомогенности расплава и его исходной разнотолщинности;

4) нестабильностью геометрического положения раздуваемого рукава, его подвижностью относительно оси симметрии (помимо разнотолщинности образуются складки при намотке).

Оптические дефекты  типа "гелики", "рыбий глаз" возникают по нескольким причинам:

1) попадание непроплавленных  порций полимера в головку;

2) слишком большое  количество фракций полимера  с высокой молекулярной массой;

3) появление искажения пленки ввиде “дымчатости” , по причине значительного эластического разбухания расплава;

4) плохая гомогенизация расплава во II и III зонах экструдера и на сетках;

5)"сшивание" макромолекул при повышенных температурах расплава;

6) излишнее содержание  вторичного полимера;

7) действие УФ-облучения  при хранении гранул.

Грубые дефекты в  виде пузырей или сплошных отверстий возникают в пленках из-за большого содержания влаги в исходном сырье и других летучих компонентов.

Наиболее частым видом  брака является образование искривленных складок рукава в поперечном направлении. Пленка, вступая в контакт с поверхностью складывающихся щек, должна иметь минимальное трение по их поверхности, и угол их расхождения должен быть таким, чтобы длины пути по боковым и центральным линиям были равны. Если трение велико и велика разность между длинами этих путей, то по мере складывания

рукава на поверхности  будут образовываться складки. Пленка не будет гладкой. Для предотвращения этого дефекта рекомендуется  обеспечивать по возможности минимальный угол расхождения щек. Однако уменьшение угла неизбежно вызовет увеличение эффективной длины контакта поверхности щек с пленкой. С увеличением эффективной длины щек растет поверхность соприкосновения их с пленкой, увеличивается сила трения, и посредине рукава также образуются складки. Для устранения этого необходимо либо уменьшить длину щек, либо применить специальную распорно-разглаживающую вилку, находящуюся внутри рукава на уровне складывания пленки.

Если в процессе пуска производства происходит "спайка" сложенного рукава и полотна плохо разделяются, то причина этого явления заключена в слишком высокой температуре пленки в момент ее попадания в зазор тянущих валков [10].

 

1.3 Соэкструзия

 

Технологический процесс  получения ПМ методом соэкструзии состоит из следующих стадий:

- получение расплавов  полимеров;

- формование многослойного  полотна при плоскощелевом способе   или многослойной трубчатой заготовки  при рукавном способе;

- охлаждение плоского  ПМ на валках с помощью охлаждающих устройств

(обдувочных колец и т. п.) .

Соэкструзия- совмещение слоёв, в зависимости от конфигурации головки, может происходить как  в формующем канале головки, так  и на выходе из него

( при наличии двух  каналов). В последнем случае формирование  адгезионной связи осуществляется до охлаждения системы, то есть до момента кристаллизации полимеров.

При соэкструзии плоских  плёнок расплавы двух полимеров из отдельных экструдеров поступают  в коллекторный канал, который является общим, либо разделяется на две половинки таким образом, что слияние двух потоков происходит у самого выхода из головки. В случае общего канала потоки расплава не смешиваются из-за ламинарного характера течения и совмещение плёнок происходит по выходе из головки, благодаря давлению валков.

Важнейшей проблемой в производстве ПМ способом соэкструзии является конструкция головок. При их выборе необходимо учитывать:

- значительное различие  в реологических свойствах перерабатываемых  полимеров, от почти ньютоновского  течения(ПА) до неньютоновского течения

( сополимеры акрилонитрила);

- необходимость тщательного  контроля толщины каждого слоя, во избежание разнотолщинности  и по экономическим соображениям;

- повышенную предрасположенность  адгезивов и некоторых полимеров  к деструкции при высоких температурах ( ПВДХ, ПВХ, сополимер акрилонитрила и другие).

Обязательным требованием  к головке любого типаявляется отсутствие застойных зон и обеспечение  плавного течения материала. В производстве плёнок используют головки с высоким  сопротивлением, в которых давление достигает 20-30 Мпа. Необходимым условием изготовления рукавных плёнок является формоустойчивость расплава. выходящего из головки; поэтому температура его ниже, чем при формовании плёнки плоскощелевым способом. При получении соэкструзией плоских многослойных плёнок применяются два конструктивных решения. В первом случае распределительное устройство (адаптер) представляет собой тетраэдр, вдоль одной из плоскостей которого вводят потоки расплавов полимеров, которые направляются по щелевым пазам внутри тетраэдра и сходятся у его противоположного ребра, перпендикулярного первому. Вдоль этого ребра расположена выходная щель, из которой выходит многослойная плёнка.

Во втором случае многослойный материал получают в форме  чулка. Подача расплава осуществляется сквозь отверстия , расположенные по окружности. Потоки расплавов поступают в зазор между коаксиальными цилиндрами, один из которых непрерывно вращается относительно другого. Благодаря такому вращению потоки расплавов размываются в коаксиальные слои и на противоположном конце выходят из зазора в виде рукава, который может быть раздут или каландрован. Производительность процесса соэкструзии рукавной плёнки составляет 0,6-0,83 м/с , а плоской выше 1,7 м/с. Соотношение слоёв в многослойной плёнке, получаемой соэкструзией, устанавливают опытным путём. При этом для каждого из полимеров строят калибровочные кривые- зависимость массовой производительности от частоты вращения червяка при выбранной оптимальной температуре [9].

 

1.4 Многослойная  экструзия

 

Сущность данного метода заключается в том, что расплав термопласта выходя сквозь плоскощелевую головку экструдера попадает на полимерную плёнку, которая подаётся к экструдеру и перемещается при помощи валкового устройства. Совмещенные  расплав полимера и плёнка проходят через уплотняющие валки, для обеспечения лучшей адгезии. Сформированный таким образом пленочный материал подвергается дальнейшей ориентации, для улучшения прочностных свойств и подаётся на аппарат для обрезания кромок. После этого МППМ поступает на намоточное устройство, где и приобретает транспортабельный вид [9].

 

Заключение

 

Одним из методов изготовления ПМ из термопластов является экструзия - способ формования длинномерных деталей, с постоянным поперечным сечением, путём непрерывного выдавливания расплава полимера сквозь формообразующее отверстие головки и последующим охлаждением.

В промышленности методом  экструзии перерабатывается около 40% термопластичных материалов.

Основной проблемой  при изготовлении ПМ данным методом  является конструирование головок экструдеров. При прохождении сквозь них расплав полимера не должен оседать в застойных зонах, т.к. это приведет к  его деструктированию.

Экструзия - наиболее экономически выгодный метод изготовления длинномерных изделий из термопластов, который  применяется в различных областях промышленности и непрерывно развивается.

В промышленности методом  экструзии перерабатывается около 40% термопластичных материалов. Многослойные плёнки изготавливают методами основанными  на экструзии: соэкструзией и многослойной экструзией.

 

 

 

Список использованных источников

 

1. А.Ф. Николаев. Синтетические полимеры и пластические массы на их основе. М.:Химия, 1966г.

2. Изделия из пластмасс. Справочное руководство по выбору, применению и переработки. - М.: НПКП Радиопласт, 1992.

3. Э.Фишер. Экструзия пластических масс. М.:Химия, 1970г.

4. Г.В. Сагалаев, В.М.Виноградов, Г.В.Комаров. Основы технологий изделий  из пластмасс. Москва-1974г.

5. В.К.Завгородний. Оборудование для переработки пластмасс.М.: Машиностроение, 1976г.

6. Сагалаев Г.В. , Абрамов В.В., Кулезнев В.Н., Власов С.В., Технология изделий из пластмасс. Справочник. - М.: Химия. 2000г.

7. Катаева В.М. Попова В.А., Сажина Б.И.,Пластические массы. Справочник.- М, Химия, 1975г.

8. Энциклопедия полимеров. ред. коллегия: Кабанов В. А. и др. М.: «Советская энциклопедия» 1974г. т. 2.

9. Химическая энциклопедия т. 3 – М.: Химия, 1977г.

10. У. Е. Нельсон. Технология  пластмасс на основе полиамидов. – Пер с англ/ под ред. А.Я.Малкина.-М.: Химия, 1979.-256 с., ил. Лондон,Бостнон, 1976.

11. http://4108.ru/u/ekstruziya_tehnologicheskiy_protsess