Экструзионный метод производства полимерных пленок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Простые и сложные полиэфиры. 3

1.1. Простые полиэфиры. 3

1.2. Сложные полиэфиры. 5

2. Препреги. 6

3. Основные виды полимерных пленок. 7

3.1. Экструзионный метод производства полимерных пленок. 8

3.1.1. Производство рукавных пленок, их свойства. 8

3.1.2. Производство плоских пленок, их свойства. 8

3.2. Каландровый метод производства полимерных пленок. 9

3.3. Методы получения комбинированных пленок. 9

3.4. Методы физической и химической модификации пленок. 10

3.4.1. Производство ориентированных пленок. 10

3.4.2. Производство химически-модифицированных пленок. 11

4. Изготовление резиновых смесей методом литья под давлением. 11

Список использованных источников 15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Простые и сложные  полиэфиры.

1.1. Простые полиэфиры.

 

Гетероцепные полимеры, содержащие в основной цепи регулярно повторяющиеся группировки С—О—С. Алифатические полиэфиры простые включают - полиацетали [—CHR—О—] , где R = Н или алкил; полимеры алкиленоксидов [—(СН₂)x—О—]n, у которых атом Н в цепи может быть замещен (например, на алкил).

Ароматические полиэфиры простые - полиариленоксиды - имеют общую формулу [ ОАr—]n или [—ОАrОАr'—]n, где Аr и Аr'

(R = Н, алкил, алкенил, галоген, фенил; Х-электроноакцепторная или электронодонорная группа; х = 1, 2). Свойства благодаря высокой гибкости макромолекул для простых полиэфиров алифатического ряда характерны низкие температуры стеклования и плавления (от -70 до 0°С и 40-180 °С соответственно) с увеличением длины углеводородного фрагмента между атомами кислорода полиалкиленоксидов снижаются температуры плавления и плотность, возрастает эластичность, что обусловлено уменьшением межцепного взаимодействия и ухудшением упаковки цепей полимера, приводящим, в частности, к снижению способности к кристаллизации. Так, высокие плотность и температура плавления (175-180°С) кристаллического полиметиленоксида

[ СН₂О]n обусловлены хорошей упаковкой его макромолекул. Введение дополнительной группы СН₂ в мономерное звено полиметиленоксида приводит к снижению температуры плавления до 66 °С. У триметиленоксида температура плавления 35 °С. Наличие несимметрично расположенных заместителей в цепях алифатических простых полиэфиров также затрудняет их кристаллизацию и приводит к снижению температур плавления. Алифатические простые полиэфиры, содержащие циклы, связанные в 1,3- и 1,4-положениях, характеризуются большой жесткостью цепей и повышенными температурами плавления, а простые полиэфиры, содержащие циклы, связанные в 1,2-положениях, практически не отличаются от нециклических полимеров. Введение в алифатическую цепь ароматических колец резко повышает температуры плавления и стеклования полимеров. Полиариленоксиды часто не кристаллизуются. Гибкость цепей можно изменять сополимеризацией различных оксидов, например пропиленоксида с аллилглицидиловым эфиром, эпихлоргидрина с этиленоксидом, придавая получаемым сополимерам свойства каучуков. Сополимеры алкиленоксидов с виниловыми мономерами представляют собой блоксополимеры.

Незамещенные алифатические простые полиэфиры хорошо растворяются в органических растворителях. Полиалкиленоксиды и полиацетали ограниченно растворяются в воде. Исключение составляют полиэтиленоксид, полностью растворимый в воде независимо от молекулярной массы, и нерастворимый в воде полиформальдегид, который плохо растворяется и в органических растворителях. Незамещенные алифатические простые полиэфиры и полиацетали, а также многие ароматические простые полиэфиры хорошо растворяются в хлорированных и ароматических углеводородах. Алифатические простые полиэфиры и полифениленоксиды растворяются в эфирах, кетонах и апротонных биполярных растворителях. С введением боковых полярных групп растворимость алифатических простых полиэфиров (например, пентапласта) уменьшается.

По сравнению  с полиолефинами алифатические простые полиэфиры легче окисляются; их эфирная связь нестойка к действию кислотных агентов. Деструкцию под действием кислотных агентов, напр. НС1, НВr, BF₃, или окислителей (Н₂О₂, озон) используют как способ снижения молекулярной массы алифатических простых полиэфиров.

При нагревании полиметиленоксид склонен к деполимеризации, высшие полиацетали (R-алкил) и другие алифатические простые полиэфиры менее склонны к такому типу деструкции. Из алифатических простых полиэфиров полиэтилен- и полипропиленексиды наиболее термостойки (например, первый подвержен термической деструкции выше 310°С). Температуры размягчения и деструкции циклоалифатических простых полиэфиров достигают 300-350 °С.

Алифатические простые полиэфиры содержат, как правило, концевые гидроксильные группы, реакции по которымрым используют для модификации полиэфиров, например для получения полиуретанов. Один из методов модификации полиэпихлоргидрина - реакции боковой хлорметильной группы.

Получают  алифатические полиэфиры катионной полимеризацией; по анионному механизму полимеризуются только алкиленоксиды (молекулярные массы полимеров могут достигать 106). Полифениленоксиды получают поликонденсацией фенолов и галогенфенолов, полиариленоксиды сложного строения - поликонденсацией солей дифенолов с аромагическими дигалогенидами, в которых атомы галогена активированы электроноакцепторными группами ароматического ядра (напр., SO₂, С=О).

Из простых  полиэфиров практическое применение нашли полиформальдегид (может применяться для получения волокна), полиэтиленоксид (водорастворимые пленки из полиэтиленоксида используют для упаковки пищевых продуктов, красок и чернил, агрохимикатов) и полипропиленоксид , пентапласт, пропилен-оксидный каучук (применяется в производстве шлангов, прокладок), эпихлоргидриновые каучуки (используют для производства маслостойких деталей), поли-2,2-диметил-n-фениленоксид, поливинилацетали.

1.2. Сложные полиэфиры.

 

Гетероцепные полимеры, содержащие в основной цепи регулярно повторяющиеся группировки С (О) О— Общие формулы линейных сложных полиэфиров [ (O)CRC(O)-OR'O—]n и [-RC(O)-O-]n, где R и R' двухвалентные органические радикалы.

Сложные полиэфиры  - высоковязкие жидкости либо твердые аморфные или кристаллические вещества; молекулярная масса 500-500000 (алифатические сложные полиэфиры обычно50000); плотность 0,9-1,5 кг/м3. Сложные полиэфиры чаще всего не растворимы в воде, растворимы в органических растворителях, причем кристаллические растворяются хуже аморфных. Алифатические сложные полиэфиры обычно хорошо растворимы в хлорированных углеводородах, бензоле, диоксане, ацетоне, этилацетате, ароматические - в крезолах, хлороформе, тетрахлорэтане, нитробензоле. Температуры размягчения алифатических и ароматических сложных полиэфиров лежат в областях соответственно от -50 до 100 °С и 200-400 °С. В полимераналогичных рядах полиэфиры с четным числом атомов С в звене более высокоплавки, чем полиэфиры с нечетным числом. Ароматические сложные полиэфиры начинают разлагаться при температуре выше 300°С. Сложные полиэфиры -диэлектрики.

Сложные полиэфиры вступают во все характерные для сложных эфиров реакции (например, гидролиз, алкоголиз, ацидолиз), приводящие к обмену и (или) деструкции макромолекул. Сложные полиэфиры более устойчивы к воздействию водных растворов минеральных кислот, чем щелочей; могут быть отверждены взаимодействием с эпоксидными соединениями, ненасыщенные сложные полиэфиры отверждают сополимеризацией с винильными мономерами (чаще со стиролом).

Из сложных  полиэфиров наибольшее применение находят полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат, алкидные смолы, поликарбонаты, полиарилаты, полиалкиленгликольмалеинаты и полиалкиленгликольфумараты, олигоэфиракрилаты. Из сложных полиэфиров получают пленки, волокна, лакокрасочные материалы, органические стекла, композиционные материалы. Низкомолекулярные сложные полиэфиры используют в производстве полиэфируретанов и как пластификаторы. Для получения высокопрочных изделий используют термотропные жидкокристаллические сложные полиэфиры.

2. Препреги.

 

Препреги [англ. prepregs, от лат. рrае-вперед, впереди и англ. (im)preg(nated) - насыщенный, напитанный, от лат. praegnans-полный], полуфабрикаты в производстве изделий из армированных полимерных композиционных материалов. Представляют собой волокнистые наполнители (непрерывные жгуты, собранные в ленты, ровинги или нити, ткани, нетканые материалы типа мата, бумагу или др.), пропитанные термореактивным или термопластичным связующим. Волокнистый наполнитель может быть стеклянным, углеродным, органическим или комбинированным. Производят препреги по непрерывной технологии пропиткой наполнителя раствором, расплавом или дисперсией (эмульсией) связующего либо прикаткой наполнителя к нанесенной на подложку пленке связующего. Перерабатывают в изделия методами намотки или выкладки с последующим прессованием, вакуумным или автоклавным формованием. Использование препрегов в производстве изделий из полимерных композиционных материалов улучшает условия труда, обеспечивает повышение производительности и высокую механизацию и автоматизацию производства.

Способы и  условия получения и переработки препрегов и их свойства определяются преимущественно типом связующего. Среди препрегов на основе термореактивных связующих (термореактивные препреги) ведущее место по объему производства занимают листовые полиэфирные прессматериалы. По составу такие препреги очень близки к полиэфирным премиксам, отличаясь от них повышенным содержанием (до 50% по массе) и длиной волокнистого наполнителя (25 или 50 мм), сравнительно малым содержанием дисперсного наполнителя (до 40% по массе) и обязательным присутствием загустителя, например MgO, для исключения сепарации связующего при формовании деталей. Полиэфирные препреги производят следующим образом: на полиэтиленовую пленку наносят слой пасты связующего, затем на нем формуют ковер заданной структуры из рубленого стекловолокна или его смеси с непрерывными стеклянными, углеродными, арамидными или другими волокнами. Сверху полученный материал покрывается второй пленкой со слоем пасты; образовавшийся "сэндвич" уплотняется в импрегнирующем устройстве валкового типа или типа ленточного пресса и сматывается в рулон. Приготовленный препрег выдерживают несколько суток при комнатной или несколько часов при повышенной температуре для созревания (загущения связующего). Перерабатывают полиэфирные препреги компрессионным прессованием в прессформах закрытого типа, предварительно раскроив лист и отделив защитную пленку. Полиэфирные препреги значительно уступают премиксам по текучести при формовании, но превосходят их по прочностным характеристикам. Такие препреги применяют в массовом производстве крупногабаритных деталей типа панелей, крышек резервуаров, защитных кожухов различных машин и приборов, мебели и т.п.

Термореактивные препреги, получаемые пропиткой бумаги или хлопчатобумажной ткани растворами или водными эмульсиями феноло-формальдегидных смол, традиционно используют в производстве гети-наксов и текстолитов. Широко известны препреги на основе модифицированных феноло-формальдных смол в виде стекловолокнистого шпона и собранных в ленту стеклонитей. Важное место, особенно в производстве высоконагружаемых изделий из полимерных композиционных материалов, снимают термореактивные препреги на основе эпоксидных связующих и высокопрочных и высокомодульных углеродных, стеклянных или органических волокнистых наполнителей. Эпоксидные препреги получают пропиткой наполнителя раствором или расплавом связующего либо по "пленочной" технологии, а перерабатывают методами намотки или выкладки. В качестве термореактивных связующих повышенной термостойкости в производстве препрегов все шире используют олигоимиды с концевыми группами, способными к полимеризации, и олигомеры на основе ароматических соединений, содержащих ацетиленовые, нитрильные или другие группы, способные к циклотримеризации.

Из-за высокой вязкости расплавов и плохой растворимости термопластичных связующих производство препрегов на их основе значительно сложнее, чем термореактивных препрегов. Получают термопластичные препреги теми же методами, что и термореактивные, а также по технологии, в которой термопластичное связующее используют в виде волокон; последние при термообработке расплавляются и связывают армирующий наполнитель. Методы переработки термопластичных препрегов более высокопроизводительны, чем термореактивных. Термопластичные препреги можно подвергать повторной переработке. Наиболее перспективны термопластичные препреги на основе тепло- и термостойких ароматических простых и сложных полиэфиров, полисульфонов, а также ароматических полисульфидов. Их используют в производстве высоконагруженных деталей методами штамповки или прессования.

3. Основные виды полимерных  пленок.

 

Многообразие  видов применяемых пленок определяет разнообразие методов их производства. Основной объем изготовляемых в мире полимерных пленок приходится на пленки из расплавов пластических масс, основу которых составляют полимеры, способные при нагреве переходить в вязкотекучее или высокоэластическое состояние, не подвергаясь при этом термической деструкции.

Метод производства пленки определяется химической природой полимера и назначением готовой пленки. В настоящее время можно выделить четыре группы методов изготовления пленки из полимера, находящегося в вязкотекучем или высокоэластическом состоянии: экструзия, каландрование, производство комбинированных пленок, физико-химическая модификация пленок.

3.1. Экструзионный метод производства полимерных пленок.

 

Таким методом  перерабатывают в пленки полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полизтилентерефталат и другие полимеры, преимущественно в виде гомогенных материалов, реже  наполненных газами или минеральными порошками и другими компонентами, улучшающими их перерабатываемость, эксплуатационные свойства. Различают метод экструзии через головки плоскощелевую (плоская пленка) и кольцевую (рукавная пленка).

3.1.1. Производство  рукавных пленок, их свойства.

 

Процесс производства рукавной пленки заключается в непрерывном  выдавливании расплава полимера через кольцевую фильеру в виде рукава и последующем его раздуве до необходимых размеров. Перерабатываемый материал из бункера поступает в экструдер и далее через фильтр в кольцевую головку.

В зависимости от выбранной схемы производства используют головки угловые или прямоточные. После выхода из головки цилиндрическая заготовка расплава полимера  раздувается (поперечная вытяжка) до необходимых размеров, затем рукав охлаждается и поступает в приемные устройства.