Исследование прочностных свойств упаковочных многослойных полимерных пленочных материалов, полученных методом каширования (1094723), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Получение многослойных ориентированных пленок - срав­нительно новая задача, для решения которой предложен ряд способов. Большинство из них базируется на соединении пред­варительно ориентированных полотнищ с помощью горячих расплавов, клеев, сварки и т.п. Однако эти процессы трудоем­ки, достаточно сложны в аппаратурном оформлении и приемлемы только для ограниченного круга пленочных комбинаций или при наличии эффективных адгезивов в качестве промежу­точного слоя.

В последнее время появились и вызвали большой интерес принципиально новые способы получения ориентированных материалов, характерной особенностью которых является сое­динение неориентированных пленок с последующей их одно- или двухосной вытяжкой. Такой процесс, в основе которого лежит экструдирование расплава одного из полимеров на по­верхность другого, легко поддается автоматизации, может быть осуществлен в одну линию со стадией ориентации пле­нок и позволяет получить тонкослойный материал с высокими физико-механическими и защитными свойствами.

Существует технология получения ориентированных термоусаживающихся рукавных полиэтиленовых пленок, покрытых сополимером этилена с винилацетатом (3-28 вес.%). Экструдируемую рукавную полиэтиленовую пленку в сло­женном состоянии подвергают облучению дозой 6-8 Мрад, покрывают расплавом сополимера и ориентируют раздувом одновременно в двух направлениях до необходимой толщины.

Широкий ассортимент пленок на основе полипропилена с покрытием из сополимеров этилена с винилацетатом, алкилакрилатом, метакрилатом или другими мономерами по­лучают, нанося соответствующий расплав, раствор или диспер­сию на неориентированную основу и подвергая затем эту систему двухосной ориентации.

Заслуживает внимания способ, ко­торый заключается в нанесении расплава ПЭНП на аморфную ПЭТФ-пленку с последующей ориентацией материала одновре­менно в продольном и поперечном направлениях. Подобным образом можно получить композицию, состоящую из двух слоев аморфной ПЭТФ-пленки, соединенных между собой расплавом полиэтилена, и подвергнутую затем двухосной ориентации. Данный метод обеспечивает свободное варьиро­вание толщинами слоев системы, высокую адгезионную проч­ность между слоями материала, хорошие физико-механические и защитные (паро-, водо-, газонепроницаемость) свойства пленки.

В некоторых случаях возникает необходимость в том, чтобы, только один из слоев комбинированной пленки был ориентирован. Такой материал, состоящий, например, из двух кристаллических полимеров с разной температурой плавления (поливинилиденхлорида, полипропилена и др.), получают, сое­диняя обе пленки в состоянии текучести и растягивая двух­слойный материал при температуре, на несколько градусов ниже температуры плавления более высокоплавкого полиме­ра.

Недостатком соэкструзии является то, что реоло­гическое соответствие соэкструдируемых полимеров оказыва­ется критическим фактором, от которого зависит толщина слоев. Как правило, на имеющемся оборудовании нельзя по­лучить любое соотношение слоев по толщине. Обычно для изготовления материала из примерно равных по толщине слоев приходится применять полимеры с одинаковыми реоло­гическими характеристиками, а для создания пленок из слоев разной толщины - полимеры с заметно различающимися рео­логическими свойствами.

Спецификой соэкструзии, о которой следует сказать, является затруднение с вторичным использованием отходов, образующихся при обрезке кромок.

1. Получение многослойных материалов экструзионным ламинированием

Метод получения многослойных и комбинированных пле­нок экструдированием расплавленного полимера на субстрат, иначе называемый экструзионным ламинированием, впервые был применен в 40-х годах в США для покрытия крафт-бумаги полиэтиленом (вместо асфальта). В 50-х годах в Англии началось промышленное производство этого материа­ла. В настоящее время рассматриваемый метод широко при­меняется во многих странах для получения комбинированных материалов на основе крафт-бумаги, картона, металлической фольги, целлофана, различных тканей и полимерных пленок. В качестве покрытия используется, главным образом, поли­этилен, а также полипропилен, смеси и сополимеры полиолефинов, полиамиды. Учитывая это, особенности применяемого оборудования и технологического процесса будут рассмот­рены, в основном, применительно к полиэтилену.

Принцип метода состоит в том, что расплав полимера в виде полотна подается на основу из плоскощелевой головки, а затем пропускается вместе с субстратом в зазор между охлаждающим и прижимным валками, где под давлением формируется иx соединение (рис.2.3.4.1.).

Агрегаты для экструзионного ламинирования имеют ряд преимуществ: на одном и том же агрегате можно покрывать субстраты различной ширины, изменяя ширину выходящего из головки полотна расплава, а также можно получать покрытия разной толщины, варьируя соотношение числа оборотов шне­ка и линейной скорости субстрата.

Возможно исполь­зование в одном агрегате двух или трех экструдеров, что позволит наносить полимерное покрытие одновременно с обоих сторон субстрата или в процессе одной операции соз­давать многослойный материал типа полиэтилен -ПЭТФ - полиэтилен - фольга - полиэтилен.

Установка для получения комбинированных пленок состоит из экструдера на подвижной тележке, головки, ламинирующе­го устройства с системой охлаждения валков, приспособле­ния для обрезки кромок и различного вспомогательного обо­рудования. Принципиальная схема установки приведена на рис.2.3.4.2.

Р
ис.2.3.4.1. Схемы процесса нанесения покрытия из расплава полимера:

а — однослойное; 6 — двухслойное;

1—размоточное устройство; 2 — экструдер; 3 — при­жимной валик;

4 — охлаждающий вал; 5 — намоточное устройство

Рис.2.3.4.2. Принципиальная схема установки фирмы "Bone Brothers" для получения многослойных пленок экструдированием расплава на основу:

1 - сушилка;

2 - экструдер с щелевой головкой;

3 - ножи для обрезки кромок;

4 - узел намотки готового материала;

5 - ламинатор;

6 - устройство для нанесения "праймера";

7 - установка для обработки коронным разрядом;

8 - узел размотки основы.

Экструдеры в линии по сравнению с обычными установ­ками для получения рукавной пленки имеют некоторые осо­бенности. Они не закреплены неподвижно, а установлены на подвижной тележке, что дает возможность переме­щаться относительно ламинирующего устройства.

Ламинирующее устройство состоит из прижимного гумми­рованного валка, который прижимает выходящую из головки экструдера горячую пленку к субстрату, охлаждающего сталь­ного валка и ряда тянущих, ширительных и других валков.

В ряде случаев адгезионная прочность существенно зави­сит от температуры охлаждающего валка, равномерности его охлаждения и температурь- поверхности контакта. Возрастает она также с увеличением толщины покрытия, так как при этом снижаются потери тепла, улучшается смачивание субст­рата расплавом и замедляется охлаждение пленки на охлажда­ющем валке.

Однако важнейшим фактором, определяющим величину адгезионной прочности, является характер и степень обработки контактируемых поверхностей. Основным методом обработки служит коронный разряд, эффективность действия которого возрастает при увеличении "окисленности" полиэтилена как в результате повышения температуры расплава, так и при сни­жении линейной скорости. Большинство промышленных установок для получения комбинированных пленок основано на обработке поверхности субстрата, а не расплава, что значи­тельно проще в аппаратурном отношении. Выбор оптимальных значений технологических параметров этого процесса зависит от множества факторов, включая тип используемого оборудо­вания, химическую природу и толщину соединяемых материа­лов, производительность установки и т.д.

Широкое распространение получил способ увеличения адгезионной прочности комбинированных пленок путем введения промежуточного слоя так называемого праймера, обладающе­го хорошей адгезией к обоим соединяемым материалам. Он позволяет увеличить прочность адгезии полиэтилена к бумаге, алюминиевой фольге, полимерным пленкам и некоторым другим субстратам примерно на 40%.

Основной недостаток рассматриваемого процесса - срав­нительно низкая и нестабильная во времени адгезия между покрытием и основой. Это приводит к необходимости нагре­вать расплав полимера при переработке до высоких темпе­ратур или подвергать поверхность соединяемых материалов специальной обработке. В первом случае наблюдается дест­рукция полимера и снижение качества материала, а во вто­ром - усложняется аппаратурное оформление процесса. Существенными недостатками процесса экструзионного ламинирования явля­ются высокие начальные капитальные затраты.

1. Получение многослойных и комбинированных материалов каландровым методом

В данном разделе рассматриваются основные способы по­лучения многослойных и пленочных материалов, принципиальным отличием которых от процессов, рас­смотренных выше, является то, что, по крайней мере, один из компонентов системы в момент формирования соединения находится в состоянии расплава.

Каландровый метод применяется для получения комбинированных пленок на основе бумаги, картона, натуральных и синтетиче­ских тканей, металлической фольги, полимерных пленок и других рулонных материалов. Этот метод основан на нанесении в зазоре вращающихся валков расплава термопластичного полимера на гибкую основу. Процесс осуществ­ляется на специальных каландровых установках, исполь­зующих метод валковой пластикации полимера. Принципиаль­ная схема такого типа установки КМ-14 50 приведена на рис.2.3.5.1.

Рис.2.3.5.1. Принципиальная схема каландровой установки КМ-1450:

1 - узел намотки готового материала;

2 - измеритель тол­щины изотопного типа;

3 - тиснильный или гладкий валок;

4 - гуммированный валок;

5, 7 - плавильные валки;

6 - пи­татель;

8 - узел размотки основы;

9 - следящий фотоэле­мент;

10, 11 - валки для предварительного нагрева основы;

12 - охлаждающий валок

Основным узлом установки является двухвалковый пластицирующий каландр, питание которого осуществляется гранулированным или порошкообразным полимером. В зазоре валков исходный полимер пластицируется и формуется в пленку заданной толщины. При определенной разности температур и скоростей вращения ("фрикции") пластицирующих валков пленка термопласта переходит на валок, имеющий большую температуру и окружную скорость. Гибкая основа с размоточного устройства через систему направляющих валков подается на нагретый барабан, а с него — на прессующий (тиснильный) валок, который обеспе­чивает прижатие основы к оплавленной полимерной пленке, находящейся на пластицируюшем валке.

В результате фор­мируется соединение покрытия с основой. МПМ проходит через отделочный валок, охлаждающий барабан и поступает на намотку.

Темпе­ратура пластицирующих валков выше температуры соответст­вующих валков каландра, что приводит к снижению «каланд­рового эффекта» и выравниванию свойств пленок в продоль­ном и поперечном направлениях. Другим достоинством метода является относительно короткое время воздействия на полимер высоких температур, что благоприятно сказывается на качестве продукции и позволяет использовать более дешевые композиции с меньшим содержанием термостабилиза­тора и более чувствительные к термодеструкции полимерные материалы.

Основные критерии, определяющие качество каландрированных материалов, — величина адгезии покрытия к основе, разнотолщинность, глянец и цвет пленки. Конструкция каландровых машин позволяет варьировать в процессе работы темпе­ратуру пластицирующих валков и подогревательного валка (т.е. температуру подложки), давление пластицирующих и тиснильных валков, скорость протяжки основы. Из перечис­ленных параметров первый является основным, определяю­щим качество материала. При занижении температуры плас­тицирующих валков ухудшается адгезия пленки, а при превы­шении — термопласт липнет к валкам.

Оптимальный режим каландрирования зависит, с одной сторо­ны, от молекулярных характеристик полимера (молекулярного веса, МВР, индекса текучести расплава и др.), с другой, — от типа подложки. Например, у бу­мажных и природных текстильных материалов за счет ворса и шероховатой поверхности высокая адгезия достигается легче (т.е. при более умеренных температурах и меньших давлениях), чем у подложек с глянцевой поверхностью ти­па полимерных пленок, металлической фольги, стеклоткани и т.п. Температура переднего пластицирующего валка обычно уста­навливается на 15-З0°С выше температуры подвижного зад­него валка. Температура подогревательного валка должна быть максимально допустимой для данной подложки. Повы­шение давления тиснильных валков способствует увеличению адгезии. Для той же цели в ряде случаев основу обрабаты­вают коронным разрядом или покрывают тонким слоем термопластичного клея.

Характеристики

Список файлов ВКР