Огляд методів отримання плівок та їх властивостей

Міністерство загальної та професійної освіти РФ

Російський хіміко-технологічний університет імені Д.І. Менделєєва

Кафедра переробки пластмас

На тему: «Огляд методів отримання плівок та їх властивостей»

студент: Талденков Олексій

1999 р

План реферату

I. Вступ.

Основні методи виробництва та модифікації плівок.

II. Основна частина.

1. Екструзійний метод виробництва полімерних плівок.

Виробництво рукавних плівок, їх властивості

Виробництво плоских плівок, їх властивості

2. Каландровий метод виробництва полімерних плівок. Властивості плівок, отриманих цим методом.

3. Методи одержання комбінованих плівок. Властивості плівок, отриманих цим методом.

4. Методи фізичної та хімічної модифікації плівок.

Виробництво орієнтованих плівок, їх властивості.

Виробництво хімічно-модифікованих плівок, їх властивості.

5. Вплив технологічних параметрів процесу одержання на фізико-механічні властивості полімерних плівок.

Властивості сировини, що переробляється.

Ступінь витяжки з наступним охолодженням.

Режим термообробки.

Різнотовщинність.

Температурно-часові умови.

III. Висновок.

I. Вступ.

Основні методи виробництва та модифікації плівок.

Різноманіття видів застосовуваних плівок визначає різноманітність методів їх виробництва. Основний обсяг виготовлених у світі полімерних плівок доводиться на плівки з розплавів пластичних мас, основу яких складають полімери, здатні при нагріванні переходити в в'язкотекучий або високоеластіческое стан, не наражаючись при цьому термічної деструкції.

Метод виробництва плівки визначається хімічною природою полімеру і призначенням готової плівки. В даний час можна виділити чотири групи методів виготовлення плівки: з полімеру, що знаходиться в вязкотекучем або високоеластичному стані: екструзія, каландрование, виробництво комбінованих плівок, фізико-хімічна модифікація плівок.

Фізична сутність методів екструзії і каландрование полягає в формуванні з розплаву полімеру заготовок з подальшим їх деформуванням до заданих розмірів плівки і фіксування їх охолодженням.

Процес виробництва комбінованих плівок пов'язаний з суміщенням або впровадженням полімеру в вязкотекучем стані в іншій стрічковий матеріал із забезпеченням при цьому необхідної межслоевой адгезії. Питання спрямованого впливу на фізико-механічні та експлуатаційні властивості плівок вирішують використанням методів фізичної та хімічної модифікації. У першому випадку перетворення, наприклад, надмолекулярних структур полімерів відбувається під впливом фізичних факторів. При хімічній ж модифікації відбуваються зміни в хімічному будову макромолекул, змінюється характер зв'язку між ними.

II. Основна частина.

1. Екструзійний метод виробництва полімерних плівок.

Таким методом переробляють у плівки поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, полізтілентерефталат та інші полімери, переважно у вигляді гомогенних матеріалів, рідше наповнених газами або мінеральними порошками та іншими компонентами, що поліпшують їх нафтових, експлуатаційні властивості. Розрізняють метод екструзії через головки плоскощілинних (плоска плівка) і кільцеву (рукавна плівка).

Виробництво рукавних плівок, їх властивості.

Процес виробництва рукавної плівки полягає в безперервному видавлюванні розплаву полімеру через кільцеву фильеру у вигляді рукава і подальшому його роздуванні до необхідних розмірів. Матеріал, що переробляється з бункера надходить в екструдер і далі через фільтр в кільцеву головку. Залежно від обраної схеми виробництва використовують головки кутові або прямоточні. Після виходу з головки циліндрична заготовка розплаву полімеру роздувається (поперечна витяжка) до необхідних розмірів, потім рукав охолоджується і надходить у приймальні пристрої.

Для підготовки розплаву при виробництві рукавних і інших екструзійних плівок можна використовувати такі види екструдерів: черв'ячні преси, дискові екструдери, комбіновані червячно-дискові та дисково-черв'ячні екструдери, каскадні екструдери.

Плівковий рукав можна охолоджувати з зовнішньої та внутрішньої поверхонь пристроєм, в якому в якості холодоагенту використовують повітря або рідина. В обох випадках холодоагент у вигляді концентричної збіжної струменя подається на поверхню рукава. При охолодженні рідиною використовують пристрої, в яких плівка або занурюється безпосередньо в рідину (занурення), або контактує з поверхнею насадки, охолоджувальної рідиною, або прохолоджується стікає по плівці рідиною.

До прийомним відносяться пристрої: стабілізуючий, додають, фальцювально, який тягне, шірітельно-центруючий.

Спосіб екструзії полімерного рукави роздуванням вигідно відрізняється простотою і економічністю при виробництві з різних термопластів широкого асортименту плівок шириною 50-24000 мм, товщиною 0,005-0,5 мм.

Спосіб виробництва рукавної плівки застосовують при виготовленні плівок будь-якої ширини. Схема виробництва зверху-вниз раціональна для виробництва вузьких, тонких плівок. Горизонтальний прийом рукави представляє інтерес при виготовленні, наприклад, товстих газонаповнених (спінених) плівок.

Виробництво плоских плівок, їх властивості

Процес виробництва плоских плівок полягає а наступного: розплав з екструдера подається через фільтр в плоскощілинних голівку, далі утворене плівкове полотно надходить у пристрій, що охолоджує, потім у тягнуче, обрізні і намотувальний.

В основному використовують два способи охолодження плоскої плівки: на валках

або у ванні з водою. Плоска плівка, отримана швидким охолодженням при зануренні у ванну з водою або подачею розплаву на полірований металевий валок, має ряд позитивних властивостей, наприклад, високі прозорість і глянець, підвищену жорсткість і міцність і т. д. Завдяки цим властивостям її широко використовують в якості пакувального матеріалу. Виготовляють плоскі плівки переважно з поліетилену високої щільності, поліпропілену, полівінілхлориду.

Методом екструзії через плоскощілинних голівку виготовляють як товарну плівку, що йде безпосередньо у споживання, так і заготовки для подальшої орієнтації.

При екструзії через плоскощілинних голівку досягаються швидкості виготовлення плівки, що перевищують у 2-3 рази швидкості прийому рукавної плівки. Проте виготовлення широких (більше 1500 мм) плоских плівок пов'язано з великими технічними труднощами і економічно не виправдане.

2. Каландровий метод виробництва полімерних плівок. Властивості плівок, отриманих цим методом.

Каландування - це безперервне формування плівки з розплаву полімеру в зазорах між обертовими валками. Для отримання тонкої равнотолщінной плівки з гладкою поверхнею полімер послідовно пропускають через кілька зазорів.

В основному каландровим способом виготовляють плівки з жорстких і м'яких композицій полівінілхлориду. Полімер та інші компоненти завантажують у змішувач, де забезпечується отримання гомогенної суміші, що потім надходить у екструдер або на вальці. З екструдера (з вальців) гомогенний розплав у вигляді стрічки або джгута надходить в зазор каландра, де формується плівкове полотно.

Для виготовлення плівок використовують багатовалкові каландри з різним розташуванням валків. Хороша якість плівки забезпечується при проходженні плівки через три зазору. З останнього зазору плівка поступає в пристрій, що охолоджує, що складається з декількох барабанів, де плівка охолоджується за рахунок контакту з їх поверхнею. Після обрізки крайок плівка намотується в рулони з допомогою намотувального пристрою.

При проходженні полімеру через зазори між валками в ньому виникають високі напруги, спрямовані вздовж плівки (поздовжня орієнтація або так званий каландровий ефект). Незважаючи на високу температуру полімеру, плівка не встигає релаксувати, що обумовлює значну анизотропность її властивостей.

Каландровим методом можна виготовляти плівки товщиною від 0,08 до 0,5 мм зі швидкостями прийому тонких плівок більше, 100 м / хв.

3. Методи одержання комбінованих плівок. Властивості плівок, отриманих цим методом.

Багатошарові плівки, отримані методом співекструзії двох і більше гомогенних полімерів, - це лише один з видів комбінованих плівок, що використовуються в промисловості. Взагалі до комбінованих плівкам відносять вироби, в яких полімер: нанесений на різні стрічкові текстильні, паперові, полімерні, металеві та інші основи (плівковий матеріал з полімерним покриттям); з'єднує і пов'язує перераховані основи (дубльовані плівки, матеріали); екструдується одночасно в два або кілька шарів (багатошарові соекструзионні плівки); має у своїй структурі впроваджені текстильні, металеві, полімерні та інші армуючі каркаси (армовані плівки, матеріали).

У матеріалах з покриттям пленкообразующее речовину складає незначну частку в загальному обсязі при товщині покриття від 0,008 до 0,08 мм. У таких виробах явно переважають властивості основи, а полімерне покриття, як правило, призначений для додання поверхні виробу необхідних захисних або декоративних властивостей зі збереженням текстури або малюнка основи. Дубльовані плівки набирають з двох або більше основ, що забезпечують певний комплекс властивостей кінцевого виробу. Поверхні такої плівки зберігають вигляд і властивості поверхонь основ. Багатошарові соекструзионні плівки є різновидом дубльованих, тільки дублювання в цьому випадку відбувається безпосередньо в процесі екструзії. У армовані плівки каркас (наприклад, сітка або окремі нитки, волокна) вводять для підвищення показників міцності плівки із збереженням певних властивостей самої плівки - світлопроникності, газопроникності та ін

Комбіновані плівки виготовляють екструзійних, екструзійно-валковим або валковим методами. У даній роботі зі всього різноманіття процесів виготовлення комбінованих плівок розглянуті тільки ті, в яких пленкообразующее полімерне речовина формується в полотно з розплаву.

4. Методи фізичної та хімічної модифікації плівок.

Фізичної модифікацією є механічна дія на сформовану структуру полімеру при певних температурних режимах. Такими методами виготовляють орієнтовані плівки.

Виробництво орієнтованих плівок, їх властивості

Поряд з розширенням випуску рукавних і плоских, в тому числі Каландрований, плівок, удосконаленням технології їх виробництва велике значення надають вишукування шляхів і способів підвищення їх якості, поліпшення фізико-механічних властивостей, забезпечення високої міцності і надійності в умовах тривалої експлуатації.

Одним з ефективних способів поліпшення фізико-механічних властивостей і розширення можливостей застосування термопластичних плівок є метод структурної модифікації - орієнтація. Змінюючи ступінь орієнтації, яка визначається температурою орієнтації, швидкістю і ступенем витяжки, а також швидкістю (темпом) охолодження, можна отримувати плівки з різними фізико-механічними показниками.

Орієнтовані плівки виготовляють в основному з поліпропілену, поліетилену, поліетилентерефталату та інших полімерів.

У залежності від призначення плівки отримують одно-або двухоснооріентірованние. Існують два основні методи орієнтації плівок: механічне розтягування плоских плівок; пневматичний роздувши і механічне розтягування плівкового рукави. У виробництві орієнтованих плівок перший з цих методів знайшов більшого поширення. Виробництво двухоснооріентірованних плоских плівок здійснюють за двома принципово відмінним технологічними схемами: одно-та двох-стадійний (роздільного).

Орієнтація плівки в поздовжньому і поперечному напрямках при одностадійної схемою одночасно відбувається на одній установці, а при двохстадійної - на двох окремих установках. Найбільший розвиток і застосування отримало обладнання, в якому орієнтація плівки відбувається по двохстадійної схемою.

Технічні можливості технологічних ліній для виробництва двухоснооріентірованних у дві стадії плівок дуже широкі: ширина плівок до 3000 мм, товщина від 3 до 100 мкм, швидкість прийому готової плівки до 200 м / хв.

Виробництво хімічно-модифікованих плівок, їх властивості

Виробництво хімічно-модифікованих плівок. Одним із шляхів спрямованого впливу на властивості полімерів та виробів з них є хімічна модифікація, пов'язана зі зміною хімічної будови молекул і характеру зв'язку між ними.

Наприклад, ультрафіолетовим опроміненням або радіацією в термопластах можна створювати просторово-сітчасті структури.

Модифікуванням поліетиленових плівок іонізуючими випромінюваннями можна отримати термоусадочні плівки, а при включенні операції термостабілізації - високоякісний плівковий матеріал з високою стійкістю та довговічністю в умовах тривалого впливу підвищених температур і навантажень, агресивних середовищ.

Прикладом використання ефекту зміцнення є виробництво мішків для затарювання з поліетилену низької щільності. У зв'язку зі збільшенням після опромінення руйнівного напруження при розтягуванні і ударної в'язкості з'явилася можливість зменшити товщину плівки.

У такому процесі складений плівковий рукав або плоска плівка після тягне пристрою через систему відхиляють роликів направляється в прискорювач електронів (або камеру зшивання). У прискорювачі плівка опромінюється, переходить в камеру термостабілізації, розігрівається до температури стабілізації і витримується при цій температурі необхідний час. Потім плівка охолоджується і змотується в рулони.

Швидкості отримання модифікованої плівки обмежені можливістю прискорювача електронів і часом термостабілізації плівки; в даний час вони менше швидкостей виготовлення навіть звичайної рукавної плівки.

Додання полімерним плівкам властивості скорочувати свої розміри при нагріванні (термоусадка) є одним з методів розширення можливостей їх застосування. При витяжці плівок на тій чи іншій стадії формування у них відбувається накопичення оборотних складових деформації; якщо в технологічному процесі відсутня стадія термостабілізації, то одержувані плівки в тій чи іншій мірі мають термоусадковими властивостями.

На проміжних стадіях термічної усадки, як правило, відбувається сильне викривлення плівки навіть при її ідеальною равнотолщінності.

Ці недоліки значною мірою усувають фото-або радіаційної зшивкою, що підвищує межа плинності пленкіпрі температурі усадки.

На практиці найбільш широке поширення знайшов метод радіаційної модифікації плівок, який дозволяє найбільш істотно впливати на фізико-механічні властивості плівки.

5. Вплив технологічних параметрів процесу одержання на фізико-механічні властивості полімерних плівок.

У процесі виробництва плівок головним чином контролюють такі фізико-механічні показники плівки, як руйнівну напругу при розтягуванні або межа плинності, модуль пружності при розтягуванні, прозорість, газопроникність, зварюваність. Зазначені параметри в більшій чи меншій мірі залежать від вихідних властивостей сировини, що переробляється і параметрів технологічного процесу виробництва.

До основних технологічних параметрах, що впливає на фізико-механічні властивості плівки, відносяться (в межах одного методу виробництва) кратність витяжки або ступінь орієнтації полімеру, режим термообробки (охолодження) плівки, рівномірність товщини одержуваної плівки, температурно-часові умови кристалізації полімеру (для кристалізуються полімерів ).

На структуру одного і того ж полімеру впливають такі фактори, як молекулярно-масовий розподіл, температурно-часові і деформаційні характеристики процесу підготовки розплаву і попереднього формування, режими формоутворення і т. п.; це визначає складність завдання отримання полімерної плівки із заданими фізико-механічними властивостями і контрольованими параметрами структури.

Властивості сировини, що переробляється

Властивості перероблюваної сировини головним чином визначають перераховані фізико-механічні показники одержуваної плівки. Залежно від необхідних властивостей плівки вибирають той чи інший вид вихідного матеріалу. Ці показники в процесі переробки можуть змінюватися в залежності від параметрів технологічного процесу.

Ступінь витяжки з наступним охолодженням

Ступенем витяжки з наступним охолодженням розплаву полімеру в процесі формоутворення (фільєрним витяжка) головним чином змінюють такі показники як руйнівне напруження при розтягуванні і відносне подовження. Експериментально встановлено, що ступінь орієнтації плівок є функцією ступеня витяжки і температурної передісторії зразка.

Режим термообробки

Режим термообробки (охолодження) плівки в незначній мірі викликає зміна таких показників, як відносне подовження і руйнівне напруження при розтяганні для обраного методу охолодження. Так, експериментальні дослідження процесу формоутворення рукавної плівки з поліетилену низької щільності в потоці повітря показали, що зміна інтенсивності охолодження плівки в зоні формоутворення в 2 рази практично не призводить до зміни зазначених фізико-механічних властивостей плівки (10-15%). Аналогічні результати отримані і при охолодженні плоских плівок.

Істотна різниця у фізико-механічних показниках плівок відзначена при використанні різних методів охолодження. Наприклад, при рукавної методі виробництва плівки з використанням водяного (стікає шар рідини) і повітряного охолодження багато показників істотно розрізняються.

Різнотовщинність

Різнотовщинність плівки впливає тільки на руйнівну напругу при розтягуванні. Це викликано як залежністю структурних змін плівки від товщини, так і методикою стандартних вимірів SР, заснованої на визначенні середнього значення SР зразка але вимірам декількох зразків. Равнотолщінная плівка має більш високі значення SР за інших рівних умовах.

Температурно-часові умови

Температурно-часові умови кристалізації полімеру для всіх описаних способів формоутворення практично не відрізняються, тому вплив перерахованих параметрів технологічного процесу на властивості незначно. Найбільш різка зміна фізико-механічних властивостей зазначено при зміні умов кристалізації полімеру. При формоутворенні плівки в умовах орієнтаційної кристалізації можна отримати структуру з високим ступенем орієнтації (що неможливо при звичайних режимах формування плівки).

III. Висновок.

На властивості полімерних плівок більшою мірою впливають такі стадії процесу отримання як витяжка, охолодження, термостабилизация (якщо така є), а також сильний вплив надає стадія модифікації і природа полімеру.