Производство пленок и полиэтилена низкой плотности

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.

Механизм захвата пленки состоит из двух бесконечных цепей, несущих зажимы. В зонах предварительного нагрева, закалки и охлаждения цепи движутся параллельно. В зоне ориентации они расходятся и пленка растягивается в поперечном направлении. Скорость всех узлов синхронизирована. Ширина пленки на входе в зону ориентации может изменяться от 200 до 1800 мм. Максимальная скорость равна 60 м/мин. Полипропиленовые пленки обычно вытягиваются вдоль на 650, поперек—на 750%.

Покрытие бумаги полимерными пленками. При покрытии бумаги полимерными она приобретает влагозащитные пленками свойства. Процесс состоит из получения плоской полимерной пленки и спрессовывания ее в горячем состоянии с бумагой.

Получение плоской полимерной пленки производится на червячном прессе с  щелевой головкой, которая присоединяется к машине одним из торцов. В этом положении головки бумага и пленка перемещаются параллельно. Спрессовывание горячей пленки, имеющей температуру >200°С, с бумагой осуществляется в зазоре между стальным и гуммированным валками. Гуммированный валок создает давление, достаточное для спресовывания пленки с бумагой. Стальной валок необходимо охлаждать. С целью увеличения адгезии пленки к бумаге, последнюю перед поступлением в зазор валков прогревают Агрегат для нанесения пленки на бумагу изображен на рис. У-35. Нормальная скорость нанесения покрытия достигает 120 м1мин.

 

Рис. 14. Агрегат для нанесения полимерных пленок на бумагу:

1—рулон с бумагой (размотка); 2—вал для рулона № 2; 3— сушильный валок (обогрев паром 13 кгс/см², 170° С); 4— валок, облицованный силиконовой рези-ной; 5—ванна с водон для охлаждения; 6—щелевая головка червячного пресса; 7—главный валок (полированный, охлажденный водой); Я—направляющий валок; 9— узел намотки; 10— подающий валок.

 

ПЛЕНОЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

 

Пленочные изделия применяют  очень широко. В зависимости от назначения пленки имеют одно- и  многослойную конструкцию.

Условно к пленкам  относят вещества, представляющие собой  непрерывные тонкие слои толщиной менее 0,25 мм. Пленки толщиной более 0,25 мм относят  к листам.

Толщина выпускаемых  пленок колеблется от 250 до 1 мкм (иногда до 0,5 мкм).

Упаковочные пленки. В качестве упаковки применяют пленку в обычном виде (толщина 10...12 мкм). В последнее время выпускают оберточную пленку, которая при небольшом растяжении при упаковке продукта становится липкой; в результате обрезанный конец пленки плотно прилегает к поверхности предыдущего слоя.

Пакеты открытые и  закрытые изготовляют из рулонной плоской  пленки сваркой или склеиванием (толщина 16...60 мкм). Тубы для упаковки изготовляют из бесшовной рукавной заготовки. Для упаковки продукта концы  туб сваривают.

Особенность усадочной  пленки — уменьшение размеров при  кратковременном прогревании; в  результате пленка плотно обтягивает продукт. Такую пленку широко применяют  для компактной упаковки многочисленных предметов в единую оболочку-контейнер.

Мешки и сумки изготовляют из пленки сваркой. Мешки повышенной прочности получают из тонких (30...50 мкм) и узких лент (из полимера с ориентированной структурой молекулярных цепей) плетением на текстильных станках; можно плотно покрыть мешки тонкой пленкой.

Наружную упаковку используют не только для сыпучих материалов, но и для мелких штучных товаров в индивидуальной упаковке (из бумаги, металлической фольги и др.). Упаковку изготовляют на автоматах. При этом важно, чтобы полимерная пленка легко сваривалась или склеивалась; в качестве примера могут быть пленки из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), поливинилхлорида (ПВХ). Внутреннюю упаковку применяют перед укладыванием товаров в большие емкости (ящики, контейнеры) для предварительной упаковки в пленку из ПЭ, целлофана, поливинилового спирта, полиамида (ПА), полиэтилентерефталата (ПЭТФ), ПВХ, полистирола (ПС) и др.

Мешочная упаковка представляет особый интерес; при этом методе сочетаются процессы получения рукавной пленки и ее заполнения товаром с последующей  автоматической сваркой (термоимпульсной). В этом случае пленка должна обладать повышенной прочностью, что достигается при определенных параметрах технологического режима и специальных приемах получения полимерного рукава.

Индивидуальная упаковка заключается в механическом «закручивании» продукта в пленку (обычный вариант — конфета в целлофане). Такие пленки должны быть способны к сохранению формы, приданной при закручивании. При использовании специальных пленок, обладающих эффектом липкости при натяжении, процедура упаковки закручиванием упрощается и сокращается время затаривания.

Ленточную упаковку используют для малогабаритных изделий; последние  располагают между двумя лентами  полимерных пленок и упаковываются  автоматической запрессовкой (сваркой) с высокой скоростью. Применяют пленки из ПЭ, целлофана с ПЭ, фольгированного ПЭ (алюминиевая фольга, покрытая ПЭ).

Для получения объемной упаковки изделия помещают на перфорированный  картон, покрытый (пропитанный с  той же стороны) полимером того же типа, что и упаковочная пленка. Сверху его накрывают полимерной пленкой, нагревают и при небольшом вакууме пленки соединяются по периферии с картоном. В результате изделие расположено на жестком картоне и плотно обтянуто пленкой. При этом используют ацетилцеллюлозу, ПС, ПВХ, ПЭ, ПП, (сополимеры двух последних полимеров).

Термоусадочная  упаковка — это специально изготовленные пленки, которые при нагревании дают усадку; используют для товаров, не имеющих определенной формы (игрушки, овощи и др.). Такая пленка при нагревании несколько сжимается и обхватывает пакуемый предмет. Напряжение, возникающее в пленке, составляет а = 5...10 МПа в зависимости от структуры и типа полимера. Так, для пленок из ПЭ, ПП, ПЭТФ, ПС.

ПВХ (пластифицированного), «сшитого» ПЭ и гидрохлорированного  каучука соответственно ст = 0,5; 2,0...4,0; 5,0...10,0; 0,5...1,0; 1,0...2,0; 10,0 и 1,0...2,5 МПа. Максимальное значение о в зависимости от типа полимера достигается при температуре 70... 100 °С.

Упаковку в среде  инертного газа применяют для  обеспечения сохранности продуктов  и выполняют известными способами  в камере с инертным газом. При  такой упаковке наиболее важны такие  свойства пленок, как малая газопроницаемость (особенно по кислороду), способность к свариванию или склеиванию. Для этих целей применяют пленки комбинированные (например, алюминиевая фольга — полиэтилен) или многослойные (полиэтилен—целлофан, полиэтилен—фторопласт и др.). Один из слоев такой пленки должен быть воздухонепроницаемым, другой — иметь хорошую свариваемость.

Упаковку для пастеризации и варки используют при необходимости  нагревания продуктов в упаковке без нарушения ее герметичности. В этом случае упаковочная пленка должна отличаться повышенными термо- и водостойкостью, значительной прочностью сварного шва. Таким требованиям удовлетворяют многослойные термостойкие пленки, состоящие из алюминиевой фольги, ПЭТФ, поликарбоната (ПК), ароматического ПА.

Крупногабаритную  упаковку применяют для минеральных удобрений, цемента и др. Для удобства транспортирования наружную поверхность мешков выполняют с неровностями; для этого на нее предварительно наносят распыленную струю полимера. Такие мешки с продуктом не соскальзывают при транспортировании и потери продукта уменьшаются. В качестве сырья для пленки чаще всего используют ПЭ или ПВХ (толщина пленки 0,1...0,3 мм, вместимость мешка 10...40 кг). Такая оболочка влагостойка и химически стойка. Многократное использование не рекомендуется из-за загрязнения и невозможности повторного получения качественного сварного шва. Применяют упрочненные мешки из плетеных высокопрочных полимерных узких пленок.