Теория и практика экструзии полимеров

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ЭКСТРУЗИИ листов И ПЛОСКИХ ПЛЕНОК

Технологические режимы переработки термопластов в листы, плоские и рукавные пленки зависят от природы, молекулярных и реологических характеристик материала, конструкции применяе­мого оборудования и ряда других факторов. Температуры экстру­зии могут варьироваться в довольно широких пределах, а значе­ния технологических параметров, приведенные в табл. 6.7, следует рассматривать лишь как ориентировочные.

При экструзии плоских и рукавных пленок скорость потока расплава полимера различна в разных точках сечения головок. Благодаря наличию градиента скорости макромолекулы полимера ориентируются в продольном направлении потока. При экструзии листов и пленок из термопластов экструдат по выходе из формую­щего инструмента разбухает и, как правило, отбирается приемны­ми устройствами. Окружная скорость валков калибрующего уст­ройства превышает линейную скорость экструзии, и благодаря этому происходит дополнительная продольная ориентация. В ре-

тудьтате продольной ориентации макромолекул существенно воз­растают прочностные свойства листов и пленок в направлении эк - сгрузин и уменьшаются — в поперечном направлении. Деформа­ционные свойства в направлении экструзии могут как возрастать, гак и уменьшаться (соответственно снижаются или возрастают в поперечном направлении), в зависимости от применяемого мате­риала и степени вытяжки.

По этой причине ориентированные полимеры обладают ани - ютропией механических свойств.

Если подвергнутые вытяжке листы нагреть выше температуры размягчения и дать возможность свободно перемешаться, то они самопроизвольно «ползут» (сокращаются), при этом прочностные показатели стремятся вернуться к значению, тля нерастянугого ли­ста (пленки). При нагреве вытянугых листов ниже температуры плавления кристаллитов прочность снижается лишь незначитель­но, а путем фиксирования нагреваемого листа усадка может быть сведена к минимуму.

С повышением скорости сдвига или с возрастанием температу­ры расплава полимера увеличивается также поверхностный гля­нец листов.

11ри оценке листового материала наряду с качеством поверхно­сти большое значение имеют их деформационно-прочностные по­казатели, определяемые для данного типа перерабатываемого ма­териала параметрами экструзии. При дальнейшей переработке ли­стового материала интересны закономерности изменения как деформационных, так и прочностных показателей в зависимости от угла к направлению экструзии.

В работе 1531 приведены результаты исследования зависимос­ти деформационно-прочностных характеристик листов из ПЭН И от параметров экструзии. Листы экструдировались при температурах в головке 403, 423 и 443 К. Выходящий лист попа­дал на охлаждающие валки, температура которых поддержива­лась постоянной (353 К) путем регулирования количества ох­лаждающей воды, подаваемой в полости валков. За степень ориентации принималось отношение окружной скорости калиб­ровочных валков к линейной скорости экструзии. Линейную скорость экструзии вычисляли по формуле:

G

”л-э = рл’ (6.89)

гле G — массовый расход через головку; р, — плотность расплава полимера при тем­пературе экструзии; В — ширина шели. см; h — высота оформляюшеи шел и. см.

Стандартные образцы для испытаний прочности при растяже­нии вырубали из листа, экструдированного через шель высотой в 2, 3 и 4 мм, под разными углами к направлению течения а (рис. 6.35). Для каждого значения угла а брали по четыре образца. Угол меня-

ли в пределах от 0 до 90'. Испытания проводили на разрывной машине при постоянной скорости, равной 350 мм/мин. Записи мости прочности при растяжении ор и относительного удлине­ния ер при разрыве для Г1ЭНП от степени вытяжки при темпера­туре оформляющего инструмента (головки) 403 К представлены на рис. 6.36.

Из приведенных зависимостей видно, что максимальная проч­ность при растяжении наблюдается вдоль вытяжки при всех тем­пературах экструзии и степенях вытяжки, т. с. при а = 0. С увели­чением угла и прочность падает. Это объясняется тем, что по мерс отклонения от направления ориентации противодействующие силы межмолекулярного взаимодействия убывают. Относительное же удлинение вдоль вытяжки меньше, чем в перпендикулярном к ней направлении, что объясняется меньшей гибкостью и способ­ностью к деформации предварительно распрямленных цепей. При этом оказалось, что при всех температурах экструзии характер кривых один и тог же, г. е. максимальная прочность и минималь­ное относительное удлинение наблюдаются при а = 0, а с увели чением угла а прочность падает, относительное удлинение возрас­тает.

Кривые зависимости прочности при растяжении ор и относится», ною удлинения при разрыве ер от угла а к направлению течения при одной и той же степени вытяжки можно получить, соединив cooi ветствующие значения на лучах р (кривые / и 2 на рис. 6.36). При

>том кривые / хорошо описываются следующей эмпирической за­висимостью:

Op = A cos 2а + В, (6.90)

I лс о“ —^ значения прочности при растяжении при произвольных значениях угла "■ л = (°р ср — прочность при растяжении при а ш 0*, т. е. вдоль вы*

гяжки; ор — прочность при растяжении при а ■ 90‘, т. е. в перпендикулярном вытяжке направлении; # = (о'р +°р')/-; « — угол между направлением течения (ориентации) и осью образна.

Таблиц а 6.9. Виды брака при экструзии листов

Рекомендации по устранению

Прямые полосы в на­правлении экструзии

Прямые линии, пер­пендикулярные направ­лению экструзии (вдоль оси валков каландров)

Кривые линии на поверхности листа

Небольшие искривле­ния линии вблизи одного из краев листа

Наличие зазубрин и ино­родных частиц на формую­щей поверхности головки

1 (аличис влаги в материале

Зазубрина или борозда на поверхности валка 11лохая адгезия наносимой па лист пленки к поверх­ности листа вследствие низкой температуры Прилипание листа к по­верхности валка

Нибраиия комплектующих устройств или головки

IТлохое перемешивание материала в экструдере

Образование складок в зазоре между валками

Слишком высокая темпе­ратура пленки, наносимой на поверхность листа

Очистка губок и ликвидация зазубрин

Сушка сырья Применение экс трудера с вакуумным отсосом Дополнительная поли­ровка валка

Увеличить тс мне рагу ру ламинирующего валка

Уменьшить температуру валка или применить воздушное охлаждение Проверить комплектую­щие устройства, закре­пить головку Изменить геометрию шнека, увеличить давле­ние н головке или умень­шить частоту' вращения червяка

Отрегулировать зазор и снизить давление между валками

Уменьши I ь температуру ламинирующего валка, проверить колебание температуры на поверх­ности валка и. если необ­ходимо. очистить валок изнутри

Рекомендации по устранению

«Оспины» на поверхности листа

Коробление листа

Непостоянство раз­меров листа по толщине

Тусклая поверх­ность

Плохое перемешивание материала в экструдере

Наличие влаги в исходном сырье

Низкая температура охлаж­дающих валков

Загрязненность сырья

Наличие воздуха в цилиндре экструдера

Грязь на валках

Неправильно подобрана температура охлаждающих валков

Недостаточно высокая ква­лификация оператора

Валок покрыт слоем полиэтилена высокой плотности

Низкая температура мате­риала или охлаждающих валков, недостаточный глянец

Изменить геометрию шнека, увеличить давление в головке или уменьшить частоту вра­щения шнека

Сушка сырья. Применение экструдера с вакуумным отсосом

Повысить температуру валков

Установить более тонкие сетки. Очистить головку. Улучшить подготовку материала

Изменить геометрию шнека, применить вакуумный отсос, увеличить давление ы голов­ке. уменьшить частоту врашения шнека

Очист ить поверхность ох­лаждающих валков влажной ветошью

Повысить температуру сред­него валка, увеличить или уменьшить температуру ка­либрующих валков, увели чить или уменьшить степень вытяжки; исключить сквозня­ки, проверить температуру края листа

Проверить колебание произ­водительности экструдера. Использовать более тяжелую головку

Очистить валок влажной ветошью

Повысить температуру экст­рузии или применить допол­нительные методы нанесения глянца

Кривые 2 хорошо описываются эмпирической формулой

=-с cos 2а + Z), (6.91)

где с" — относительное удлинение при разрыве для произвольных значений угла а; 536

Оказалось, что с изменением степени вытяжки и температуры жструзии меняются и значения коэффициентов; общая же зако­номерность изменения стр и сохраняется.

В монографии Фридмана [19| приведены данные исследований физико-механических свойств плоских и рукавных пленок из МЭИII. показывающие зависимость разрушающих напряжений при растяжении от степени раздува и направления ориентации.

В процессе экструзии листов и пленок возникает ряд трудно­стей, связанных с дефектами получаемых изделий, наладкой про­цесса и т. д. В табл. 6.9 приводятся наиболее распространенные виды дефектов и рекомендации по их устранению.