1.5Влияние параметров переработки на свойства пленки
Рисунок 1.6 – Зависимость разрывного напряжения от температуры экструзии на выходе из головки. 1- продольное направление; 2- поперечное направление
Физико-механические свойства пленок (предел прочности при растяжении, предельное удлинения при разрыве, сопротивление ударным нагрузкам и т.п.) зависят как от природы и молекулярных характеристик используемого полимера, так и от характера образующейся надмолекулярной структуры, а также степени и направлении ориентации пленки. Существенное влияние на физико-механические свойства пленок оказывает их разнотолщинность. Все эти свойства зависят от режимов, при которых осуществляется экструзия, раздув, охлаждение и иные технологические операции.
На рисунке 1.6 приведена зависимость предела прочности в продольном и поперечном направлении от температуры полимера на выходе из головки при постоянной высоте линии кристаллизации.
Важными показателями оптических свойств полимерных пленок являются их светопроницаемость (прозрачность), мутность, глянцевитость.
Светопроницаемость является отношением проходящего светового потока к общему при его нормальном относительно поверхности пленки на неё падении. Светопроницаемость пленки различна для волн разной длины.
Мутность – доля падающего светового потока, рассеиваемая пленкой под углом, превышающим 2,5° к направлению падающего потока.
Глянцевитость – доля падающего светового потока, отраженная поверхностью пленки под углом 45 °.
Оптические свойства пленок определяются как наличием макродефектов (таких, как продольные полосы, местные утолщения, включения различного характера), так и особенностями образующихся надмолекулярных структур, определяемых условиями кристаллизации и эффектами, сопровождающими деформацию расплавов полимеров. Влияние свойств расплава на регулярность поверхности пленок, полученных методом экструзии, связанно, прежде всего, с явлением эластической турбуленции, на условия появления которой оказывает существенное влияние температура расплава, молекулярная масса и ММР полимера. Снижение молекулярной массы, расширение ММР, увеличение ПТР и повышение температуры расплава приводят к улучшению оптических свойств пленок, также замечено, что к увеличению глянцевитости поверхности и уменьшению мутности пленки приводит небольшое увеличение плотности полимера. Снижение интенсивности обдува и увеличение длительности охлаждения пленки вызывают повышение её мутности и ухудшение оптических свойств изделий. Это связано с возрастанием в таких условиях длительности кристаллизации и формировании в пленке более крупных надмолекулярных структур, определяющих неоднородность её строения. Однако, при слишком быстром охлаждении пленки также возможно увеличение её мутности за счет большей неоднородности получаемого при этом рукава.
Р исунок 1.7 – Влияние высоты линии кристаллизации н на глянцевитость г, мутность м и светопроницаемость Сп рукавных пленок из пэвд
С учетом того, что мутность может вызываться двумя факторами– неоднородностью расплава и образованием слишком крупных надмолекулярных структур, оптимальные показатели достигаются при двустадийном охлаждении: на первой стадии выходящий из головки полимер охлаждается медленно, что позволяет сгладится дефектам, образующимся при продавливании, на второй –расплава быстро «замораживается» у линии кристаллизации, благодаря чему формирующиеся надмолекулярные структурные образования имеют относительно небольшие.
рисунок 1.8 – Зависимость мутности М от числа оборотов шнека N при экструзии рукавной пленки из ПЭВД
размеры, сравнимые с длинной волны видимого света. В этом случае удается получать высококачественные прозрачные пленки. Для достижения такого режима охлаждения в технологическую схему вводят камеру медленного охлаждения заготовки, а на обдувочное кольцо подают охлажденный воздух. Изменение режимов охлаждения пленки можно проследить по высоте линии кристаллизации – чем она выше, тем более длительное время происходит охлаждение расплава. Влияние высоты линии кристаллизации на свойства полиэтиленовой рукавной пленки показано на рисунке 1.7
Снижение оптических свойств пленки также наблюдается при росте частоты вращения шнека, которое обеспечивает рост производительности экструдера, и, как следствие увеличение времени охлаждения полимера, ведущее в последствии к вышеописанным уже эффектам. Зависимость мутности от частоты вращения шнека показано на рисунке 1.8 [1]
Механические свойства пленок во многом обусловливается выраженностью ориентации макромолекул в продольном и поперечном направлении, которая, в свою очередь, зависит от таких технологических параметров, как степень вытяжки εВи степень раздува εР Рост степени вытяжки приводит , очевидно, к увеличению ориентации молекул в продольном направлении , рост степени раздува – в поперечном; одновременное увеличение этих показателей приводит к росту прочности и снижение относительного удлинения пленки при разрыве пленки в обоих направлениях. Влияние продольной ориентации пленки на её механические свойства показано на рисунке 1.9, а зависимость разрывной прочности от степени вытяжки – на рисунке 1.10[13]
Рисунок 1.9 – Влияние продольной ориентации пленки на её механические свойства. 1- относительное удлинение 2- прочность при разрыве
Следует заметить, что прочностные характеристики пленки также зависят и от времени охлаждения. При увеличении времени охлаждения пленки процесс образования надмолекулярных структур протекает более полно, степень кристалличности возрастает, и, как следствие, увеличивается прочность пленки на разрыв и жесткость. Таким образом, изменение параметров охлаждения, благотворно влияя на оптические характеристики, будет ухудшать механические и наоборот, поэтому оптимальный режим охлаждения выбирается исходя из предполагаемого назначения пленки и предъявляемых к ней требований.
Рисунок 1.10 – Зависимость разрывной прочностиσВот степени вытяжкиεВ в продольном (1) и поперечном (2) направлении
Одной из существенных характеристик, определяющих качество пленки, является её разнотолщинность. Для обеспечения равномерности толщины получаемого рукава необходимо соблюдение следующих условий:
Обеспечение одинаковой по всем участкам кольцевого зазора объемной скорости экструзии;
ппостоянство вязкости расплава;
ообеспечение равномерной температуры потока расплава;
ппостоянство раздувания горячей заготовки.
Разнотолщинность пленки, таким образом, зависит от множества различных параметров переработки: температуры головки, толщины формующей щели, степени раздува
Зависимость разнотолщинности пленки от толщины формующей щели показана на рисунке 1.11[13]
Так как пленка большей толщины требует большего времени на охлаждение, то при увеличении щелевого зазора, и, как следствие, толщины пленки, увеличивается, длина пластического участка рукава. Это приводит к росту вероятности влияния различных факторов на процесс охлаждения рукава, неустойчивости рукава и, как следствие, увеличению разнотолщинности в обоих направлениях. Таким образом, для достижения минимальной разнотолщинности, толщина щелевого зазора должна быть минимальна. Однако слишком низкие значения кольцевого зазора создают значительные сопротивления в головках и снижают производительность экструзии, поэтому на практике используют толщину щелевого зазора не менее 0,5 мм.