Курсовая работа: Деформационные способы получения полимерных пленок
Однако преимущества непрерывного процесса могут быть реализованы лишь при длительном выпуске пленки одной рецептуры, а получение широкого ассортимента пленок различной рецептуры возможно лишь по более гибкой технологической схеме.
Гомогенизированный и пластифицированный материал еще горячим подается в зазор первой пары валков каландра. В отличие от вальцевания материал при каландровании проходит через зазоры валков каландра однократно, с одновременным уменьшением толщины и увеличением ширины полотна. Зазоры между валками каландра и скорость регулируют таким образом, чтобы из последнего зазора выходила пленка заданной толщины и ширины. Внутренние слои материала в начале движения подвергаются действию сил выталкивания, но затем вовлекаются в зев валков каландра благодаря силам трения. Разность скоростей отдельных слоев материала вызывает значительную деформацию сдвига и способствует пластикации материала.
Достигшая максимального значения скорость средних слоев в момент прохождения зазора затем уменьшается вплоть до скорости валков, в результате чего увеличивается толщина выходящего из зазора полотна. Это связано с материальным балансом процесса, так как если материал в зазоре движется со скоростью, скажем, вдвое превышающей скорость валков, то при постоянном расходе в единицу времени (производительности) толщина поступающего полотна должна быть вдвое больше величины зазора. Утолщение полотна по выходе из зазора обусловлено также обратимой высокоэластической деформацией, которая зависит от реологических свойств материала.
Выносной валок позволяет избежать пульсации производительности, поддерживая избыток материала в зазоре первой пары валков. Основными параметрами процесса являются температура валков, скорость их вращения, величина зазора и коэффициент фрикции.
Чтобы обеспечить прохождение материала от загрузочного до калибрующего зазора, последовательно повышают температуру валков либо (при постоянной температуре) увеличивают скорость валков по ходу движенья материала, создавая фрикцию в зазоре в пределах от 5 до 30% от скорости валков. Величину фрикции устанавливают опытным путем, исходя из свойств материала, скорости процесса и заданной толщины пенки. Для получения равнотолщинной пленки Максимальной ширин очень важно соблюдение постоянной температуры по всей длине рабочей поверхности валков.
Конструкцией каландра предусматривается компенсация прогиба валков, влияющего на точность поперечного сечения готовой пленки. Основными способами компенсации прогиба валков являются бомбировка, перекрещивание валков (рис.4). При бомбировке валки имеют не цилиндрическую форму, а несколько бочкообразную. Метод бомбировки пригоден лишь в узко специализированных каландрах для одного вида композиции и определенного размера пленки, так как изменение состава материала, режима переработки и толщины полотна влияет на величину распорных усилий и, следовательно, ведет к изменению прогиба валка. Кроме того, должна учитываться величина распорных усилий в каждом из зазоров по ходу движения полотна. Поэтому, например, в трехвалковом каландре верхний валок должен быть бочкообразным, средний - цилиндрическим, а нижний — корсетным (слегка вогнутым к центру) для компенсации прогиба среднего валка вниз. Величина бомбировки невелика и составляет 0,3—0,4 мм для бочкообразных и 0 1 мм для корсетных валков.
Перекрещивание валков увеличивает зазор по щелям в результате поворота внешнего калибрующего валка в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, проходящей через центр валка. Недостатком метода является смещение формуемого полотна, так как деформация сдвига направлена перпендикулярно движению материала и перекрещивание валка увлекает материал в, сторону.
При контризгибе валков искусственно создают изгибающий момент, противоположный по знаку изгибающему моменту от распорного усилия, прикладывая к концам калибрующего валю а внешнюю силу с помощью специальной гидравлической системы. 3. го позволяет регулировать величину и направление сил контризгибах в соответствии с условиями каландрования.
В современных каландрах используют бомбированные валки в сочетании с перекрещиванием или контризгибом для корректировки толщины пленки при изменении рецептуры или режима процесса.
Увеличение линейной скорости отборочного валка, установленного за каландром, приводит к дополнительной продольной ориентации пленки.
Рис 4. Основные способы компенсации прогиба валков
Для обеспечения безопасности персонала каландры снабжены аварийным выключателем и предохранительной сеткой.
Температура валков, на которых пленка охлаждается, устанавливается в соответствии с типом формуемой пленки. Поскольку в пластифицированном материале процесс релаксации проходит быстрее, для мягких пленок допустима большая скорость охлаждения и более низкая температура охлаждающих валков, чем для жестких пленок. «Замораживание» остаточных напряжений при быстром охлаждении жесткой пленки ведет к нестабильности размеров и ухудшению свойств пленки.
Непрерывное измерение толщины пленки осуществляют контактными или бесконтактными методами. Наибольшее распространение получили бесконтактные толщиномеры емкостного и радиационного типа. В толщиномерах емкостного типа пленка проходит между двумя изолированными пластинами, служащими обкладками конденсатора, емкость которого зависит от толщины слоя диэлектрика. Измеряя емкость конденсатора, определяют толщину пленки. Радиационный бесконтактный метод основан на применении изотопов — источников fl-излучения. Изменение толщины пленки, проходящей между ампулой с изотопом и ионизационной камерой, регистрируется по изменению интенсивности потока излучения. Система обратной связи обеспечивает заданную толщину пленки путем регулирования зазора через исполнительный механизм, соединенный с радиоизотопным толщиномером.
Так как радиоизотопные толщиномеры оценивают толщину по величине массы на единицу поверхности проходящего полотна, они особенно полезны при измерении толщины тисненых пленок.
После обрезки кромок пленка поступает на намотку. Во избежание складкообразования перед намоточным устройством устанавливаются ширительные валки.
Разновидностью каландрового способа является получение пленок и листов из поливинилхлорида на кашировальной машине (типа Циммера), используемой обычно для производства комбинированных материалов (рис.5). Машина, по существу, представляет собой двухвалковый каландр. Термопластичный материал в виде гранул, сухой смеси или пасты, попадая в зазор между двумя нагретыми валками, плавится и формуется в непрерывный лист или пленку. При нанесении покрытия оба плавящих валка имеют одинаковую температуру и пленка прилипает к валку, имеющему несколько большую скорость вращения, откуда под давлением переходит на подаваемое полотно основы. Образовавшийся комбинированный материал (ламинат) проходит через зазор между обрезиненным 3 и металлическим полированным либо гравированным валком 4. Температура плавящих валков определяется температурой размягчения используемых термопластов.
Как и при обычном каландровании, выбор термопластичного материала для производства индивидуальной пленки ограничен способностью полимера плавиться в широком температурном интервале и сравнительно легко сниматься с валков. Композиции поливинилхлорида, удовлетворяющие этим условиям, должны быть тщательно смешаны и подвергнуты предварительной пластикации до их поступления на машину. Операции смешения и пластикации композиций могут быть реализованы по месту производства поливинилхлорида. В этом случае питание машины осуществляется гранулированным материалом. В последнем случае плавящий валок 2 имеет более низкую температуру, чем валок /. Максимальная температура валка / ограничена возможностью беспрепятственного снятия пленки. На практике температура этого валка на 20—40° выше, чем валка 2. Если разность температур выше 40°, пленка начинает прилипать к более нагретому валку. При этом температура плавящего валка 2 повышается от контакта с более горячим валком 1, что и затрудняет снятие пленки.
Для композиции поливинилхлорида с 30% пластификатора примерная температура валка / составляет 195° С, валка 2 — 170° С.
Рис.5. Схемы получения пленки (а) и комбинированного материала (б) на кашировальной установке: 1,2 — плавящие валки; 3 — обрезиненный отборочный валок; 4 — отделочный валок (полированный, хромированный или гравированный); 5 — барабан для предварительного подогрева основы; 6 — охлаждающий барабан; 7 — обрезка кромок; 8 — намотка; 9 — подача основы для покрытия.
В последнем случае плавящий валок 2 имеет более низкую температуру, чем валок /. Максимальная температура валка / ограничена возможностью беспрепятственного снятия пленки. На практике температура этого валка на 20—40° выше, чем валка 2. Если разность температур выше 40°, пленка начинает прилипать к более нагретому валку. При этом температура плавящего валка 2 повышается от контакта с более горячим валком 1, что и затрудняет снятие пленки. Для композиции поливинилхлорида с 30% пластификатора примерная температура валка / составляет 195° С, валка 2 — 170° С.
В начале процесса оператор производит подрезку материала вдоль плавящего валка и подает полотно через направляющий валок в зазор между обрезиненным валком 3 и отделочным 4. Направляющий валок служит для удаления воздуха. С этой же целью поддерживают постоянный интервал между плавящим и обрезиненным валками. go избежание нагрева последний увлажняется с помощью валка, расположенного снизу. Для отделки гравированным или полирующим валком лист поддерживается в нагретом состоянии с помощью инфракрасных излучателей. Дополнительные ширильные валки способствуют намотке пленки без складок.
Таким методом можно получать пленки из жесткого и пластифицированного поливинилхлорида по рецептуре, принятой для каландрируемых пленок, в интервале толщин от 0,05 до 0,2 мм. Скорости процесса зависят как от толщины пленки, так и от состава композиции и составляют приблизительно от 6 до 12 м/мин для пластифицированного и от 3 до 10 м/мин для жесткого поливинилхлорида. Материал большей толщины может быть получен по схеме ламинирования с использованием предварительно полученной пленки в качестве основы.
В обычно используемый суспензионный поливинилхлорид при повышении скорости процесса или увеличении толщины пленки рекомендуется вводить некоторое количество эмульсионного полимера и применять более активные пластификаторы. При производстве пленки из жесткого поливинилхлорида добавки поливинилацетата или эпоксидированного соевого масла (в качестве стабилизатора) способствуют снижению температуры текучести полимера. Во избежание прилипания пленки к валкам в состав всех композиций следует вводить 0,2 вес. ч. стеариновой кислоты.
Преимущества метода заключаются в его сравнительной простоте, получении пленки хорошего качества с меньшей ориентацией и лучшими механическими свойствами по сравнению с пленкой, отформованной на каландре.
Технология производства поливинилхлоридных пленок, производимых деформационным способом
Несмотря на перспективность метода экструзии для переработки композиций поливинилхлорида, большая часть их перерабатывается в пленку каландровым методом. Для получения пленок используют композиции на основе суспензионного поливинилхлорида марок С-70 или С-65.