Регулирование ориентационных параметров полиэтилентерефталатных и полиэтиленовых плёнок при круглощелевой экструзии трансформируемым унифицированным формующим инструментом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат технических наук Шубин, Владимир Иванович

• Шубин, Владимир Иванович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шубин, Владимир Иванович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ

НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ И

ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЁНОК МЕТОДОМ

КРУГЛОЩЕЛЕВОЙ ЭКСТРУЗИИ.

1.1. Ориентационная вытяжка и кристаллизация.

1.2. Самоармирующиеся, многослойные и ламинированные ^ j плёнки.

1.3. Обзор конструкций экструзионных машин для получения ^ ^ ориентированных плёнок.

1 А. Влияние конструктивных и эксплуатационных характеристик оборудования на показатели качества получаемых плёнок.

1.5. Методы определения степени ориентации полимерных ^ плёнок.

2. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ И ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТНЫХ ПЛЁНОК.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ

КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФОРМУЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ НА ОРИЕНТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЁНОК.

4. ПУТИ УЛУЧШЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ ФОРМУЮЩЕГО ИНСТРУМЕНТА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕГО НЕОБХОДИМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПЛЁНОК ПРИ МЕНЬШИХ МАТЕРИАЛЬНЫХ ЗАТРАТАХ,

5. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Регулирование ориентационных параметров полиэтилентерефталатных и полиэтиленовых плёнок при круглощелевой экструзии трансформируемым унифицированным формующим инструментом»

В кинопроизводстве использование пластмасс обусловлено наличием широкого спектра функциональных показателей, определяющих конкретное их применение. В процессе развития кинотехники и смежных с ней областей производства и услуг выделяется одно из основных направлений использования полимерных материалов, которое в настоящее время и возможно в ближайшем будущем будет вне конкуренции - это носители информации (как непосредственно само изображение и звук, так и дополнительная служебная информация). В структуре распределения затрат «сквозного» кинематографического процесса основное место занимают рулонные (погонажные) кино-, фото- и магнитные материалы на полимерной основе: качество кино- и фотоизображения по параметрам «чёткость» и «резкость» [1, 2] до сих пор лучше современных цифровых методов записи и воспроизведения изображения при учёте соотношения не только цены и качества используемых носителей изображения, но и оборудования для его записи, воспроизведения и демонстрации. В настоящее время можно отметить резкое увеличение потребности в такого рода материалах с различными физико-механическими, химическими и оптическими свойствами.

Преимущественно основа кино- и фотоплёнок изготавливается га полиэтилентерефталата, хотя ещё сохранилось довольно значительное потребление кинофотоплёнок из триапетатцеллюлозы.

Полиэтилентерефталат ранее в большей степени применялся в качестве основы магнитных носителей информации для записи и хранения сигналов звука и видеоизображения [3,4].

Для получения плёнок различного назначения существуют разнообразные способы их формования [3, 5].

Основа из полиэтилентерефталата по многим показателям качества превосходит основу из триацетатцеллюлозы [3, 4], поэтому коммерческая привлекательность таких материалов (особенно за счёт уменьшения толщины основы и увеличения срока службы при сохранении остальных показателей качества носителя информации) увеличивается.

Для формования плёнок го полиэтилентерефталата используют методы плоскощелевой и круглощелевой экструзии [3].

Суть метода традиционной плоскощелевой экструзии заключается в получении из расплава заготовки в виде плёночного листа с последующим растягиванием его в долевом и поперечном направлениях - двухосной ориентацией. Основными недостатками такого метода экструзии являются: относительно малая производительность оборудования, вызванная дополнительными технологическими операциями по нагреву и термостатированшо плёночной заготовки в процессе ориентации; наличие сложных устройств, обеспечивающих продольную и поперечную ориентацию и, естественно, в конечном счете, не очень равномерная в плоскости ориентация, а следовательно, и изотропность всех физико-химических параметров.

При круглощелевой экструзии «заготовка» плёнки в виде рукава подвергается одновременному растягиванию в долевом и поперечном направлениях (то есть та же двуосная ориентация). Такой способ ориентации со всей очевидностью является более прецизионным относительно возможности реализации пространственной изотропности механических параметров плёнки; он используется при крупнотоннажном производстве всевозможных упаковочных и изолирующих полимерных плёнок из полиэтилена высокого и низкого давления, полипропилена, реже -пластифицированных поливинилхлорида, полившшлиденхлорида и др. [3, 5]. Существует ряд обстоятельств, рассмотренных ниже, которые обусловили причины отсутствия до сих пор широкого применения круглощелевой экструзии для проюводства основы носителей сигналов информации из полиэтилентерефталата.

При производстве полиэтилентерефталатных плёнок необходимо выполнить ряд требований, обеспечивающих необходимые параметры ориентации и тем самым физико-механические и оптические свойства.

Круглощелевая экструзия предъявляет особые требования к технологической оснастке, обеспечивающей одновременную двухстороннюю ориентацию. Основной принцип получения ориентированной плёнки при экструзии через круглощелевую фильеру подобен плоскощелевому способу [3], но имеет некоторые технические особенности, позволяющие уменьшить габаритные размеры оборудования, упростить настройку технологических режимов, тем самым добиться необходимого качества продукции при одновременном увеличении производительности.

Так, для увеличения прозрачности плёнки, необходимо её быстрое охлаждение после выхода из формующего инструмента (по аналогии с плоскощелевой экструзией). Обеспечивают такую скорость охлаждения, подавая расплав в воду, масло или другую охлаждающую среду. После этого плёночный рукав подогревают и производят его пневматическое растяжение с последующей термофнкацией (выдержка температуры соответствующей максимальной скорости кристаллизации), способствующей образованию стабильной кристаллической структуры и обеспечивающей тем самым необходимые параметры ориентации. В соответствии с требованиями степени прозрачности производимой ориентированной плёнки, такой традиционный способ её получения не является рациональным, поскольку при нагреве для последующей ориентации провоцируется образование складчатой кристаллической структуры в полимере, что в полной мере не компенсируется процессом ориентации.

Представляется целесообразным применить «стандартный» технологический процесс формования и ориентации, подобный процессу получения полиэтиленовых плёнок, применяемых в качестве термоусадочных упаковочных материалов. Такой подход тем более целесообразен, что полиэтиленовые молекулы более гибки и длинны, чем полиэтилентсрефталатные, Последние, строго говоря, являются олигомерными: средняя степень полимеризации не превышает 150 (у полиэтилена эта величина достигает десятков тысяч). Следовательно, Г небольшая ориентированность полиэтилена в процессе получения термоусадочных плёнок при тех же степенях вытяжки создаёт высокую!, степень ориентации полиэтилентерефталатных молекул. Ч

В этом случае формование, ориентация и термостатирование рукава плёночной заготовки будет происходить в среде потока воздуха, температуру и скорость которого необходимо регулировать исходя из требуемых характеристик ориентации.

В случае недостаточной оптической прозрачности получаемой таким образом плёнки на неё будут наложены ограничения по функциональному применению. То есть будет реализована возможность применения её в качестве основы оптически непрозрачных, малопрозрачных или отражающих носителей информации (магнитные носители звука, изображения и служебной информации, кино- и видеопроекционные экраны и др.).

Важнейшим вопросом, возгткающим при производстве продукции с необходимыми параметрами ориентации, является её экономическая составляющая - стоимость при надлежащих показателях качества. При крупнотоннажном производстве продукции небольшого ассортимента основной статьёй затрат является сырьё - 60 - 70 % от общих затрат на производство. В силу складывающейся ситуации на рынке потребления плёнок из полиэтилентерефталата возникла необходимость расширения марочного ассортимента изделий, в том числе и «ориентированных» носителей информации, при минимальных потерях сырья. Это привело к необходимости поиска усовершенствованных технологических приёмов и методик в совокупности с аппаратурным решением, быстрой и качественной установкой производственных режимов при переходе на другой типоразмер ориентированной плёнки. Такие методики должны быть применимы в первую очередь к высокопроизводительному оборудованию - в частности к круглощелевым экструзионным линиям получения ориентированной полиэтилентерефталатной плёнки, В идеальном варианте основная работа по наладке технологического режима производства должна заключаться в установке рабочих параметров экструзионной линии на основе исходных данных предполагаемого к производству марочного ассортимента плёнки. Такими данными могут быть основные функциональные показатели качества плёнок: марка полимера; ширина плёнки; толщина; величина продольной и г поперечной ориентации; физико-механические показатели [5]: прочность при разрыве; относительное удлинение при разрыве; температура хрупкости; шероховатость поверхности; мутность и др.

Однако на практике такие методики установки технологических режимов производства ориентированных плёнок практически невозможно создать в силу таких причин как непостоянство марочного ассортимента и погрешности в суперпозиции важнейших физико-химических параметров применяемого сырья [6], не учитываемых или допускаемых нормативными документами, а также недостатки в конструкции важнейших элементов оборудования для производства таких плёнок. При этом следует исходить из того, что основными регулируемыми параметрами при производстве ориентированных плёнок являются ширина, толщина, величины продольной и поперечной оринтации, - в комплексе с маркой полимера, предопределяющей основные физико-механические показатели плёнок [6]. Наиболее трудно реализуемым является регулирование параметров ориентации при сохранении других показателей качества в допустимых пределах.

Управление параметрами ориентации плёнок сводится к двум основным стадиям:

- предварительный выбор формующего инструмента, производимый на стадии подготовки предполагаемого к производству типоразмера ориентированной плёнки;

- непосредственное регулирование величины ориентации в процессе производства плёнки.

При выборе формующего инструмента, основными его параметрами являются диаметр формующей части экструзионной головки и её зазор. Но так как «номенклатура» ориентированных плёнок можег быть сколь угодно велика, то возрастает необходимость в огромном количестве типоразмеров формующего инструмента, что не рационально как с экономической, так и с технической точки зрения. Более точное регулирование параметров ориентации плёнок осуществляется непосредствешю в процессе производства и заключается, в первом приближении, в управлении температурой и скоростью кристаллизации расплава [7].

Инструментально температура и скорость кристаллизации регулируются следующими параметрами:

- производительностью экструдера;

- высотой линии кристаллизации (количеством и температурой охлаждаемого рукав воздуха);

- направлением охлаждающего воздуха (углом охлаждения);

- вращением формующей головки.

При производстве ориентированной плёнки такие параметры технологического оборудования как производительность экструдера, направление охлаждающего рукав воздуха, вращение формующей головки, определяющие температуру и скорость кристаллизации расплава, могут быть нерегулируемыми в силу функциональной достаточности (при правильном подборе их на этапе подготовки производства) и простоты конструкции. Параметры, определяющие высоту линии кристаллизации - количество и температура охлаждающего рукав воздуха, являются регулируемыми; они и определяют форму раздутого рукава, следовательно, ориентацию плёнки.

В конструкциях экструзионного оборудования многих производителей таких машин точное регулирование количества и тем более температуры охлаждающего рукав воздуха просто не предусмотрено, что обусловливает совершенно очевидные трудности при производстве ориентированных плёнок необходимого качества и, прежде всего, отсутствие стабильности технологического процесса; необходимость постоянных регулировок и настроек оборудования на заданный технологический режим; отсутствие автоматической воспроизводимости заданных показателей качества выпускаемой плёнки но определённым технологическим режимам; увеличение вероятности производства некондиционной продукции; необходимость использования высококвалифицированных работников.

Следствием всего этого является увеличение материальных затрат на производство продукции заданного качества.

Из двух ранее названных стадий регулирования параметров ориентации производимой плёнки наиболее весомой является стадия подготовки формующего инструмента, так как геометрические параметры экструзионной головки (диаметр, ширина зазора щели) влияют в большей мере на величину ориентации, чем регулировка параметров ориентации на стадии непосредственного производства. Установлено, что величину поперечной ориентации, по крайней мере при производстве полиэтиленовых плёнок, можно регулировать изменением скорости и температуры кристаллизации не более чем на 20 % [см. гл. 2], а при подборе геометрических размеров экструзионной головки в очень широких пределах, ограниченных только функциональными размерами экструзионной линии и ассортиментом выпускаемой плёнки. Показано, что при соблюдении стабильности режима скорости и температуры кристаллизации изменением геометрических параметров головки можно регулировать и ориентациониые параметры плёнок. При расширении «номенклатуры» (т.е. количества типоразмеров) ориентированных плёнок возрастает необходимость в огромном количестве вариантов формующего инструмента, что со всей очевидностью не рационально. Необходимость замены экструзионной головки при переходе на другую величину ориентации или ширину плёнки обязательно сопряжено с последующей регулировкой и переналадкой всего J ^ экструзионного оборудования, а это дополнительная трата времени и, п' соответственно, материальных средств. (\

Возникает вопрос: а можно ли с помощью относительно простых0 ^ технических приёмов обойтись минимальным количеством формующего инструмента для производства широкого ассортимента ориентированной плёнки и не только? Ответу на этот вопрос посвящена настоящая работа. \J

Научная новизна диссертации заключается в обосновании на основе существующих фундаментальных данных о физико-химической природе наиболее представительного полиэфира - полиэтилентерефталата — конструктивных параметров элементов экструзионных машин, в наибольшей степени определяющих основные физико-механические и экономические показатели качества плёнок, изготавливаемых методом круглощелевой экструзии:

- биаксиальная ориентация достигается с помощью специально разработанного инструмента, обеспечивающего возможность одностадийной реализации ориентационной кристаллизации в вязкотекучем состоянии расплаве) с получением более равномерных по изотропности и, соответственно, эффективнее и легче управляемых физико-химических параметров;

- физико-химически детерминированная возможность реализации технических приёмов «удержания» и растяжения расплава при использовании одного универсального формующего инструмента применительно к существующим экструзиониым линиям для изготовления широкого ассортимента плёнок различного назначения и размеров;

Установлено, что при круглощелевой «одновременной» плоскостной ориентации полиэтилентерефталатных плёнок степень вытяжки от 1,5 и выше уже достаточна для получения стабильных безусадочных высокопрочных систем.

Практическая значимость работы состоит в том, что на основе проведённых исследований разработан инструмент, позволяющий увеличить экономическую эффективность работы всего экструзионного оборудования: за счёт исключения операций по остановке и пуску оборудования при переходе на другой типоразмер выпускаемой плёнки; сокращения регулировочных операций, предопределяющих воспроизводимость показателей качества готовой продукции; совместимости работы формующего инструмента с механизмом нереверсивного вращения и системой стабилизации температуры охлаждающего рукав воздуха.

Для количественного определения степени ориентированности полготилентерефталатиых плёнок, что в свою очередь, определяет их основные физико-механические показатели, обоснован и применён способ, аналогичный определению величины продольной и поперечной усадки полиэтиленовых плёнок [см. гл. 1]: подобрано оборудование для определения степени ориентированности полиэтилентерефталатных плёнок;

- установлены режимы испытания образцов; увеличение скорости и качества определения степени ориентированности образцов плёнки позволяет сократить пусковой период (время выхода на номинальный режим производства) экструзионной линии;

- сокращение пускового периода позволяет снизить количество отходов, улучшая тем самым экономические показатели качества производимых плёнок.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Шубин, Владимир Иванович

Выводы.

Сравнительный анализ различных схем формования рукавных ориентированных плёнок по отличительным признакам этих схем (таблица 1.1.), свидетельствует об определённых тенденциях развития формующих инструментов.

Все рассмотренные схемы обладают существенным недостатком, обуславливающим рост стоимости оборудования и его эксплуатационных затрат, в связи с необходимостью менять формующий инструмент при переходе на другой типоразмер плёнки. Стремление ускорить процесс охлаждения плёночного рукава за счёт отвода тепла с помощью воды приводит к резкому усложнению конструкции формующего инструмента, следовательно, к увеличению эксплуатационных затрат; при этом не происходит пропорционального увеличения производительности оборудования, гак как скорости транспортирования плёнки ограничены скоростью контроля её качества, скоростью её зарядки в транспортирующий тракт, скоростью поперечной резки и намотки в рулоны, скоростью удаления воды с поверхности плёнки и др. Таким образом почти очевидно, что для снижения стоимости оборудования и эксплуатационных затрат нужно исключить использование в экструзионных линиях двух и более охлаждающих сред и применять наиболее «технологичный» приём охлаждения плёночного рукава в воздушной среде. Мало того, необходимо создать формующий инструмент, удовлетворяющий обозначенным требованиям при одновременном улучшении качества получаемой плёнки.

Кстати о качестве; об этом в проанализированных источниках говорится невнятно или вообще ничего. Между тем, главное это научится прецизионПб регулировать наиболее важные физико-механические параметры готовой плёнки, в том числе, наиболее презентативных из них -усадочность. Этот параметр необходимо либо «стремить» к нулю (ориентированные плёнки как таковые), либо стабильно соблюдать определённую величину усадочности (термоусадочные плёнки). Решению этих задач и посвящена настоящая работа.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выборе принципа формования плёночных материалов предприятия-производители проявляют изрядный консерватизм, поскольку машины н вообще - оборудование - это высокозатратные элементы производства (основные фонды) длительного использования. Единожды сконструированные и изготовленные машины «отрабатываются», многократно совершенствуются, видоизменяются и - даже при необходимости замены - для исключения каких бы то ни было расходов, воспроизводятся в принципиально неизменном виде. Так, например, дело обстоит с получением отливочных (из раствора) плёнок на основе триацетата целлюлозы, до недавнего времени так получали полившшлспиртовые плёнки, хотя другие неплавкие полимеры, например, поливинилфторид, а затем и поливиниловый спирт начали формовать экструзиоиным методом с применением так называемых «латентных» растворителей.

Однажды достигнув успеха в получении биаксиально ориентированных полиэтилентерефтачатных плёнок методом плоскощелевой экструзии с последующим последовательным ориентированием «вдоль» и «поперёк», организаторы производств по сей день не могут отойти от этой схемы, хотя в очевидно более производительном и существенно усовершенствованном оборудовании на основе круглощелевой «рукавной» экструзии могут быть успешно устранены многие довольно существенные недостатки традиционных процессов.

Рассмотрим эту «традиционную» схему. Экструдированная плёнка-заготовка полиэтилентерефталата должна приниматься на сильно охлажденный барабан с целью очень быстрого охлаждения её от температуры плавления +260 °С - до температуры шгже области стеклования +70 °С, - с целью недопущения процесса спонтанной кристаллизации с образованием кристаллов со сложенными цепями. Для проведения продольной ориентации плёнка-заготовка подвергается нагреванию до температур, довольно значительно превышающих температуры перехода в высокоэластическое состояние. Можно с уверенностью утверждать, что доказательств исключения при этом образования «спонтанных» кристаллов со сложенными цепями нет; мало того, нет никаких оснований сомневаться, что такие «неориентационные» кристаллы образуются. Нерегулярность структуры но тем же причинам усиливается и при переходе к поперечной ориентации. Что же происходит с изотропностью полученных плёнок при предлагаемой равномерной ориентированности молекул и их надмолекулярных структур в плоскости, т.е. на все 360°? Ответ один -требуемая изотропность всех физико-химических и механических параметров отсутствует. И это, как хорошо известно, подтверждается производственной практикой. Для преодоления негативных проявлений последовательно (вдоль и поперёк) ориентированную плёнку подвергают значительным вытяжкам - более чем четырехкратным в каждом направлении а это значит, что происходят «неучитываемые» процессы морфологических превращений вследствие значительного утоныиения плёнки-заготовки.

Из основных параметров, характеризующих биаксиально ориентированные по традиционной схеме иолиэтилепгерефталатиые плёнки; хорошо известными являются их прочностные показатели (прочность и удлинение при разрыве) и степень кристалличности. Последнюю обычно находят равной примерно 70 %, в то время как кристалличность исходного полиэтилентерефталата - около 40 %,. Совершенно очевидно, что при биаксиальной ориентации методом круглощелевой экструзии (из расплава) ориентированность в плоскости является более равномерной, как в отношении распределения на все 360°, так и вида морфологических (как кристаллических, так и не достигших этого морфологического состояния, но векторно-расположенных и сближенных) образований. Следовательно, и общая степень кристалличности может быть меньшей, чем это достигается в последовательных стадиях ориентации. Так оно и есть в самом деле. Необходимые результаты по прочностным параметрам и изотропности всех свойств достигаются при круглощелевом способе ориентации уже при менее чем двукратных вытяжках.

Что касается сравшггелыюго изучегшя двух в разной степени гибких полимеров - полиэтилентерефтатата и полиэтилена, - то исследования полиэтилена в сопоставимых технологических условиях (в варианте — термоусадочности) являются своего рода моделыгышг (показательными): omi определяют степень ориентированности (по величине усадки), но в конечном «выходные» физико-химические и механические параметры получаемых плёнок зависят от химической и фгаико-химическойгприроды полимеров.

При получении полиэтилентерефталатпых плёнок (и не только) методом круглощелевой экструзии одной из основных задач является удержание необходимой формы рукава. Как известно, от формы рукавной заготовки зависят ориентационные параметры плёнок, следовательно, и физико-механические свойства. Эта задача успешно решена с помощью так называемых «профильных форм» [7]. Профильные формы (часто называемые технологами по внешнему сходству «чашами») - это дополнительный элемент формующего инструмента, обеспечивающий необходимую форму рукавной заготовки в процессе вытяжки. При таком способе получения плёнки стабилизируется режим формообразования рукава как при запланированных изменениях технологических параметров (скорость вытяжки, производительность экструдера, температура и скорость охлаждающего рукав воздуха), так и при воздействии случайных внешних факторов (сквозняки, изменения температуры окружающего воздуха и др.).

Существенным недостатком решения задачи формоудержания рукава плёночной заготовки профильными формами является необходимость смены как профильной формы, так и экструзионной головки при переходе на другие типоразмеры производимой плёнки. Это сопряжено с обязательной остановкой всей экструзионной линии и последующей наладкой формующего инструмента и всего технологического режима производства.

При этом любые пуско-иаладочиые операции требуют дополнительных материальных и трудовых затрат. Таким образом, такой метод получения ориентированных пленок возможно применять только при крупнотоннажном производстве.

Для исключения влияния отрицательных факторов перехода на другие типоразмеры плёнок, а также факторов, влияющих на регулирование ориентационных свойств плёнок, предложена конструкция нового «совмещённого» формующего инструмента. При таком конструктивном решении концепция регулирования ориентационных свойств плёнок принципиально иная. Так, ранее величина (степень) ориентации регулировалась за счёт формы рукава плёночной заготовки - высоты линии кристаллизации;, новая конструкция предполагает явное использование принщпта изменения степени раздува рукава за счёт изменения диаметра формующего инструмента. Этот принцип применялся и применяется только на стадии «подготовки к производству» подбором диаметра экструзионной головки, при этом регулирование ориентационных свойств происходит непосредственно в процессе производства, что приводит к дополнительным трудовым и сырьевым затратам.

Принцип изменения начального диаметра формуемой рукавной заготовки является наиболее эффективным и прогрессивным. При этом степени раздува рукава, следовательно, величины ориентации будут ограшпиваться только функциональными размерами экструзионной линии и физико-химическими свойствами используемого полимера.

Конструкция нового формующего инструмента предопределяет возможность перехода на другие типоразмеры выпускаемых плёнок: без остановки экструзионной линии. Это принципиальна исключает дополнительные трудовые и сырьевые затраты, связанные с наладочными операциями. Также исключаются некоторые регулировочные операции, предопределяющие ранее возможные неточности регулировки, следовательно, дополнительные трудозатраты на пуско-наладочные операции.

Таким образом, формующий инструмент такой конструкции можно использовать как в крупнотоннажном, так и малотоннажном производстве. При этом стабильность качественных показателей получаемых плёночных материалов будет на уровне метода производства с помощью «профильных форм», а издержки, связанные с переходом на выпуск других типоразмеров плёнок, будут существенно снижены.

Таким образом, на основе полученных экспериментальных и теоретических данных можно сделать следующие выводы:

I. Получены изотропные ориентированные полиэтилентерефталатные плёнки при одновременной биаксиальной ориентации на экструзионном агрегате с круглощелевой фильерой; эффективная биаксиальная ориентация как полиэтилентерефталатных, так и полиэтиленовых термоусадочных плёнок достижима при соблюдении рациональных соотношений технологических параметров: температурного режима по зонам нагрева экструдера и формующей головки, скорости и температуры охлаждающего рукав воздуха, производительности экструдера, скорости вытяжки, степени раздува рукавной заготовки. Показано, что при таком способе биаксиальной ориентации для достижения требуемых механических характеристик и плоскостной изотропности достаточны более низкие степени вытяжки: 1,5 - 2,0 вместо используемых при последовательных долевых и поперечных вытяжках 4,0 - 4,5.

На примере отечественных образцов современных круглощелевых агрегатов, сконструированных по принципам, принятым большей частью известных в мире машиностроительных фирм, показаны основные недостатки:

- наличие регулировочных винтов зазора круглощелевой головки экструдера конструктивно предопределяет возможную неравномерность зазора, следовательно, разпотолтцшшость пленки по ширине и несимметричность раздутого рукава, что в свою очередь, увеличивает неравномерность намотки плёнки с торца рулона.

- реверсивное вращение экструзионной головки приводит к наличию локальных утолщений по длине рулона и к неравномерности намотки плёнки с торца рулона;

- регулирование равномерности зазора обдувочного кольца в совокупности с вращением экструзионной головки предопределяет возможность увеличения неравномерности намотки плёнки с торца рулона;

- отсутствие возможности быстрой перенастройки (смены) формующего инструмента при переходе на другой типоразмер плёнки;

- применение удерживающих корзин, уменьшающих влияние вышеназванных факторов, требует выполнения жёстких требований (минимальный коэффициент трения рукава о направляющие поверхности корзины, высокое качество обработки направляющих поверхностей, минимальное аэродинамическое сопротивление, приводящее к турбулентному движению охлаждающего рукав воздуха, минимальная трудоёмкость настройки), а выполнение последних влечёт дополнительные конструктивные усложнения, следовательно, дополнительные эксплуатационные затраты; отсутствие возможности регулирования скорости и стабилизации температуры потока охлаждающего рукав воздуха приводит к усложнению настройки технологических режимов и, в конечном счёте, к произвольному изменению с течением времени величины поперечной ориентации, ширины и толщины.

2. Показано, что существенным обстоятельством, обусловливающим дополнительные (основные - физико-механические и др.) показатели качества является производственная и потребительская культура, выходящая на более высокий уровень, при котором необходимо учитывать не только основные функциональные требования, но и требования к внешнему виду, качеству упаковки и др.

3. Установлены основные конструктивные и технологические факторы, обусловливающие качество термоусадочных полиэтиленовых плёнок и безусадочных изотропных полиэтилентерефталатных плёнок, применяемых в качестве носителей информации, получаемых круглощелевым методом экструзии.

Основными конструктивными факторами экструзиоиного оборудования, предопределяющие количественные показатели качества плёнок и стабильность этих показателей во времени являются:

- диаметр фильеры экструзионной головки;

- ширина щели фильеры экструзионной головки;

- наличие вращения формующего инструмента;

- рабочая ширина экструзионной линии (рабочая длина продольно-направляющих валов);

- диаметр и ширина щели обдувочного кольца для охлаждешш воздухом рукавной заготовки;

- система температурной подготовки воздуха для охлаждения рукава;

- высота экструзионной линии.

Основными технологическими факторами, влияющими на качество плёнок являются:

- температурный режим по зонам экструдера и формующего инструмента;

- производительность экструдера;

- скорость вытяжки (скорость вращения тянущих валков);

- скорость и температура охлаждающего рукав воздуха;

- степень раздува (диаметр рукава).

4. Разработана конструкция «универсального» формующего инструмента. «Универсальность» обусловливается совмещением (объединением) функционально составных элементов, обеспечивающих наибольшее количество функций, минимальным количеством конструктивных составляющих, В частности, объединение в один функционально составной узел формующей головки и обдувочного кольца. При производстве ориентированной плёнки (и не только) применение универсального формующего инструмента описанной конструкции и различных способов работы с ним даёт следующие преимущества:

- отсутствие регулировок величины зазора формующей щели и щели обдува рукава обеспечивает автоматическое получение плёночного рукава с допустимыми величинами разнотолщинности по ширине; при использовании механизма нереверсивного вращения формующей части обеспечивается необходимое качество намотки формируемого рулона;

- появляется возможность регулировать в гораздо больших пределах величину продольной и поперечной ориентации ориентированной плёнки без остановки и переналадки оборудования (исключение операции смены экструзионных головок);

- посредством оптимального подбора зазоров обдувочных колец и температуры подаваемого для охлаждения воздуха создаётся возможность безостановочной перенастройки оборудования на выпуск другого типоразмера плёнки;

- отсутствие операций смены эктрузионных головок, регулировок зазоров формующей и обдувочной щели исключает необходимость дополнительной наладки экструзионного оборудования, как перед пуском линии, так и в процессе её работы.

Перечисленные преимущества обусловливают сокращение экс-плуагационных и сырьевых заграт при сохранении в допустимых пределах основных показателей качества выпускаемой плёнки. Это ведёт к снижению стоимости производимой продукции и к увеличению её конкурентоспособности на «рынке».

5. Произведена адаптация известной конструкции формующего инструмента к существующим отечественным экструзионным линиям, позволяющая осуществить быструю смену (взамен старого) без дополнительных конструктивных изменений и дополнений.

6. Разработаны способы получения полимерных плёнок «универсальным» формующим инструментом, обеспечивающие различные режимы работы экструзионного оборудования в зависимости от вида выпускаемой продукции.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шубин, Владимир Иванович, 2006 год

1. Белоусов Д.А.Т Винокур АЯГ Васин М.С. Технология копирования фильмовых материалов. - М.: НИКФИ, 2003 -180с.

2. Гребенников О. Ф., Тихомирова Г. В. Основы записи и воспроизведения информации: Учебное пособие по аудиовизуальной технике. С-Пб.: 2002 - 711 с.

3. Тахаси Г. Плёнки из полимеров. Перевод с японского. JT.: Издательство «Химия», 1971 - 152 с.

4. Мелик-Степанян А. М., Проворное С. М. Детали и механизмы киноаппаратуры. ЛИКИ, 1980.

5. Гуль В. Е., Дьяконова В. П. Физико-химические основы производства полимерных плёнок: Учеб. Пособие для вузов. — М.: Высш. Школа, 1978-279 с.

6. Калинчев Э. JL, Саковцева М. Б. Свойства и переработка термопластов: Справочное пособие. Л.: Химия, 1983-288 с.

7. Мясников Г. Д. Исследование процесса получения из полиолефинов ориентированных плёнок с улучшенным комплексом свойств. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук, 1977.

8. Дувакин В.А. Кандидатская диссертация, ЛТИ им. Ленсовета, 1973.

9. Боровко В.Н. Кандидатская диссертация, ЛТИ им. Ленсовета, 1976.

10. Березняк В.Г. Кандидатская диссертация, ЛТИ им. Ленсовета, 1973.

11. Френкель С.Я. Ельяшевич Г\К. в кн.: Теория формования химических волокон. М.: «Химия», 1975 - 111с.

12. Баранов В.Г. Кандидатская диссертация. Л.: ИВС АН СССР, 1965.

13. Разработка высокоэффективных технологических процессов и оборудования для производства высокопрочных плёночных лет: из полиэтилена и внедрение их в промышленных масштабах. Л.: НПО «Пластполимер», 1987.

14. Пакет информацио!шых материалов по производству и применению полимерных материалов. М.: НПО Полимерного машиностроения «АРСЕНАЛ ИНДУСРИИ», 2001 - 43 с.

15. Смышляев А. Р. The Chemical Journal, 2002, № 4, с. 16-17,

16. Бортников В. Г. Основы переработки пластических масс: учебное пособие для ВУЗов. Л.: Химия, 1983 - 304с.

17. Плёночные полимерные материалы и их применение. Под редакцией: Л.Ф. Беньковой, И.Н Котовича, Л.: Ленинградский дом научно-технической пропаганды, 1977.

18. Производство изделий из полимерных материалов: Учебное пособие/ В.К. Крыжановский, М.Л. Келбер, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматчепко. С-Пб.: Профессия, 2004 -464с., ил.

19. Завгородний В. К., Калинчев Э. Л., Махарипский Е. Г. Оборудование предприятий по переработки пластмасс: учебное пособие для ВУЗов. Л.: Химия, 1972 - 464 с.

20. Энциклопедия Полимеров. Ред. коллегия: В. А. Кабанов (глав, ред.) и др. Т. 3 М.: «Советская Энциклопедия», 1977.