Высокопрочные ориентированные пленки и ленты из полипропилена тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, кандидат технических наук Чимэд Энхсайхан

• Чимэд Энхсайхан
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чимэд Энхсайхан

Перечень использованных сокращений и условных обозначений.

Введение.

1. Взаимосвязь свойств полимеров и параметров ориентации плёнок.

1.1 Процесс ориентационного деформирования полимерных плёнок.

1.2 Комбинированные способы ориентации полимерных плёнок.

2. Объекты и методы исследования.

3. Исследование влияния условий формования заготовки на процесс ориентационной вытяжки и свойства ориентированных плёнок

3.1 Влияние условий охлаждения экструзионной заготовки на процесс её ориентационной вытяжки.

3.2 Влияние раздува рукава заготовки на процесс её ориентационной вытяжки.

4. Исследование влияния размеров толщины заготовки на процесс ориентационной вытяжки и свойства ориентированных плёнок и лент.

4.1 Влияние размеров заготовки на процесс ориентационной вытяжки.

4.2 Влияние толщины заготовки на процесс ориентационной вытяжки.

5. Исследование влияния предварительной деформационной модификации заготовки на процесс ориентационной вытяжки и свойства ориентированных плёнок и лент.

5.1 Влияние предварительного одноосного растяжения на процесс доориентации лент

5.2 Влияние предварительного двухосного растяжения на процесс доориентации лент.

5.3 Влияние предварительной прокатки на процесс ориентации и доориентации лент

6. Исследование процесса термофиксации ориентированных лент. 99 Заключение. 104 Список использованных литературных источников.

Перечень иеиользованиьгж сокращений и условных обозначений.

АРП - агрегат для производства рукавной плёнки ;

6 - толщина пленки;

Кр - толщина краевого (поверхностного) слоя плёнки

8К - толщина края плёнки ;

5е - толщина середины плёнок ;

30 - исходная толщина заготовки ; сгр - прочность при растяжении ;

8р - относительное удлинение при растяжении ;

К - кратность вытяжки;

Ки - максимальная (предельная) кратность вытяжки плёнок;

КоДмО - кратность вытяжки заготовки ;

КьКм1 - кратности исходной ориентации заготовки ;

К'2ДХ12 - кратности доориентации;

Кщ - кратность естественной вытяжки в "шеечной" части образца;

Кр - кратность раздува рукава ; т - температура;

То - температура прокатки заготовки ;

Тх - температура ориентации заготовки ;

Т2 - температура доориентации ориентированной плёнки

Тт - температура термообработки плёнки ;

Тт - температура термообработки плёнки ; тт - время термообработки ; р - плотность плёнки ; рм - плотность матрицы в газонаполненной плёнке ; м - масса образца;

Дп - двойное лучепреломление ;

Дпм - максимальное (предельное) значение двойного лучепреломления ; Н - ширина плёнки ;

Но - исходная ширина заготовки ;

Нкр - ширина краевого участка плёнки с переменной толщиной ; Ь - длина заготовки ;

Ь0 - исходная рабочая длина заготовки ;

Ькр,Ькро - протяженность краевого участка плёнки, заготовки вблизи тянущего зажима (валка) ; Б - относительная степень ориентации ;

П - пористость плёнки ;

С - коэффициент сужения плёнки ;

Срасч. - расчетное значение коэффициента сужения плёнки У - коэффициент утоныпения плёнки ;

Урасч. - расчетное значение коэффициента утоныпения плёнки;

Ус - коэффициент усадки плёнки ;

Ркр - усилие прокатки ;

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Высокопрочные ориентированные пленки и ленты из полипропилена»

Актуальность работы: Ориентированные пленки из полипропилена находят в настоящее время широкое применение в производстве электроизоляционных, конденсаторных, сельскохозяйственных, полиграфических материалов. Однако основными по объему применения являются упаковочные пленки и ленты для мешков из полипропилена. Спрос на эти изделия постоянно растет во всем мире и, в частности, в Монголии. Одновременно растут и требования к их качеству. Наиболее важной является проблема улучшения прочностных показателей пленочных материалов при одновременном снижении их толщины, а, следовательно, уменьшения материалоемкости изделий из них. Наиболее перспективным путем решения этой проблемы является совершенствование приемов и методов ориентационной вытяжки, так как оптимизация технологических процессов уже достигла возможных пределов. Наиболее перспективными направлениями этого совершенствования можно считать физическую модификацию пленок на стадии формования заготовок, включающую в себя различные приемы охлаждения и прокатку экструдированной пленки, а также доориентацию уже ориентированных (одноосно- и двухосно-) пленок и лент.

Цель работы: Данная работа посвящена совершенствованию технологической схемы производства высокопрочных полипропиленовых пленок и лент и оптимизации технологических параметров процессов на всех стадиях их изготовления, включающих формование экструзионной заготовки; предварительную обработку заготовки перед ориентационной вытяжкой; ориентационную вытяжку заготовки оптимальных размеров; модификацию ориентированных пленок и лент;

Научная новизна работы: состоит в следующем:

Установлено, что при ориентации пленок различной ширины и длины благодаря поперечному сужению образуются кромки определенного размера с большей степенью ориентации цепей, чем центральная часть. Структура центральной части имеет меньшую ориентацию макромолекул из-за трансверсального воздействия на нее со стороны кромок.

Определено, что наибольшая степень ориентации цепей полипропилена и прочность пленок достигается в случае последовательной, двухэтапной вытяжки с промежуточной разгрузкой и паузой между этапами, благодаря релаксации перенапряженных участков цепей. Наилучший эффект достигается когда кратность вытяжки первого этапа значительно превышает кратность последнего.

В случае "глубокой" перестройки структуры пленок, особенно при предельных кратностях вытяжки, различия в механических характеристиках пленок ПП, получаемых при медленном (высоко кристаллические) и быстром (низко кристаллические) охлаждении рукавной заготовки, незначительны.

Показано, что с уменьшением толщины исходных изотропных пленок ниже 50 мкм величина двойного лучепреломления ориентированных пленок (при одних и тех же кратностях вытяжки) возрастает. Это связано с возрастающей ролью приповерхностных слоев (3-4 мкм) имеющих повышенную плоскостную ориентацию цепей.

При одноосной ориентации исходных пленок имеющих двухосно ориентированную структуру и пленок с большой ориентацией в поперечном направлении вследствие кардинальных перестроек структуры при окончательной вытяжке не происходит существенного увеличения прочности пленок.

Практическая ценность работы.

Установлено, что из широкого спектра возможных способов получения ориентированных лент наилучшим является последовательный двухэтапный способ. Определены оптимальные температурно-скоростные режимы, а также общая величина вытяжки 17-19, причем кратность вытяжки первого этапа должна быть не менее 10-13.

Показано, что для получения высокопрочных лент из полипропилена можно использовать имеющиеся в промышленности наиболее экономичные способы получения рукава - экструзия с воздушным охлаждением. Установлены условия получения лент с пониженной плотностью, декоративными световыми свойствами благодаря образованию микро расслоений в процессе ориентации.

В результате проведенных исследований обоснована оптимальная схема изготовления высокопрочных ориентированных полипропиленовых лент для изготовления тканных полимерных мешков. Оптимизированы и согласованы технологические параметры различных стадий процесса, что позволило повысить прочность пленочного материала на 30-35 % в сравнении с существующими прототипами. 8

Апробация работы : Основное содержание и отдельные положения работы докладывались на международной научно-технической конференции "XXVI Гагаринские чтения" в Российском государственном технологическом университете им. К.Э. Циолковского, 2000 г.

Публикации : По материалам диссертации имеется 3 публикации.

Структура и объем работы : Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературных источников. Работа изложена на 116 стр. и содержит 44 рис., 3 таблицы, и библиографию из 95 ссылок.

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Чимэд Энхсайхан

Заключение

В данной работе многостадийный процесс изготовления высокоориентированных полипропиленовых лент был проанализирован с учетом взаимосвязи различных этапов модифицирующего воздействия : от формования заготовки до термофиксации готовой ленты. В результате было установлено следующее :

1 .Установлено, что при ориентации пленок различной ширины и длины благодаря поперечному сужению образуются кромки определенного размера с большей степенью ориентации цепей, чем центральная часть. Структура центральной части имеет меньшую ориентацию макромолекул из-за трансверсального воздействия на нее со стороны кромок.

2. Влияние на процесс растяжения полипропиленовых заготовок жестких тянущих зажимов (валов) проявляется в неоднородности изменения формы заготовки. Влияние зажимов (валов), ограничивающих поперечное сужение, распространяется на расстояние равное Ь1ф=Н0хК/2 (Но - исходная ширина заготовок^ К -кратность растяжения).

3. Установлено, что благоприятные условия для ориентации создаются при расстоянии между тянущими зажимами превышающем Ькр=Н0хК/2 и шириной заготовки менее 2Нкр<15-^20 мм.

4.Режим охлаждения экструзионной установки, а так же кратность раздува рукава мало влияют на прочностные свойства предельно ориентированных лент.

5. Наиболее эффективным модифицирующим деформационным методом воздействия на полипропиленовые пленки является предварительное одноосное растяжение. Максимальное упрочнение лент достигается при до ориентации предельно ориентированных на первом этапе заготовок. Предварительное двухосное растяжение и прокатка пленок менее эффективны при дальнейшей до ориентации, так как суммарные предельные кратности этих комбинированных способов ориентации уступают величинам предельных суммарных кратностей до ориентации одноосно растянутых заготовок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чимэд Энхсайхан, 2000 год

1. Власов С.В., Кулезнев В.Н. Ориентированное состояние полимеров., Химия, Знание, 1987, 5,с.42.

2. Аскадский А.А. Деформация полимеров, М., Химия, 1973,с.272.

3. Atkinson A. High-strength Polymer, Metal Forum., 1984,p.131-145.

4. Гуль В.E., Кулезнев В.Н. Структура и механические свойства полимеров, М., Высшая школа, 1995,с.352.

5. Бартенев Г.М., Зеленев Ю.В. Физика и механика полимеров, М., Высшая школа, 1983, с.278.

6. Перепелкин К.Е. Физико-химические основы процессов формования химических волокон, М., Химия, 1978,с.320.

7. Уорд И. Механические свойства твердых полимеров, М., Химия, 1975,с.356.

8. Сверхвысокомодульные полимеры. Под ред. Чиффери А., УордаИ., Л., Химия, 1983, с.270.

9. Ориентационные явления в растворах и расплавах полимеров. Под ред. Малкина А.Я., М., Химия, 1980, с.277.

10. Бартенев Г.М., Валишин A.A. К теории ориентационной вытяжки аморфных полимеров, Механика полимеров, 1971, 6, с. 10211025.

11. Козлов П.В., Кабанов В.А. О развитии одноосной деформации в ПЭТФ-пленках, Высоком. Соед., 1959, AI, 2, с.324-328.

12. Peterin A. Drawing and extrusion of semi-crystalline polymers, Colloid. And Polyrn. Sei., 1978, 5, p.357-382.

13. Волынский А.Л., Бакеев Н.Ф. Высокодисперсное ориентированное состояние полимеров, М., Химия, 1984, с.232.

14. Власов C.B. Диссертация на соискание ученой степени доктора техн. Наук., МИТХТ, 1989, с.311.

15. Бартенев Г.М. Структура и релаксационные свойства эластомеров., М., Химия, 1979, с.38.

16. Polypropylen, ed. I.Karger-Kocsis, London, p.20-30.

17. Власов C.B., Блидарева Г.П. Влияние режимов ориентации на теплофизические и эластические свойства ПЭТФ пленок, Пластмассы, 6,1996, с.28-30.

18. Власов C.B., Блидарева Г.П. Взаимосвязь степени ориентации, кристалличности и KJITP ПЭТФ пленок, Пластмассы, 3, 1998, с.20-22.

19. Власов C.B., Кулезнев В.Н. О некоторых особенностях взаимосвязи физико-химических и технологических параметров ориентации ПЭТФ плёнок. ВМС. 1983 А XXV, № 11, с.2357-2366.

20. Виноградов Г.В., Малкин А.Я. Реология полимеров. М.; Химия, 1977, с.438.

21. Власов C.B., Кулезнев В.Н., Марков A.B. Взаимосвязь гибкости макромолекул с энергией активации вытяжки термопластов. Высокомолекулярные соединения. A-XXVI, № 10,1984, с.2143-2148.

22. Притыкин П.Л., Аскадский A.A., Гальперин Е.Г. и др. О возможности оценки термодинамической гибкости макромолекул по энергии когезии их сегментов. Высокомолекулярные соединения, 1985, А27, № 1, с.24-27.

23. Ван Кревелен Д.В. Свойства и химическое строение полимеров., М., Химия, 1976, с.414.

24. Берштейн В.А., Егоров В.М. Общий механизм ß-переходов в полимерах., Высокомолекулярные соединения, 1985, А27, №11, с.2440-2450.

25. Берштейн В.А., Егоров В.М., Степанов В.А. Об основном сегменте движения цепей в полимерах., Доклады АН СССР, 1983,- 269, № 3, с.627-630.

26. Френкель С.Я., Ельяшевич Г.К. Проблемы прочности полимеров, Межвузовский сборник, Л., Наука и техника, 1986, с. 12-27.

27. Лайус Л.А., Кувшинский Е.В. Прочностные свойства ориентированных аморфных полимеров в связи с их строением ., Механика полимеров, 1967, № 3, с.455-460. *

28. Susuki Akihiro, Oikawa Hidetoshi. New interpritation for stress-strain behavior of rubber vulcanizates., J.Macromol. Soi., 1984-1985, В 23, № 4, 6 , p.535-537.

29. Furukawa J., Ohdioh. Unsolved problems in rubber elastics. Int. Rubber Conf. Kyoto. OCT. 15-18, 1985, S.I. 1985, p.371-375.

30. Warol J.M. The role of molecular networks and thermally activated processes in the deformation behavior of polymer. Polym. Eng. and Sci., 1984, 24, № 10, p.724-736.

31. Мерахан В.А., Мясникова П.П. Надмолекулярная структура полимеров. Л., Химия, 1977, с.288.

32. Balta Calleja F.J., Peterlin A.I., Macromol Sci., Phys., 1970, Bd., 242, p.519-540.

33. Андрианова Г.Л., Каргин В.А. К теории образования шейки при растяжении полимеров., ВМС., 1970, А12, № 1з с.3-9.

34. Peterlin A. Mechanical and transport properties of draws semi-oristaline polimers. Strenght and stiffenes Polym. New York; Basel. 1983, p.97-187.

35. Wunderlich B. Macromolecular physics. U. L., IV. K., London, Academic Press, 1973, p.600.

36. Пат.США N 4620956, В28 В11/ 16 (264/145) Process for preparing microporous PE film, Homor Edward, 1986.

37. Lang B. Crazing in PP/Polym.Eng and Sci, 1985, 25, N 2,p.98-104.

38. Заявка Японии N 67-117951, В 32 B5/10. Пористость ПП пленок для процессов фильтрации и сепарации, Окамура Киенабу, Синдро Мидзуе.

39. Заявка Японии N 56-109628, С08 9/00. Пористая ПП пленка/ Амидзима Кэндзи, Кукурибаяси Масабуми, 1981.

40. Вытяжка роликом пленок из ПЭТФ, Кобунси ромбунсю, 1986, 43, 1, с.25-30.

41. Энциклопедия полимеров, М., т.1, 1974.

42. Пахомов П.М., Шаблыгин М.Д., Ориентационное упрочнение гибко- и жесткоцепных полимеров, Высоком. Соед., 1982, АХХ1У, 5, с. 1020-1026.

43. Перов Б.В., Ориентированные термопласты. Под ред. ТростянскойЕ.Б. М., Химия, 1975, с.11-141.

44. Guerra G., X-ray analysis on imoritnted and oriented samples of PP/Macromol. Chem. Rapid Commun., 1985, 6,8, p.573-575.

45. Tino G, Study of molecular mobility in PP by spinprobe method//Chem.Pap.(CSSR), 1986, 40, 4, p.419-426.

46. Берштейн B.A., Егоров B.M., Общий механизм (3-перехода в полимерах, Высоком. Соед., 1985, А 27, 11, с.2440-2450.

47. Kobayashi J., Dichroism of an ideally oriented polymer chain// J.Appl.Polym.Sci., 1967, 11, p.2507-2514.

48. Sawatary С., Elastic Modules of PP in the crystal chain direction as measured by X-ray Difraction// Macromolecules, 1986, 19, p.2653-2656.

49. Cannon C., Orientation processes in the drawing of dry gel films of PP and PE//Polym., 1986, p.l 123-1128.5 2. Упругие свойства при сдвиговой деформации высокоориентированного ПП, Бадаев А.С., Доклады АН СССР, 1985, 285. 3, с.640-642.

50. Unwin A., The determination of molecules orientation//Polymer, 1985,26, 11, p.1605-1610.

51. PP sheets, Melinte S.//Bul.Inst.Polyt., 1981, Sec.7, 27, p.ll16.

52. Baldrian I., X-ray study of fibrillation of PP foils//Morph.Polym. 17th Tur.Conf.Macrom.Phys., Prague, 15-18,1985, p.79.

53. Бронников C.B., Веттегрель В.И., Высоком. Соед., 1981, Б 23, 2, с.97.

54. Liu Tuo-Min, Plastic deformation of PP//Polym., 1986, 27, 2,p.247-249/

55. Jang В.,Crazing in PP//Polym.Eng.Sci., 1985, 25, 2, p.98104.

56. Polypropylene-Verarbeitung, G.Menges, I.Nordmeier//Kunst.-Plast., 1984, 31,6, p. 17

57. Фридман M.JI., Технология переработки кристаллических полиолефинов, М., Химия, 1977, с.399.

58. Ultra-high strength and ultra-high modulus fibers from polyethelene, Marichin V.//Polym.Bull., 1984, 12,4,p.287-292.

59. Авторское свид. 1303599 СССР МКИ С08 5/18. Способ получения одноосноориентированной пленки из ПЭВП, Чанн Л.А., Мясников Г.Д. N 3843452/23-05. Заявл.11.01.85. Опубл. Б.И. 1987.

60. А.С. 1281439 СССР МКИЗ В 29 Д 7/00. Способ получения одноосноориентированной пленочной ленты, Ганн Л.А., Мясников Г.Д.- N 3843453/ 23-05. Заявл. 11.01.85. Опубл. Бюлл. 1//Открытия.Изобретения. 1987.

61. Пат.3891737 США, МКИЗ В29С 17/02.Marsh А. Заявл. 21.11.73., Опубл.24.-6.75.

62. Заявка 51-114474 Япония МКИЗ В 29 Д 7/34, НКИ 25(5) К 411. Продольная вытяжка ПЭТФ пленки /Муто Йосихико, Кото Мицуо 50-39052. Заявл. 02.04.75. Опубл. 08.10.76.

63. Заявка 56-78942 Япония МКИЗ В 29 Д 7/24. Ориентированная в продольном направлении ПЭТФ лента для упаковки/ Юн Ресуке, Кумэ Кэйсукэ 55-26885. Заявл. 30.11.79. Опубл. 29.06.81.

64. Бартенев Г.М., Зуев Ю.С., Прочность и разрушение высокоэластичных материалов, М., 1964.

65. Гуль В.Е., Прочность полимеров, М., 1984.

66. Барамбойм Н.К., Механохимия высокомолекулярных соединений, М., Химия, 1971, с. 130.

67. Gent A., Plastic deformation of crystalline polymers/ZPolym.Eng.Sci, 1986, 26, 4, p.285-289.

68. Duckett R. Polymer microstructure and deformation process//Int.Metal Rev., 1983, 28, 3, p.158-187.

69. Никитин Ю.В., Шляхова Т.Г. Влияние свойств листов и кратности их одноосной вытяжки на свойства термоформованных изделий//Пластмассы, 1984, 9, с.24-26.

70. Берштейн В. А. Кинетика деформации и межмолекулярное взаимодействие в стеклообразных полимерах//Высоком. Соед., 1980, АХХП, 10, с.2246-2251.

71. Ricco Т., Smith Т., Rejuvenation and physical aging of PC films subjected of finite tensile strains/ZPolym., 1985, 26,13, p.1979-1984.

72. Упрочнение термопластичных пластмасс при обработке типа холодная прокатка быстрый отжиг/Machida Тет1шт//Сосэй то како, 1984, 25, 278, с.206-213.

73. Kaito Akira, Nakayama Kazuo.Способ получения листов высокомодульного цЬлипродилена вытяжкой между валками/УКобунси ромбунсю., 1985, 42, 4, р .231-239.

74. Zachariad^s А-, Porter R. High modulus polymers //Polyp.^<prs, 1987, 12, 5, p.138-139.

75. Kato Abira, Nakayama K., Roller drawing of PE//JAppl.Polym.Sci, 1985, 30, 12, p.4591-4608.

76. Gillet J., Verney V., Calandrage du PP//Eur.Polym.J., 1984, 20, 8, p.773-77'8.

77. Oh Hie-Poung, Kim Buing. The effect of rolling jrientation on the transition in PC fracture//Polym.Eng.Sci, 1986, 26,18, p.1290-1292.

78. Moфhology and transport parameters of cold-rolled low-density РЕ/ Candia F.// J.Macromo.Sci., 1986, В 25, 3, p.365-378.

79. Ярцев В.П., Минкин Е.В., Повышение работспособности нагруженных деталей из термопластов предварительной обработкой давлением/ЯТластмассы, 1984, 8, с.38-40.

80. Vokrouhlechy I. Preparation of oriented РЕ structure by means of cold rolling with sequent drawing//Moфh.Phys.Macr., Prague, 1985, p.27-1-2.

81. Маликов А.Г., Маликова Е.Г. Исследование процесс формования пленки при совмещении прокатки с вытяжкой/ЛТроцессы и аппар. Произ. Полим. Мат., Тез. Докл. Всесоюзной научно-техн. Конф., 1986, М.,т.2, с.24.

82. Заявка Японии 57-210827 Япония, МКИ 3 В 29 Д 7/24. Изготовление листовых материалов/Накагава Коити, 56-95208, Заявл. 22.06.81. Опубл. 24.12.82.

83. Заявка Японии 56-33934 Япония, МКИ 3 В 29 Д 7/24. Листы из прокатанного полипропилена/Накагава Коити, 54-109665, Заявл. 30.08.79. Опубл. 24.12.81.

84. Пат. Японии 55-17694 Япония, МКИ 3 В 29 Д 7/24. Способ прокатки листов или пленок из термопластичных смол/Камитани Такэси, Ядзаки Кацуя, 54-109665, Заявл. 30.08.79. Опубл. 24.12.81.

85. Заявка Японии 53-77277 Япония, МКИ 3 В 29 Д 7/24. Непрерывная пленка на основе аморфного ароматического полимера/Фукусима Нобуэ, УэмараЮкива, 54-109665, Заявл. 30.12.76. Опубл. 8.07.78.

86. Пат. 1417970 Великобритании , МКИ 3 В 29 Д 7/20, НКИ В 5 В. Processes and means for producing of treating films of plastics material/McMeekin S. 589071, Заявл. 18.12.71. Опубл. 17.12.75.

87. Пат. Японии 57-55584 Япония, МКИ 3 В 29 Д 27/00. Пористые пленки на основе полипропилена./Камитани Такэси, Ядзаки Кацуя, 49-44906, Заявл. 30.03.74. Опубл. 25.11.82.

88. Пат. 1594493 Великобритании , МКИ 3 В 29 Д 7/24, НКИ В 5 В. Improvments in the stretching of polymeric films/ Wright S. 25839/77, Заявл. 21.06.77. Опубл. 30.07.81.

89. Волынский АД., Б&кеев П.В., Высокодисперсное ориентированное состояние полимеров, М., Химия, 1984, с.232.116

90. Власов C.B., Ольхов A.A. Влияние прокатки на свойства полистирольной пленки / Пластмассы, 6, 1996, с.40-42.