Описание технологии производства рукавной пленки

Полимерные пленочные материалы нашли широкое применение в различных областях техники, в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, в быту. Методом экструзии получают до 80% всех произведенных пленок.

Широкому распространению рукавной технологии в немалой мере способствует ее универсальность по виду перерабатываемых термопластов, высокая производительность технологических линий, возможность получения многослойных изделий с варьируемыми свойствами, быстрая окупаемость капиталовложений.В настоящее время возможно производство рукавной пленки толщиной от 2-3 до 1000 мкм с периметром рукава до 52 м и числом слоев до 7.

Для производства пленок в основном используются ПЭНП, ПЭВП, ПП, ПА, ПВХ, Принцип рукавной технологии состоит в следующем. Полимер поступает в экструдер, расплавляется и выдавливается из формующей головки в виде рукава, незамедлительно раздуваемого воздухом до требуемых размеров, и затем складывается в двухслойное полотно.

Рис. 1. Установка для поизводства пленки рукавным методом с приемкой рукава вверх.

Существуют три основные схемы производства рукавной пленки: приемкой раздуваемого рукава вверх (наиболее распространена), вниз и в горизонтальном направлении.

Рис. 2. Схемы производства рукавных пленок:

а - приемка раздуваемого рукава вверх; б - приемка раздуваемого рукава вниз; в - приемка раздуваемого рукава в горизонтальном направлении.

Достоинства первой схемы производства: рукав висит на тянущих валках, вследствие чего нагрузка на участок его раздувания (вблизи головки) минимальна; нагрузка на рукав от силы его веса распределена равномерно по периметру, что способствует равнотолщинности изделия; обеспечивается получение как толстых, так и предельно тонких пленок; минимальная производственная площадь. Недостатки: медленное остывание рукава по его высоте, и, следовательно, необходимость дополнительных систем охлаждения.

При работе по второй схеме возможен самопроизвольный отрыв рукава и его вытягивание. Вместе с тем рукав быстро охлаждается, что позволяет получать тонкую пленку с большей прозрачностью и дает возможность уменьшить строительную высоту установки.

Горизонтальный вариант имеет больше недостатков, чем достоинств. Раздуваемый рукав провисает, охлаждение и напряжения по его периметру становятся неравномерными. Отсюда - разнотолщинность рукава и его разнопрочность в поперечном сечении. Поэтому эту схему применяют для производства пленок с невысокими требованиями, толщиной от 0,2 мм при минимальных степенях раздува, а также из вспенивающихся и термочувствительных (ПВХ) полимеров.

Технология производства

Технологическая схема производства рукавной пленки представлена на рис. 3.

Рис. 3. Технологическая схема установки для производства пленки рукавным методом с приемкой рукава вверх:

1 - пневмозагрузчик; 2 - бункер; 3 - экструдер; 4 - формующая головка; 5 - охлаждающее устройство; 6 - кольцевой бандаж; 7 - рукав пленки; 8 - складывающие щеки; 9 - тянущее устройство; 10 - полотно пленки; 11 - ширительно-центрующие валки; 12 - режущее устройство; 13 - намоточник.

Гранулированный полимерный материал из технологической емкости пневмозагрузчиком доставляется в бункер, где происходит его окончательная подготовка (подсушка, предварительный нагрев) к переработке. Поступив в экструдер, полимер пластицируется, гомогенизируется и под давлением нагнетается в формующую головку, откуда выдавливается в виде рукавной заготовки, сечение которой определяется геометрией кольцевой щели головки. Внутрь заготовки через дорн головки при давлении 20-50 мм вод. ст. (2-4 кПа) подается воздух, под действием которого происходит раздув экструдата в поперечном направлении с образованием пленочного пузыря. Для придания раздуваемому пузырю формоустоичивости его интенсивно охлаждают обдуванием холодным воздухом через дюзы наружного охлаждающего устройства. Для стабилизации формы рукава и ускорения его охлаждения также служит кольцевой бандаж.

 

Складывающие щеки преобразуют цилиндрический рукав диаметром D в двухслойное полотно. В ряде случаев для уменьшения ширины полотна на нем формируют продольные боковые складки (фальцы) с помощью складывающего фальцовочного устройства треугольной или фасонной формы. Применение фальцовки позволяет уменьшить ширину полотна в 1,5-2 раза. Движение полотна и, соответственно, отвод рукава от головки осуществляется тянущим устройством с плавной регулировкой частоты вращения валков, один из которых или оба гуммируют. Скорость отвода рукава определяет степень продольной вытяжки пленки, а степень раздува - поперечную вытяжку. Ширительно-центрируюшие валки расправляют складки на полотне перед его разрезанием и намоткой в рулоны.

Во всех рукавных установках обязательно наличие устройств эффективного снятия с рукава и полотна статического электричества. Как правило, современные пленочные линии оснащены комплексом периферийных устройств, обеспечивающих производство различных штучных изделий из полученной пленки, например, пакетов.

 

Обязательные требования к головкам - отсутствие застойных зон, равномерное и одинаковое по длине каналов движение расплава, равномерный, без пульсаций, выход рукава с равной по периметру толщиной стенки. Конструкция головки должна обеспечивать необходимое гидравлическое сопротивление (давление до 20-30 МПа), а ее устройство - легкую установку и разборку. Материал рабочих поверхностей головки должен быть коррозионностойким.

Наибольшее распространение получили головки с центральным входом и винтовым распределительным каналом.

Рис. 4. Схема угловой рукавной головки с центральной подачей расплава.

1 - корпус головки; 2 - дорн; 3 - фильтр; 4 - мундштук; 5 - доронодержатель.

Расплав из материального цилиндра экструдера через фильтр поступает в головку снизу по угловому цилиндрическому каналу, обтекает дорн, приобретая кольцевое сечение, и затем выдавливается через формующий зазор между дорном и мундштуком. Протекая через отверстия в дорнодержателе, расплав рассекается на отдельные потоки, которые затем сливаются. Для предотвращения образования стыковых полос в местах соединения потоков расплава на дорне предусматривают спиральные распределительные каналы, турбулизующие и гомогенизирующие его.

Повышению качества пленки (равнотолщинность, отсутствие сварочных полос) способствует применение головок с вращающимися элементами. Вращающиеся головки, как правило, применяются при производстве пленок шириной 5 и более метров.

Температура головки оказывает существенное влияние на такие эксплуатационные свойства пленки, как мутность, выражаемую в процентах, и глянцевитость, оцениваемую в условных единицах. Чем больше перепад между температурой головки, равной температуре экструдируемой рукавной заготовки, и температурой окружающего пространства, тем больше в полимере раздуваемого рукава содержание аморфной фазы и, соответственно, тем прозрачнее пленка.

Раздув заготовки и образование пузыря является важнейшей технологической операцией, формирующей физико-механические и эксплуатационные свойства изделия. Параметры этой операции - степень раздува заготовки, продольная вытяжка рукава и его конфигурация в зоне раздувания.

 

Конфигурация рукава в зоне раздувания зависит от давления воздуха в рукаве, скорости его отвода от головки и от интенсивности охлаждения воздухом, поступающим из наружной охлаждающей системы. Выдавливаемый из головки прозрачный рукав на некотором расстоянии от нее мутнеет. Этот эффект наблюдается у кристаллизующихся термопластов. Условную линию, разделяющую прозрачную и непрозрачную часть рукава, принято называть «линией кристаллизации», выше которой дальнейший раздув рукава не происходит и рукав сохраняет свою цилиндрическую форму с достигнутым диаметром D.(рис. 5) На «линии кристаллизации» температура полимера равна или близка к температуре размягчения.

Рис. 5. Конфигурация рукава в зоне раздувания:

а - вытянутая; б - нормальная; в - сильно раздутая.

 

Охлаждение принимаемого вверх пузыря и его складывание в двухслойное полотно. Поднимающееся вверх тепло от остывающего рукава затрудняет его охлаждение и переход полимера в твердое состояние. Для предотвращения слипания пленки в двухслойном полотне в зазоре между тянущими валками отводящего устройства она должна быть охлаждена до температуры на 25-30°С ниже температуры размягчения перерабатываемого полимера.

Для отвода тепла от рукава используют воздушные, водяные и смешанные системы охлаждения. Воздушное охлаждение применяется для производства пленки с шириной полотна до 6000 мм. Воздух из охлаждающего кольца через дюзы направляется навстречу движению рукава. Заслонки в дюзах позволяют регулировать темп охлаждения рукава воздухом по его периметру и предотвращать как образование боковых пузырей на рукаве, так и отклонение его сечения от кругового. В отдельных конструкциях охлаждающих колец имеются устройства, направляющие воздушный поток вдоль по поверхности раздуваемого рукава.

Весьма эффективны системы с внешним и внутренним охлаждением рукава. При внутреннем охлаждении рукава воздух от вентилятора подается в раздуваемый рукав традиционно - через отверстие в дорне, а отводится через выступающую также из дорна трубку, высота которой может достигать половины высоты раздутого пузыря.

Для предотвращения самопроизвольных колебательных движений пузыря в касательном направлении применяют стабилизаторы различной конструкции, в том числе и охлаждающие в виде бандажей, концентричных геометрической оси формующего зазора головки (рис. 8.3, поз. 5).

В зависимости от вида выпускаемой продукции сложенное двухслойное полотно после тянущих валков поступает либо на обрезку кромок и перемотку в виде двух рулонов, либо на обрезку одного края, либо просто сматывается в бобины. В специальных агрегатах для выпуска пакетов, мешков и пр. пленка сматывается с бобины и попадает на узел сварки и обрезки, откуда выходят уже готовые изделия.

 

Многослойные соэкструзионные пленки

Производство многослойных пленок - перспективное направление совершенствования пленочной технологии. Использование в одном изделии, различных по свойствам пластмасс позволяет существенно расширить ассортимент пленок и область их применения и сбыта.

Принципиально технология производства пленок соэкструзией совпадает с рассмотренной выше. Отличия заключаются в следующем. Расплав в формующие головки поступает из, по крайней мере, двух экструдеров. Для обеспечения требований к равномерности свойств пленки, соэкструзионные установки оснащаются узлами сканирующего вращения не только дорна или мундштука, но и охлаждающего кольца. Как правило, в соэкструзионных головках развиваются более высокие по сравнению с традиционными головками давления. Конструкция таких головок должна обеспечивать не только высокую точность регулирования температуры (± 1,0 °С), но и возможность регулирования реологических характеристик потоков полимеров-компонентов.