Раздув , вытяжка и охлаждение заготовки-рукава

Выходящая под небольшим давлением с определенной скоростью V_э экструзионная трубчатая заготовка подвергается охлаждению воздухом через кольцо 4 (см. рис. 8) и в большинстве случаев вытягива­ется по длине тянущими валками и раздувается по ширине воз­духом, подаваемым внутрь рукава. Поэтому рукав должен обла­дать максимальной деформационной способностью, которая дос­тигается за счет применения расплава с меньшим ПТР.

Процесс деформирования рукава происходит в интервале ме­жду головкой и линией затвердевания, а охлаждение продолжает­ся вплоть до сжатия пленки тянущими валками. Таким образом, до линии кристаллизации происходит: 1) разбухание (увеличение толщины) экструдата относительно размера кольцевого зазора го­ловки; 2) растяжение и/или раздув трубчатой заготовки; 3) охла­ждение расплава; 4) кристаллизация (для кристаллизующихся по­лимеров).

Эластическое разбухание экструдата происходит в результате реализации накопленной высокоэластической деформации поли­мерного расплава. Высокоэластическая деформация расплава происходит при прохождении его в формующих каналах головки, а ее величина тем больше, чем выше напряжение сдвига.

Вытяжка и раздув рукава приводят к утонению заго­товки и к ориентации цепей макромолекул в пленке (упрочнению). Количественно вытяжка может быть оценена степенью вытяжки ɛ_в:

ɛ_{в =} V_пл/V_э,

Где скорость движения пленки после тянущих валков, равная линейной ско­рости вращения тянущих валков; Vэ — скорость

выхода экструдата из головки.

Соответственно, степень раздува _р определяется как

 

ɛ_{р =} D_p/d_э,

 

где D_p — диаметр раздутого рукава; d_э — диаметр рукава, выходящего из кольце­вого зазора головки.

Толщина пленки может быть рассчитана по формуле:

 

δ_пл = δ_э/(ɛ_рɛ_в),

 

Общая величина деформации экструзионной рукавной заго­товки оценивается как

 

ɛ_общ = δ_э/δ_пл = ɛ_рɛ_в.

 

Предварительно рассчитав производительность экструдера Q можно подсчитать скорость V_э:

 

V_э = Q/(ρd_эδ_щ),

 

Охлаждение и кристаллизация полимерного рукава необходимы для регулирования скорости ориентации и кристаллизации до линии кристаллизации, а выше ее — для ох­лаждения твердой пленки до температур, при которых полотно не будет повреждаться и слипаться, проходя между складывающими щеками и далее в зазор между тянущими валками. Время охлаж­дения пленки лимитирует скорость ее отбора, т. е. производитель­ность экструдера. Для увеличения интенсивности охлаждения при тех же габаритах установки и здания можно применять дополни­тельные вентиляторы, воздуходувки, охлажденный воздух и т. п.

Охлаждение рукава — обычный процесс передачи тепла от го­рячей поверхности к окружающей среде. Для расчета времени ох­лаждения используются обычные формулы, по которым можно определить высоту линии кристаллизации и уровень расположе- ния тянущих валков. Последнее особенно важно, так как пленка, например из ПЭНП, не может иметь температуру выше 50—60 °С к моменту ее попадания в зазор между тянущими валками. С уче­том силы сжатия рукава при более высоких температурах будет происходить слипание рукава.

Большая часть вытяжки в продольном направлении реализу­ется ближе к формующей части головки, а раздува — ближе к ли­нии кристаллизации.

Изменяя скорость вытяжки, температуру и интенсивность ох­лаждения рукава, форму рукава, а следовательно и свойства плен­ки, можно получить следующие формы рукава (рисунке 9).

Форма а соответствует высокому расположению линии кри­сталлизации, что приводит к недостаточному охлаждению де­формируемого рукава. Пленка вначале растягивается в длину, а затем в ширину. Это сопровождается частичной переориентацией макромолекул в перпендикулярном направлении.

Форма б соответствует нормальной величине Я при хорошей интенсивности охлаждения. Продольная и поперечная ориента­ции при вытяжке и раздуве осуществляются почти одновременно. Пленка получается равнопрочной и равнотолщинной.

Форма в соответствует резкому интенсивному охлаждению ру­кава, высота линии Я мала. Пленка имеет меньшую кристаллич­ность; процесс малоустойчив, велика вероятность "осадки" рукава на поверхность головки.

Форма г соответствует неравномерному обдуву пленки охлаж­дающим воздухом по периметру. Пленка разнотолщинна, рукав несимметричен.

Для большинства пленок, отвечающих общим требованиям к свойствам, в зависимости от их толщины значение Н колеблется в пределах 0,3—2 м.

Рисунок 9 - Некоторые типичные формы рукавов пленки (а—г) пояснены в

тексте: Н — высота линии кристаллизации.

 

Чем толще пленка (и соответственно, экструзионная заготовка), тем больше Н, и наоборот.