Плёнки полимерные: применение, виды, особенности

Полимерные пленки из синтетических полимеров представляют собой материал толщиной от десятых долей до сотен микрон. Благодаря уникальной комбинации прочности, эластичности, прозрачности, химической стойкости, низкой плотности они нашли широкое применение в разных областях человеческой деятельности.

Основные материалы для производства плёнок

Перечислим наиболее распространенные материалы для изготовления полимерных пленок.

1. Полиэтилен заслуженно считается одним из самых востребованных и недорогих полимеров благодаря оптимальному сочетанию прочностных характеристик, эластичности, невосприимчивости к влаге и многим химическим веществам.
2. Полипропилен отличается более высокой жесткостью конструкции и термоустойчивостью по сравнению с полиэтиленом.
3. Термопластичный, прозрачный полистирол часто применяют для изготовления упаковки, предназначенной для пищевых продуктов.
4. Поливинилхлорид обладает повышенной прочностью и стойкостью к химическим реагентам, что определяет его широкое использование при производстве медицинских изделий и их упаковки.
5. Полиэтилентерефталат демонстрирует выдающиеся прочностные качества и устойчив к ультрафиолету, поэтому часто применяется изготовителями упаковки для напитков и другой продукции.
6. Полиимид славится термостабильностью и невосприимчивостью к химическим соединениям, что определяет его ключевую роль в производстве тонких полимерных пленок для электронной промышленности.

Ещё один материал, который применяют в авиакосмической отрасли – это фторполимеры.

Виды производственных технологий, применяемые при получении плёнок

Существует несколько решения, согласно которых изготавливают тонкие полимерные продукты.

1. Экструзия - расплавление полимеров и выдавливание их через плоскую фильеру. Используется для массового производства пленок, например из полиэтилена.
2. Формование - растворение полимеров и заливка на гладкую поверхность для высыхания. Используется для пленок, которые не выдерживают высоких температур экструзии.
3. Каландрование - пропускание расплавленного полимера между охлаждаемыми валками для формирования пленки. Позволяет получить изделия с запроектированной толщиной.

Полимерные пленки могут вытягиваться в одном или обоих направлениях для улучшения прочности и барьерных свойств. Распространенные ориентации - поперечная, продольная и двухосная.

Основным конструктивным элементом технологического процесса является экструдер, поэтому более подробно остановимся на его работе.

Производство полимерных пленок методом экструзии

Основные технологические процессы производства полимерных пленок:

• подготовка полимерного сырья - гранулирование, сушка, смешивание компонентов;
• плавление полимера в экструдере - основном агрегате для переработки пластмасс;
• фильерная экструзия расплава полимера через щелевую фильеру;
• каландрование экструдата между терморегулируемыми валками для придания нужной толщины;
• выбор ориентации для пленки (в → и ↑ направлениях);
• термофиксация - закрепление заданного направления нагревом;
• сматывание готовой пленки в рулоны.

А теперь рассмотрим подробнее процесс плавления полимера в экструдере.

Оборудование состоит из цилиндра с крутящимся шнеком. Полимер подается в бункер и попадает в зону плавления, где нагревается ТЭНами до получения пластичного состояния. Расплавленный полимер перемещается вдоль цилиндра, попутно уплотняясь за счет сдвиговых усилий. На участке дозирования выполняется постоянный отбор расплава через фильеру. Для получения качественной однородной пленки важны стабильные температурные режимы и постоянный расход полимера. ТЭНы мощностью от 2 до 10 кВт обеспечивают нагрев цилиндра экструдера до заданной температуры плавления полимера. Их мощность и количество подбирается исходя из производительности экструдера. Именно это устройство является ключевым оборудованием, обеспечивающим перевод полимерного сырья в расплав, пригодный для формования высококачественных пленок.

Подробно о термопроцессах в экструдере

Процесс нагрева экструдера выглядит следующим образом.

1. Повысить температуру оборудования и достичь состояния расплавленной массы помогают электронагреватели.
2. ТЭНы представлены металлическими трубками, внутри которых на изолированных проводах размещен нагревательный элемент. Чаще всего это спираль из нихрома или фехраля.
3. Нагреватели вставляются в специальные отверстия в корпусе экструдера и закрепляются с помощью резьбового соединения или обжимных гаек.
4. Количество и мощность ТЭНов подбирается исходя из объема и производительности конкретного экструдера. Типичная мощность одного устройства составляет от 2 до 10 кВт.
5. Тепловая энергия, поступающая от нихромовой спирали, через стенки передается в полость экструдера, нагревая его цилиндр до заданной температуры плавления полимера (150-300°C).
6. Расстановка ТЭНов по длине экструдера может быть разной, позволяя выставлять температурный профиль, оптимальный для переработки конкретного материала. Для круглых поверхностей нужны хомутовые нагреватели.
7. Включение и выключение нагревателей производится автоматически по сигналам от датчиков температуры в заданных точках экструдера по заданной программе.

Осуществляется точная регулировка температурного режима работы экструдера для качественного переплава полимерного сырья.

Как подобрать ТЭНы под экструдер

Чтобы сделать правильный выбор в компании «Интмакс», выполните несколько шагов.

1. Определите производительность экструдера, а именно - какой объем полимера в час (кг/час) он должен перерабатывать.
2. Выберите тип полимера, это влияет на значение температуры расплава.
3. Рассчитайте необходимую мощность нагрева экструдера P:

P = G * c * (t₂ - t₁) / 3600, где

с – удельная теплоёмкость материала, кДж/кг*℃;

G – производительность устройства, кг/ч;

t₁ – параметр окружающей среды,℃;

t₂ – температура расплава.

4. Чтобы подсчитать нужное количество нагревателей, разделите высчитанную мощность на паспортное значение мощности одного нагревателя.
5. Разместите ТЭНы с одинаковым шагом по длине экструдера, создав несколько точек нагрева.
6. Установите ещё пару нагревателей в районе фильер на выходе, чтобы расплав не терял набранной температуры.
7. Выберите вариант фиксации ТЭНов.
8. Смонтируйте подходящую систему автоматики, которая будет отслеживать постоянство поддержания температуры и своевременное отключение.

Грамотный расчет и подбор нагревателей позволяет настроить экструдер на эффективную стабильную работу с заданной производительностью.

Область применения полимерных плёнок

Спрос на тонкие и прочные плёнки достаточно высок.

• В пищевой промышленности она нужна для упаковки, розлива напитков, изготовления пакетов. Наиболее распространены пленки из полиэтилена, полипропилена, полистирола.
• В производстве товаров народного потребления требуется изготовление пакетов, воздушных шаров, игрушек, одежды. Подходят пленки из ПЭ, ПВХ, полиэфирные.
• В сельском хозяйстве они пригодятся для мульчирования, укрытия теплиц, временных резервуаров для воды. Используется ПВХ и ПЭ продукция.

• Для строительства предназначены гидро- и пароизоляционные мембраны, защитные покрытия, а именно ПЭ, ПП, ПВХ плёнки.
• В медицине востребовано изготовление медицинской одноразовой продукции, упаковки лекарственных средств. Это - пленки из полиэтилена, ПВХ, полипропилена.
• В электротехнической промышленности важна изоляция проводов и кабелей, производство конденсаторов. Используют полипропиленовые, полиэтиленовые, полиэфирные пленки.

Продукция нужна круглогодично, поэтому производители регулярно выпускают необходимые виды указанных выше товаров.

Как получить плёнку с нужными характеристиками

Контроль качества полимерной пленки является обязательно и достаточно сложной задачей, поскольку требует регулярного отслеживания многочисленных показателей. Следует сохранять равномерность толщины пленки в рулоне. Помогут толщиномеры, способные с точностью до сотых долей миллиметра отследить данный параметр в диапазоне 0-50 мм.

Вторым параметром служит разрывная прочность пленки. Это усилие на разрыв, отнесенное к единице площади поперечного сечения. Фактически значения проверяют в продольном и поперечном направлениях, сопоставляя с требованиями заказчика.

Также оценивают относительное удлинение образцов до разрыва (% от первоначальных размеров). В окрашенных плёнках контролируют интенсивность цвета, равномерность покраски, используя эталонные экземпляры. Проводимые на заводе комплексные испытания гарантируют соответствие выпускаемой продукции установленным стандартам качества.