Плівки полімерні: застосування, види, особливості

Полімерні плівки із синтетичних полімерів є матеріалом товщиною від десятих часток до сотень мікрон. Завдяки унікальній комбінації міцності, еластичності, прозорості, хімічної стійкості, низької щільності вони знайшли широке застосування у різних галузях людської діяльності.

Основні матеріали для виробництва плівок

Перелічимо найпоширеніші матеріали для виготовлення полімерних плівок.

1. Поліетилен заслужено вважається одним із найбільш затребуваних і недорогих полімерів завдяки оптимальному поєднанню характеристик міцності, еластичності, несприйнятливості до вологи та багатьох хімічних речовин.
2. Поліпропілен відрізняється більш високою жорсткістю конструкції та термостійкістю порівняно з поліетиленом.
3. Термопластичний, прозорий полістирол часто застосовують для виготовлення упаковки, призначеної для харчових продуктів.
4. Полівінілхлорид має підвищену міцність і стійкість до хімічних реагентів, що визначає його широке використання при виробництві медичних виробів та їх упаковки.
5. Поліетилентерефталат демонструє видатні якості міцності та стійкий до ультрафіолету, тому часто застосовується виробниками упаковки для напоїв та іншої продукції.
6. Поліімід славиться термостабільністю та несприйнятливістю до хімічних сполук, що визначає його ключову роль у виробництві тонких полімерних плівок для електронної промисловості.

Ще один матеріал, який застосовують в авіакосмічній галузі – це фторполімери.

Види виробничих технологій, які застосовуються при отриманні плівок

Існує кілька рішень, згідно з якими виготовляють тонкі полімерні продукти.

1. Екструзія - розплавлення полімерів та видавлювання їх через плоску фільєру. Використовується для масового виробництва плівок, наприклад, з поліетилену.
2. Формування - розчинення полімерів та заливання на гладку поверхню для висихання. Використовується для плівок, які не витримують високі температури екструзії.
3. Каландрування - пропускання розплавленого полімеру між валками, що охолоджуються, для формування плівки. Дозволяє отримати вироби із запроектованою товщиною.

Полімерні плівки можуть витягуватися в одному або обох напрямках для покращення міцності та бар'єрних властивостей. Поширені орієнтації - поперечна, поздовжня та двовісна.

Основним конструктивним елементом технологічного процесу є екструдер, тому докладніше зупинимося на його роботі.

Виробництво полімерних плівок методом екструзії

Основні технологічні процеси виробництва полімерних плівок:

• підготовка полімерної сировини - гранулювання, сушіння, змішування компонентів;
• плавлення полімеру в екструдері - основному агрегаті для переробки пластмас;
• фільєрна екструзія розплаву полімеру через щілинну фільєру;
• каландрування екструдату між терморегульованими валками для надання потрібної товщини;
• вибір орієнтації для плівки (в → та ↑ напрямках);
• термофіксація - закріплення заданого напрямку нагріванням;
• змотування готової плівки в рулони.

А тепер розглянемо детальніше процес плавлення полімеру в екструдері.

Устаткування складається з циліндра з шнеком, що обертається. Полімер подається в бункер і попадає в зону плавлення, де нагрівається ТЕНами до отримання пластичного стану. Розплавлений полімер переміщається вздовж циліндра, принагідно ущільнюючись за рахунок зсувних зусиль. На ділянці дозування виконується постійний відбір розплаву через фільєру. Для отримання якісної однорідної плівки важливі стабільні температурні режими та постійна витрата полімеру. ТЕНи потужністю від 2 до 10 кВт забезпечують нагрів циліндра екструдера до заданої температури плавлення полімеру. Їхня потужність і кількість підбирається виходячи з продуктивності екструдера. Саме цей пристрій є ключовим обладнанням, яке забезпечує переведення полімерної сировини в розплав, придатний для формування високоякісних плівок.

Детально про термопроцеси в екструдері

Процес нагрівання екструдера виглядає так.

1. Підвищити температуру обладнання та досягти стану розплавленої маси допомагають електронагрівачі.
2. ТЕНи представлені металевими трубками, всередині яких на ізольованих дротах розміщено нагрівальний елемент. Найчастіше це спіраль з ніхрому або фехралю.
3. Нагрівачі вставляються в спеціальні отвори в корпусі екструдера і закріплюються за допомогою різьбового з'єднання або обтискних гайок.
4. Кількість та потужність ТЕНів підбирається виходячи з обсягу та продуктивності конкретного екструдера. Типова потужність одного пристрою становить від 2 до 10 кВт.
5. Теплова енергія, що надходить від ніхромової спіралі, через стінки передається в порожнину екструдера, нагріваючи його циліндр до заданої температури плавлення полімеру (150-300°C).
6. Розстановка ТЕНів за довжиною екструдера може бути різною, дозволяючи виставляти температурний профіль, оптимальний для переробки конкретного матеріалу. Для круглих поверхонь потрібні хомутові нагрівачі.
7. Увімкнення та вимкнення нагрівачів здійснюється автоматично за сигналами від датчиків температури в заданих точках екструдера за заданою програмою.

Здійснюється точне регулювання температурного режиму роботи екструдера для якісного переплаву полімерної сировини.

Як підібрати ТЕНи під екструдер

Щоб зробити правильний вибір у компанії «Інтмакс», виконайте кілька кроків.

1. Визначте продуктивність екструдера, а саме - який обсяг полімеру за годину (кг/годину) він повинен переробляти.
2. Виберіть тип полімеру, що впливає на значення температури розплаву.
3. Розрахуйте необхідну потужність нагрівання екструдера P:

P = G * c * (t₂ - t₁) / 3600, де

з – питома теплоємність матеріалу, кДж/кг*℃;

G – продуктивність пристрою, кг/год;

t₁ – параметр довкілля,℃;

t₂ – температура розплаву.

4. Щоб підрахувати потрібну кількість нагрівачів, розділіть вираховану потужність на паспортне значення потужності одного нагрівача.
5. Розмістіть ТЕНи з однаковим кроком по довжині екструдера, створивши кілька точок нагріву.
6. Встановіть ще пару нагрівачів у районі фільєр на виході, щоб розплав не втрачав набраної температури.
7. Виберіть варіант фіксації ТЕНів.
8. Змонтуйте відповідну систему автоматики, яка відстежуватиме постійність підтримання температури та своєчасне відключення.

Грамотний розрахунок та підбір нагрівачів дозволяє налаштувати екструдер на ефективну стабільну роботу із заданою продуктивністю.

Область застосування полімерних плівок

Попит на тонкі та міцні плівки досить високий.

• У харчовій промисловості вона потрібна для пакування, розливу напоїв, виготовлення пакетів. Найбільш поширені плівки з поліетилену, поліпропілену, полістиролу.
• У виробництві товарів народного споживання потрібне виготовлення пакетів, повітряних куль, іграшок, одягу. Підходять плівки із ПЕ, ПВХ, поліефірні.
• У сільському господарстві вони стануть у нагоді для мульчування, укриття теплиць, тимчасових резервуарів для води. Використовується ПВХ та ПЕ продукція.

• Для будівництва призначені гідро- та пароізоляційні мембрани, захисні покриття, а саме ПЕ, ПП, ПВХ плівки.
• У медицині потрібне виготовлення медичної одноразової продукції, упаковки лікарських засобів. Це плівки з поліетилену, ПВХ, поліпропілену.
• В електротехнічній промисловості важлива ізоляція проводів та кабелів, виробництво конденсаторів. Використовують поліпропіленові, поліетиленові та поліефірні плівки.

Продукція потрібна цілий рік, тому виробники регулярно випускають необхідні види зазначених вище товарів.

Як отримати плівку з потрібними характеристиками

Контроль якості полімерної плівки є обов'язковим і досить складним завданням, оскільки вимагає регулярного відстеження численних показників. Слід зберігати рівномірність товщини плівки у рулоні. Допоможуть товщиноміри, здатні з точністю до сотих часток міліметра відстежити цей параметр у діапазоні 0-50 мм.

Другим параметром є розривна міцність плівки. Це зусилля розрив, віднесене до одиниці площі поперечного перерізу. Фактично значення перевіряють у поздовжньому та поперечному напрямках, зіставляючи з вимогами замовника.

Також оцінюють відносне подовження зразків до розриву (% від початкових розмірів). У фарбованих плівках контролюють інтенсивність кольору, рівномірність фарбування, використовуючи еталонні екземпляри. Комплексні випробування, що проводяться на заводі, гарантують відповідність продукції, що випускається, встановленим стандартам якості.