Схема получения одноосноориентированных пленок, их фибриллирование, текстильная обработка пленочных (фибриллированных) нитей
Производство ПП пленок организовано на ОАО «ЗИВ». В настоящее время в промышленности применяется 2 метода получения ПП пленок:
1. путем экструзии через кольцевую фильеру с последующим раздувом, т. е. растяжением образующегося рукава. Это т. н. экструзионно-растяжной или рукавный метод.
2. путем экструзии через фильеру в виде плоской щели с последующим механическим растяжением. Это т. н. плоскощелевой метод экструзии.
При формовании пленки через кольцевую фильеру охлаждение пленки осуществляется обдувкой холодным воздухом с последующим раздуванием рукава, при этом практически невозможно обеспечить быстрое и интенсивное охлаждение пленки. Соответственно нет возможности регулировать скорость кристаллизации и тем самым размер сферолитов, т.е. шарообразные формы надмолекулярных структур полимеров. В присутствии крупных сферолитов существенно уменьшается прозрачность и прочность пленки, т.е. именно те свойства, которые очень ценны в случае использования пленки в качестве упаковочного материала. Высокопрочная пленка из ПП может быть получена при очень резком охлаждении расплава. Это удается достичь путем экструзии расплава в виде плоской пленки с последующим охлаждением пленки на поверхности валов или барабана, или путем погружения в холодную воду. На ЗИВе используются технологические линии фирмы «Брюкнер», где пленка получается методом плоскощелевой экструзии на водоохлаждаемый барабан, погруженный в водяную ванну. Технологическая схема включает следующие стадии:
1. Прием, хранение и транспортировка исходных веществ. Для производства двуосноориентированной ПП пленки (ДОПП) или биоксиальноориентированной пленки (БОПП) используются следующие вещества: гранулят ПП, гранулят полимерного концентрата (ПК), называемой иначе гранулятом «мастер-батч», содержащий 91% ПП и 9% тех или иных модифицирующих добавок (пигментный краситель, компоненты, оказывающие антистатическое, антискользящее действие и т.д.). Для получения ДОПП пленки соэкструдированной с одним или двумя термосваренными слоями (ДОППТ) используют сополимер, т.е. компонент, обеспечивающий возможность термического сваривания пленки. В качестве такого сополимера используют «севилен», содержащий 5% ПЭ и 95% ПП. В целях разумной утилизации отходов производства часть товарной массы гомополимера, т.е. часть массы товарного гранулята ПП, замещается регранулятом (вторичный гранулят) и дробленой кромкой пленки, получаемой на стадии отделки пленки. Для получения регранулята предусмотрены линии регранулирования и компаундирования. Для этого все отходы, получаемые при производстве ПП пленки, собираются, подвергаются плавлению, литью и гранулированию. Для хранения веществ применяются силосы различной емкости, смешение товарного гранулята, регранулята и дробленой кромки осуществляется в смесителе. Транспортировка всех исходных веществ осуществляется пневмотранспортом.
2. экструзия, т.е. литье полимера, осуществляется на литьевой машине. Узел экструзии состоит из каскадной системы, плавильного (первичного) экструдера, дозирующего (вторичного) экструдера двух сателлтных экструдеров. Оборудование, предназначенное для экструзии, называется экструдером. В отличии от шнековых экструдеров сателлтные имеют зубчатые колеса, перемещающиеся вместе с осью вокруг центрального колеса на подобие спутника. Первичный экструдер осуществляет смешение, плавление товарного гранулята ПП, регранулята и дробленой кромки ПП пленки и подачу гомогенизированной смеси во вторичный экструдер. Один из сателлитов осуществляет плавление и подачу расплава севилена, другой сателлит – плавление гранулята «мастер-батч» и подачу его расплава. Во вторичном экструдере достигается смешение и гомогенизация трех потоков расплава и подача гомогенизированной массы в головку формования. Для гибкого перехода производства на выпуск ПП пленки различного ассортимента предусмотрено формование пленки в 3 слоя. Для этого головка формования (фильерный комплект) снабжена трехщелевой фильерой.
3. прием пленки осуществляется барабаном, поливаемым холодной водой и погруженным в водяную ванну. Температура воды 20-30оС. Скорость литьевой машины Vпр=2,5-70м/мин. Резкое охлаждение пленки обеспечивает образование мелкокристаллической структуры, обуславливающей прозрачность пленки и оптимальные условия ее последующей ориентации. Далее охлажденная и высушенная воздушным потоком пленка-заготовка подается системой валов на машину продольной ориентации.
4. продольная ориентация – вытягивание пленки в продольном направлении за счет разности скоростей вращения нескольких групп вытяжных валов 115-140оС. За валами ориентации следуют валы термостабилизации, где происходит процесс релаксации надмолекулярных структур, характеризующийся значением усадки до 3,5%.
5. поперечная ориентация – растяжение продольно ориентированной пленки в поперечном направлении. Для этого в машине поперечной ориентации края пленки захватываются зажимами (клуппами), расположенными на двух замкнутых цепях, которые движутся по направляющим рельсам.
6. отделка пленки включает обрезку кромок и обработку коронным разрядом, т.е. высокочастотным электрическим разрядом, с целью активации поверхности пленки, что способствует процессу миграции модифицирующих специальных добавок, наносимых в последствии на пленку для придания ей особых свойств по заказу потребителя. Электрический разряд сопровождается выделением озона О3, который окисляет поверхность пленки.
7. намотка пленкив виде рулонов.
К настоящему времени на ЗИВе освоены следующие виды ПП пленочных материалов: двуосноориентированная однослойная пленка толщиной 12-60мкм (БОПП); двуосноориентированная соэкструдированная пленка толщиной 20-50мкм с одним или двумя термосвариваемыми слоями (ДОППТ); «жемчужная» пленка – жемчужный цвет пленки достигается за счет введения специальных добавок, в отличии от предыдущих пленок обладает высокой непрозрачностью и податливостью за счет низкой плотности, что позволяет использовать ее как защитную вакуумную упаковку; ламинированные ПЭ, бумагой и картоном пленки, которые можно использовать как заменители бумаги для изготовления этикеток, наклеек и др.; металлизированная пленка, которая получается путем плазменного распыления порошка металла на поверхность готовой ПП пленки. Основными достоинствами получаемых на ЗИВе пленок является возможность их использования на высокоскоростных оберточных установках, на вертикальных и горизонтальных машинах типа «формование, заполнение, запечатка». На пленку можно легко наносить рисунки как флексопечатью, так и глубокой печатью, ламинировать полиэтиленом, металлизировать.
Фибриллированной пленкой называются узенькие полоски полиолефиновой пленки, подвергнутые вытягивания в 6-8раз. Для производства фибриллированной пленки создан специальный агрегат, состоящий из экструдера, приемной охладительной ванны, резательного устройства для резки получаемой пленки на узкие полоски, вытяжного механизма, камеры для термофиксации и намоточного механизма. На этом агрегате получают пленку через щелевую или кольцевую фильеру; пленка режется на полоски, которые вытягиваются, термофиксируются и наматываются на бобину. ПП пленка вытягивается на 700-800% при 140-160оС.
Технологический процесс получения полипропиленовых фибриллированных нитей включает следующие стадии: формование пленки, резку ее на полоски, ориентационное вытягивание плоских нитей, термофиксацию, фибриллирование, крутку. Все стадии, за исключением крутки, проводятся непрерывно на экструзионном агрегате.
Принципиальная схема получения фибриллированных нитей приведена на рис.1
1-экстрактор; 2-охлаждающее устройство; 3-нож для разрезания пленки на полоски; 4-семивальцы; 5-вытяжная камера; 6-камера термофиксации; 7-фибриллятор; 8-приемное устройство.
Гранулят полипропилена из бункера подается в горизонтальный экструдер с зональным обогревом. Температура в зонах обогрева экструдерах устанавливается в пределах 230-270˚С. В экструдере гранулят расплавляется, перемешивается и, пройдя фильтры, продавливается через фильеру.
При формовании используются щелевые и кольцевые фильеры. Щелевая фильера имеет ширину 700-800 и зазор 0,4-0,9 мм; диаметр кольцевой фильеры-100мм.
В зависимости от типа используемой фильеры изменяются условия охлаждения получаемой пленки. Полипропиленовая пленка, сформованная через щелевую фильеру, охлаждается водой с температурой 15-20˚С в ванне или на барабане. При формовании через кольцевую фильеру охлаждение осуществляется за счет подачи холодного воздуха на пленку через специальные кольца. После охлаждения пленка разрезается на полоски (ленточки). Ширина полосок от 6 до 100мм.
Ориентационное вытягивание полос осуществляется в среде горячего воздуха при температуре 160-190˚С между семивальцами. Кратность вытяжки пленок высокая 8-11. Такая кратность вытяжки обеспечивает высокую ориентацию пленки, что является необходимым условием для ее фибриллирования. Повышение температуры ориентационного вытягивания также способствует фибриллированию пленки.
После вытягивания пленочные нити под натяжением проходят камеру термофиксации. Для получения пленок с повышенной способностью к фибриллированию температуру при термофиксации необходимо поддерживать на 10-15˚С выше температуры ориентационного вытягивания.
Для обеспечения протекания процесса фибриллирования плоской нити используют специальные устройства, называемые фибрилляторами, которые расщепляют пленку. Фибрилляторы представляют собой вращающиеся цилиндры, снабженные иглами. При контакте пленки с фибриллятором иглы расщепляют пленку, образуя нити сетчатой структуры. Фибриллированые нити наматываются на цилиндрическую паковку приемно-намотачной машины. Для придания компактности нити подвергают крутке (30-40 витков/м) на крутильных машинах.
8.4. Связь между строением полиуретанов и свойствами нитей.
Полиуретановое в-но- в-но, в первичной структуре кот. присутствует уретанов. группа 
(сочитание имино гр. и сложноэф.).
Специфич. с-вом полиурет-х в-н явл-ся их выс. эластичночть при норм. температуре, и их относят к группе резиноподобных в-н, но по сравнению с ними имеют ряд преимуществ, осн-ми из которых явл-ся : возможность изготовления более тонких нитей, более высокая прочность, устойчивость к истиранию и изгибам.и др.
Для получения полиурет-х в-н использ-ся блоксоп-р, у кот-го гибкие длинные сегменты соединены жесткими короткими сегментами через урет-ые связи . Гибкие сегменты составляют аморфные участки с низкой Тс и при обычной темпер-ре нах-ся в высокоэластич-ом состоянии. Жесткие сегменты, расположенные между гибкими, имеют выс-ю Тс и формируются в кристаллич-е образования. Между жесткими сегментами возникают прочные межмалекул-ые связи, кот-ые препятствуют проявлению пластической деформации п-ра при растяжении нити, давая в тоже вр. нити возможность возвратиться к исходной длине.
Полиурет-ые в-на получают различными методами: из р-вов, из р-ров п-ров. Наиболее шир-ое применение порлучил сух. способ формов-я из высоковязких р-ров полиуретана в диметилформамиде. Свежесформ-ая нить на формовочной машине подвергается ложной крутке, замаслив-ся и принимается на бобины. Полиурет-ые нити выраб-ся с лин-ой плотностью от 2 до 400 текс, имеют низкую прочность (2-10сН/текс) и поэтому чаще всего оплетаются др. синтет-ми нитями. Но высокое обратимое удлинение позволяет исп-ть их в чистом виде. Они придают изделиям выс-ю эластичность, упругость, формоустойчивость и долговечность. Исп-ся для изготовления изделий народного потребления. Из них изгот-ют спорт-ые костюмы купальники, чулочно-насочные изделия и эластич-ые мед-ие бинты.