Экструзионные агрегаты производства рукавной пленки

Преимущество рукавного метода производства пленок состоит в универсальности и простоте регулирования как размеров, так и свойств пленок, возможности их выпуска с термоусадочными свойствами, в отсутствии отходов.

Процесс изготовления пленки рукавным методом основан на непрерывном выдавливании расплава полимера через узкую кольцевую щель формующей головки (рис. 5.16и 5.17) с последующей вытяжкой рукава в продольном и поперечном направлениях и его охлаждением. При данном методе формования расплав выдавливается в виде тонкостенного цилиндра (рукава), который после растяжения (сжатым воздухом) и охлаждения наматывается сдвоенным полотном или разрезается и наматывается как плоская пленка. Этим методом получают пленки из ПЭНП, ПЭСД, ПЭВП, ПП, ПА, пластифицированного ПВХ.

Конструктивно процесс может осуществляться с вытяжкой рукава в горизонтальном направлении, вверх или вниз.

Горизонтальная схема применяется в агрегатах и автоматизированных линиях для производства мешков, где степень раздува невелика, а толщина пленки превышает 0,2 мм. Способ используется также при производстве пленок из термочувствительных полимеров, например из пПВХ, как показано на рис. 5.27. Недостаток такой схемы трудно равномерно охлаждать рукав.

Рис. 5.27. Схема экструзионной установки “Henschel” (ФРГ) производства рукавной пленки горизонтальным способом: 1 – бункер-дозатор сырья; 2 – экструдер; 3 – кольцевая прямоточная головка; 4 – рама со складывающими пластинами; 5 – тянущие валки; 6 – механизм продольной резки; 7 – намоточная машина

По горизонтальной схеме в настоящее время производят лист из пенополистирола для производства потолочной плитки. После раздува рукав сразу же разрезается на четыре полотна, которые затем наматываются в бухты (рулоны) и поступают на автоматизированную линию вырубки плитки и штамповки рельефного рисунка.

Вертикальная схема с отводом рукава вниз(рис. 5.28) применяется в производстве тонких пленок небольших размеров, т.к. под действием собственного веса рукав может обрываться на участке, где полимер находится в высокоэластическом состоянии. К преимуществам такой схемы относятся более легкое налаживание технологического процесса и лучшее охлаждение пленочного рукава. Можно использовать жидкостное охлаждение рукава. Такая схема применяется при производстве полиамидных пленок.

Рис. 5.28. Схема установки для производства рукавной пленки вертикальным способом с отводом рукава вниз: 1 – экструдер; 2 – патронный фильтр расплава; 3 – кольцевая головка; 4 – кольцо воздушного охлаждения рукава; 5 – складывающие пластины; 6 – рукав пленки; 7 – тянущие валки; 8 – намоточная машина; 9 – монтажная площадка с пультом управления

Вертикальная схема с отводом рукава вверх(рис. 5.29) нашла наибольшее применение.

Рис.5.29. Экструзионный агрегат для производства рукавной пленки вертикальным способом с отводом рукава вверх: 1 – угловая кольцевая головка; 2 – рама установки; 3 – намоточное устройство; 4 – экструдер; 5 – рукав пленки; 6 - кольцо обдува пленки воздухом; 7 – направляющие пластины; 8 – тянущие валики; 9 – намоточный барабан (шпуля)	Рис. 5.30. Схема вращающегося вертикального экструдера (рототрудера):1 – рототрудер; 2 – прямоточная кольцевая головка; 3 – намоточный барабан; 4 – рукав пленки; 5 – ширительная рамка; 6 – цилиндрические ролики обжима; 7 – тянущие валики; 8 – кольцо обдува пленки воздухом

Отвод рукава вверх экономит производственные площади; рукав пленки охлаждается по всему периметру и высоте; пленки могут получаться различной толщины и ширины (до 6000 мм). Для получения более качественной пленки (устранение стыковых полос на пленке) применяют установки с вертикальным вращающимся экструдером (рототрудером)(рис. 5.30). Экструдер вместе с прямоточной головкой попеременно поворачивается на угол 324⁰ в обоих направлениях. Вследствие этого пленка равномерно и плотно наматывается на барабаны намоточного устройства. Также устранение стыковых полос на пленке достигается при применении вращающихся (осциллирующих) угловых головках, установленных на обычных горизонтальных экструдерах.

Процесс производства пленки рукавным методом состоит из следующих технологических операций:

1. Подготовка сырья (сушка полимера, окрашивание, смешение гранул);

2. Загрузка гранул в бункер экструдера пневмо- или вакуумными устройствами;

3. Плавление гранул и гомогенизация расплава в экструдере;

4. Формование рукава в формующей головке;

5. Ориентация и охлаждение пленки;

6. Намотка и упаковка пленки;

7. Контроль качества пленки.

Кроме режимов подготовки полимерного сырья и экструзии важными стадиями, определяющие качество рукавной пленки, является раздув, вытяжка и охлаждение заготовки-рукава. Выходящая под небольшим давлением с определенной скоростью экструзионная трубная заготовка подвергается снаружи охлаждению воздухом через кольцо и вытягивается по длине тянущими валиками и раздувается по ширине воздухом. Он подается во внутрь рукава. Поэтому рукав должен обладать максимальной деформационной способностью. Процесс деформирования рукава происходит в интервале между головкой и линией затвердевания (кристаллизации), а охлаждение продолжается вплоть до сжатия пленки (складывания рукава) тянущими валками.

Под линией кристаллизации понимают участок рукава, средняя температура которого равна температуре плавления полимера.

Таким образом, до линии кристаллизации происходит:

1. разбухание (увеличение толщины) экструдата относительно размера кольцевого зазора головки;

2. растяжение (раздув) трубной заготовки;

3. первичное охлаждение рукава;

4. Кристаллизация полимера (затвердевание для аморфных полимеров).

Вытяжка и раздув рукава приводят к утонению заготовки и к ориентации цепей макромолекул полимера в пленке (упрочнению).

Охлаждение и кристаллизация рукава необходимы для регулирования скорости ориентации и кристаллизации макромолекул до линии кристаллизации, а выше ее – для охлаждения твердой пленки до температур, при которых полотно не будет слипаться. Большая часть вытяжки в продольном направлении реализуется ближе к формующей части головки, а раздув (увеличение ширины) – ближе к линии кристаллизации (но не выше ее!).

Изменяя скорость вытяжки, температуру и интенсивность охлаждения и форму рукава, а следовательно и свойства пленки можно получить рукав следующих четырех форм (рис. 5.31):

Рис. 5.31. Некоторые типичные формы рукавов пленки: а – недостаточное охлаждение рукава; б – оптимальное охлаждение рукава; в – резкое охлаждение рукава; г – неравномерное охлаждение рукава. Н – высота линии кристаллизации	Рис. 5.32. Изогнутый (“горбатый”) распрямляющий валик приемного устройства для пленки: 1 – труба; 2 , 7 – кольца; 3 – подшипник; 4 – ступица; 5, 9 – втулки; 6 – прокладки; 8 – гайка; 10 – шаровая опора; 11 - цапфа; 12, 13 – стопорные винты; 14 – фланец; 15 - втулка; 16 – штифт; 17 – стальной изогнутый валик.

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

Форма б соответствует нормальной величине Н при хорошей интенсивности охлаждения. Продольная и поперечная ориентации при вытяжке и раздуве осуществляются почти одновременно. Пленка – равнотолщинная и близкая к равнопрочной.

Форма в соответствует резкому интенсивному охлаждению рукава, высота Н мала. Пленка имеет преимущественно поперечную ориентацию, а для некоторых видов полимеров происходит уменьшение степени кристаллизации.

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

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

Для формирования изотропных пленок полотно перед намоткой разглаживается специальным изогнутым “горбатым” валиком (рис. 5.32), представляющим собой стальную изогнутую трубу, на которой укреплены шарикоподшипники с кольцами. На этот каркас натягивается резиновая трубка. Валику может быть придан изгиб. Это обеспечивает дополнительное вытягивание пленки в поперечном направлении и правильная намотка.

Формирование термоусадочных пленок.Термоусадоч­ными называют пленки, которые при термической обработке сокращается в размерах за счет релаксации напряжений, созданных при их получении. Термоусадочные пленки широко используются для обжимной упаковки различных потребительских и промышленных товаров. В настоящее время термоусадочные пленки изготавливают рукавным методом, в основном из ПЭНП с низким значением ПТР от 1,0 до 0,3 г/10 мин. Основными условиями получения ПЭ-пленок с одинаковыми усадочными свойствами (усадка 30÷40 %) в продольном и поперечном направлении является высокая ориентация макромолекул полимера при формовании пленочного рукава за счет больших степеней раздува (3,5÷5) и вытяжки при резком охлаждении до линии кристаллизации. Наиболее оптимальной формой рукава при этом принято считать грибовидную с вытянутой цилиндрической шейкой (форма а). Практически термоусадочные пленки могут быть получены на обычных установках, предназначенных для получения рукавных пленок. Однако соотношение размеров тянущих валков и диаметра дорна формующей головки должно обеспечивать высокую степень раздува пленочного рукава.

Процесс автоматической упаковки изделия в термоусадочную пленку схематически показан на рис. 5.33.

Рис. 5.33. Схема термоусадочной упаковки: 1 – усадочная пленка; 2 – устройство для сварки полотен поперечным швом; 3 – устройство для продольной сварки пленки с двух сторон изделия; 4 - термоусадочная камера туннельного типа с подачей нагретого воздуха; 5 – транспортерная лента

Подлежащий упаковке предмет (коробка, штучное изделие, банка, т.е. изделие практически любой формы) вводят в зону между двумя полотнами термоусадочной пленки. По выполнении поперечных и продольных сварочных швов изделие оказывается внутри свободного мешка – “чехла”. При использовании рукавной пленки продольных швов не требуется. При прохождении термоусадочной камеры “чехла” дает усадку, и изделие плотно обжимается пленочным материалом. Высококачественная упаковка требует тщательного термостатирования и равномерной со всех сторон подачи нагретого воздуха.