Технология производства термоусадочных (ориентированных) полимерных пленок

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА 
ТЕРМОУСАДОЧНЫХ (ОРИЕНТИРОВАННЫХ) 
ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК 
Учебно-методическое пособие 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2025 

УДК 678-416(075) 
ББК 35.71я7 
Т38 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, проф. Э. Р. Галимов 
канд. тех. наук И. И. Муратов 
Т38 
Авторы: А. И. Загидуллин, А. И. Хасанов, А. Д. Хусаинов, 
Р. М. Гарипов  
Технология производства термоусадочных (ориентированных) полимерных пленок : учебно-методическое пособие / А. И. Загидуллин, А. И. Хасанов, А. Д. Хусаинов, Р. М. Гарипов; Минобрнауки России, Казан. нац. 
исслед. технол. ун-т. – Казань: Изд-во КНИТУ, 2024. – 96 с. 
ISBN 978-5-7882-3590-5 
Рассмотрены основы ориентации полимеров и современные методы, схемы 
и оборудование, применяемые при изготовлении ориентированных полимерных 
пленок. 
Предназначено для магистров, обучающихся по направлению 18.04.01 «Химическая технология» (программа «Технология высокобарьерных композиционных материалов») при изучении дисциплин «Термоусадочные полимерные 
пленки», «Теоретические основы и технология переработки полимеров», «Технология производства многослойных полимерных пленок методом соэкструзии». 
Подготовлено на кафедре технологии пластических масс. 
ISBN 978-5-7882-3590-5 
© Загидуллин А. И., Хасанов А. И., Хусаинов А. Д., 
Гарипов Р. М., 2025 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2025 
УДК 678-416(075) 
ББК 35.71я7 
2

С О Д Е Р Ж А Н И Е
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ .................................................. 4 
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................... 5 
1. ОРИЕНТАЦИЯ ПОЛИМЕРОВ ............................................................................... 8 
1.1. Теоретические основы ориентации полимеров ............................................... 8 
1.2. Влияние параметров ориентации на свойства изделий из полимеров ........ 13 
Контрольные вопросы ............................................................................................. 21 
2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕРМОУСАДОЧНЫХ ПЛЕНОК ............. 22 
2.1. Производство одноосноориентированных пленок плоскощелевым 
методом ..................................................................................................................... 22 
2.2. Производство двухосноориентированных пленок с использованием 
ширильной рамы ...................................................................................................... 26 
2.3. Производство двухосноориентированных пленок методом рукавной 
соэкструзии ............................................................................................................... 31 
2.3.1. Подача сырья и регулирование массового расхода материалов ............ 34 
2.3.2. Подготовка расплавов полимеров ............................................................. 36 
2.3.3. Формование рукава и охлаждение пленки ............................................... 39 
2.3.4. Калибровочное устройство ........................................................................ 43 
2.3.5. Тянущее устройство ................................................................................... 44 
2.3.6. Намотка пленки ........................................................................................... 47 
2.4. Производство двухосноориентированных пленок методами 
double-bubble и triple-bubble .................................................................................... 51 
2.4.1. Формование рукава ..................................................................................... 54 
2.4.2. Ориентация пленочного рукава................................................................. 56 
2.4.3. Термоотпуск пленки ................................................................................... 59 
Контрольные вопросы ............................................................................................. 62 
3. ЛАБОРАТОРНАЯ СОЭКСТРУЗИОННАЯ УСТАНОВКА LF-400-CОEХ
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ ПЛЕНОК ........................................ 65 
3.1. Запуск экструзионной установки .................................................................... 66 
3.2. Выключение установки .................................................................................... 78 
Контрольные вопросы ............................................................................................. 79 
4. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ........................................................................ 80 
Контрольные вопросы ............................................................................................. 92 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 93 
ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................................. 94 

С П И С О К  И С П О Л Ь З О В А Н Н Ы Х  С О К Р А Щ Е Н И Й
σp – прочность при растяжении 
ε – относительное удлинение при растяжении 
λ – степень вытяжки 
λ1 – степень вытяжки в продольном направлении 
λ2 – степень вытяжки в поперечном направлении 
λmax – предельная степень вытяжки 
υ – скорость вытяжки 
υ1 – скорость вытяжки в продольном направлении 
υ2 – скорость вытяжки в поперечном направлении 
Т – температура вытяжки 
Т1 – температура продольной вытяжки 
Т2 – температура поперечной вытяжки 
Тпл – температура плавления 
Тс – температура стеклования 
Тт – температура текучести 
T – время деформирования 
ПА – полиамид 
ПА-6 – полиамид-6 
ПВДХ – поливинилиденхлорид 
ПВХ – поливинилхлорид 
ПИ – полиимид 
ПК – поликарбонат 
ПП – полипропилен 
ПС – полистирол 
ПЭВП – полиэтилен высокой плотности 
ПЭНП – полиэтилен низкой плотности 
ПЭТФ – полиэтилентерефталат 
СЭВА – сополимер этилена с винилацетатом 
СЭВС – сополимер этилена с виниловым спиртом 
СЭМА – сополимер этилена с малеиновым ангидридом 
4 

В В Е Д Е Н И Е
Гибкая упаковка из полимерных материалов прочно вошла в нашу 
жизнь как непременный атрибут высокотехнологичного уклада современного общества. Успешное применение полимерной упаковки для 
длительного хранения продуктов питания в пищевой промышленности 
обусловлено доступностью полимеров, а их производство – высокоэффективными и сравнительно недорогими технологиями.  
Производство и потребление полимерной упаковки растет высокими темпами, и связано это с рядом ее серьезных преимуществ, среди 
которых: 
– прочность – тара, сделанная из пластмассы, является ударопрочной, что обеспечивает ее надежность при хранении и перевозке; 
– влагостойкость – в отличие от бумаги или картона такая упаковка не боится воздействия влаги; 
– легкость – это приводит к существенному снижению стоимости
транспортировки грузов в полимерной упаковке; 
– высокая технологичность – изготовление такой упаковки гораздо экономичнее, чем выпуск тары из других материалов). 
Однако у полимерной упаковки имеются и определенные недостатки: 
– старение под действием кислорода воздуха, агрессивных сред,
солнечного света (фотостарение); 
– появление постороннего запаха у продукции при соприкосновении с некоторыми видами упаковки; 
– возможность миграции органических соединений в упакованный в пленку продукт (например, из ПВХ, ПС и др.). 
Правда, следует уточнить, что почти все эти недостатки легко 
устраняются путем использования специальных технологических приемов. Но одна проблема, особенно обострившаяся в наши дня, требует 
особого внимания – речь идет об экологической безопасности. Так, подсчитано, что из общего объема пластиков, производимых в мире, 36 % 
приходится на одноразовую упаковку, причем почти вся она (96 %) отправляется на свалку уже в первый год своей жизни. На Западе в настоящее время большая часть полимерных отходов подвергается переработке, а полученное в ее результате сырье используется в процессе производства новых изделий (в том числе и упаковочных материалов). 
Этот замкнутый цикл позволяет снизить загрязнение окружающей 

среды и существенно уменьшить площадь свалок. К тому же по своим 
свойствам качественно переработанные полимеры немногим уступают 
первичному сырью, при этом они существенно дешевле, что, соответственно, снижает и себестоимость выпускаемой продукции. 
С 2021 г. в Евросоюзе введен запрет на использование одноразовой пластиковой посуды (тарелок, вилок, ножей, соломинок, контейнеров для еды и др.), а также тонких пластиковых пакетов и мешков. Однако, по оценке экспертов, полный запрет на использование гибкой полимерной упаковки (включая пакеты и пленки) не приведет к благоприятным экологическим, экономическим и социальным последствиям. 
Так, например, введение в России полного запрета на полимерную упаковку приведет к росту цен на мясо и рыбу, молочные продукты, бакалею и хлебобулочные изделия. Поэтому полностью отказаться от полимерной упаковки в современных условиях пока не получится. 
Также стоит отметить, что многие пленочные материалы должны 
усаживаться, плотно облегая продукты сложной конфигурации. Неудивительно, что в последнее время технологии ориентации пленок привлекают все большее внимание как переработчиков полимерных материалов, так и производителей оборудования: ориентация способна существенно влиять на физико-механические и оптические свойства пленок, их газопроницаемость, свариваемость и многие другие свойства. 
Ориентация полимерных пленок – это дополнительный процесс 
обработки, который применяется уже после формирования пленки. Несмотря на общность термина, в разных способах ориентации используются совершенно непохожее оборудование и технологические приемы, 
а в зависимости от способа ориентации и сами пленки имеют зачастую 
совершенно несхожие области применения. Поэтому в настоящем пособии авторами рассмотрены основы ориентации полимеров и основные 
современные методы, схемы и оборудование, применяемые при изготовлении ориентированных полимерных пленок. 
Предлагаемое пособие состоит из четырех разделов. 
В первом разделе рассмотрены вопросы, касающиеся теоретических основ ориентации полимеров и взаимосвязи параметров ориентации со свойствами готовых изделий.  
Во втором разделе представлены технологии производства термоусадочных пленок. В частности, подробно описаны такие технологические процессы, как производство ориентированных пленок плоскощелевой экструзией, производство с использованием ширильной рамы, рукавная соэкструзия, методы double-bubble и triple-bubble.  

В третьем разделе приведено описание лабораторной соэкструзионной установки LF-400-CОEХ для производства многослойных пленок. Описаны методики запуска и остановки лабораторной соэкструзионной линии.  
Четвертый раздел содержит лабораторный практикум. В частности, в лабораторных работах 1–4 подробно рассмотрено производство 
многослойных пленок различными способами, а лабораторные работы 
5 и 6 посвящены оценке свойств произведенных пленок. 
Учебное пособие также содержит иллюстративный и графический 
материал, способствующий лучшему пониманию работы соответствующего оборудования. 
В конце каждого раздела приведены контрольные вопросы, предназначенные для проверки и контроля усвоения теоретического материала. 
7 

1 .  О Р И Е Н Т А Ц И Я  П О Л И М Е Р О В
В силу своего длинноцепного строения полимеры обладают одной 
особенностью – анизотропией свойств в продольном и поперечном 
направлении, характерной для полимеров в ориентированном состоянии, когда оси макромолекул и надмолекулярных образований преимущественно располагаются вдоль осей ориентации (вдоль направления 
действия силы). 
Переход полимерных систем в ориентированное состояние происходит, как правило, в условиях деформационных воздействий (внешнего растягивающего напряжения). Данный процесс сопровождается 
изменением конформации макромолекул и перестройкой надмолекулярной организации. Вследствие сложности строения молекул полимеров, а также наличия малых и больших структурных элементов, возможна ориентация как макромолекулы в целом, так и отдельных ее частей. Реализация ориентированного состояния носит релаксационный 
характер, т. е. зависит от соотношения времени релаксации и времени 
действия внешней деформирующей силы. 
1 . 1 .  Т е о р е т и ч е с к и е  о с н о в ы  о р и е н т а ц и и  п о л и м е р о в
В промышленном производстве ориентацию полимеров проводят 
путем их одно- или двухосного растяжения (вытяжки). Ориентационная вытяжка заключается в растяжении при определенных условиях неориентированных полимеров. Одноосно ориентированные полимеры 
(волокна, одноосноориентированные пленки) получают растяжением 
образцов в одном направлении, при этом их длина увеличивается, а поперечные размеры уменьшаются. 
Изменение структуры аморфных и кристаллических полимеров 
в различных условиях при одноосной вытяжке показано на рис. 1.1. 
В исходном (неориентированном) состоянии (рис. 1.1а) макромолекулы находятся в виде клубков (1) или кристаллитов (2), распределенных в аморфной части и связанных проходными участками. При одноосной ориентации макромолекулы аморфных полимеров распрямляются 
(рис. 1.1д), а кристаллические полимеры, претерпевая стадию рекристаллизации, образуют структуру, приведенную на рис. 1.1б. 

Рис. 1.1. Схема образования различных структур при ориентации 
аморфного (1) и кристаллического (2) полимеров: а – изотропное 
состояние; б, д – одноосноориентированное состояние;  
в, г – неориентированное состояние 
Ориентация кристаллических полимеров проходит через образование шейки. Для аморфных полимеров в зависимости от условий – через образование шейки (вынужденная эластичность) или без нее (высокая эластичность). При образовании шейки толщина исходной заготовки резко сужается. Если шейка не образуется, то толщина изделия 
меняется плавно, пропорционально изменению степени вытяжки. 
Если температура вытяжки Т довольно высока или же скорость вытяжки υ очень мала, то при деформировании цепи не будут распрямляться 
(рис. 1.1в, г), т. е. при неблагоприятных условиях макромолекулы успевают отрелаксировать (т. е. вновь частично свернуться). Степень упорядоченности цепей также определяется величиной растяжения λ1. В оптимальных условиях увеличение значения λ1 способствует большему выпрямлению цепей, следовательно, повышает уровень их ориентированности. При неблагоприятных условиях с увеличением λ1 происходит лишь 
утонение заготовки, а структура полимера остается похожей на ту, которая схематично изображена на рис. 1.1в, г. 

Двухосная вытяжка наиболее часто применяется при ориентации 
полимерных пленочных материалов и может осуществляться:  
а) в одну стадию – путем одновременного растяжения пленки 
в двух взаимно перпендикулярных направлениях;  
б) в две стадии – путем растяжения пленки вначале в одном, а затем в перпендикулярном направлении.  
Под действием сил растяжения все элементы структуры ориентируются вдоль направления действия силы. При этом связи между макромолекулами нарушаются, а сами они изменяют свою конформацию 
(распрямляются и сближаются). Распрямление и сближение макромолекул увеличивает межмолекулярное взаимодействие, повышает жесткость цепи (рис. 1.2). 
 
а                                                  б 
Рис. 1.2. Схема расположения макромолекул в неориентированном (а) 
и ориентированном (б) полимерах: I–IV – макромолекулы;  
1–9 – узлы; F – направление действия силы 
Изменение структуры аморфных полимеров при благоприятных 
условиях двухосной ориентации показано на рис. 1.3. 
При одновременной двухосной ориентации (рис. 1.3в) участки 
макромолекул имеют направление, совпадающее с направлением действия растягивающей силы. При одинаковых степенях вытяжки в продольном и поперечном направлениях (λ1 = λ2) наблюдается симметричность структурных элементов в этих направлениях. Если λ1 ≠ λ2 то