Экструзия полимеров пленок и листов

Лебедева
Татьяна Михайловна






БИБЛИОТЕЧКА ПЕРЕРАБОТЧИКА

ПЛАСТМАСС

ЭКСТРУЗИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК и листов

Санкт-Петербург 2009

УДК 678.01.53
ББК 35.719
Л 33





          Лебедева, Т. М.
Л 33 Экструзия полимерных пленок и листов / Т. М. Лебедева (Библиотечка переработчика пластмасс.); — СПб.: ЦОП «Профессия» 2009. — 224 с., ил., табл., сх.
          ISBN 978-5-93913-195-7

          В книге представлены все технологические операции процесса производства пленок и листов: от выбора сырья до контроля качества готовой продукции и устранения дефектов. Отдельные главы посвящены организации и оптимизации производства, а также популярным материалам: термоусадочным и стретч-пленкам.
          Практические советы, таблицы, иллюстрации, схемы делают материал наглядным и доступным как для специалистов (мастеров участков, операторов линий, наладчиков), так и для тех, кто только знакомится с производством.




ББК 35.719
УДК 678.01.53













ISBN 978-5-93913-195-7

Изд-во «Профессия», 2009
© Лебедева Т.М., 2009
© ЦОП «Профессия», 2009

        СОДЕРЖАНИЕ

1. ОБЩИЕСВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ....................................7
    1.1. Технологические операции процесса производства......7
    1.2. Технологическая схема процесса производства рукавной пленки .. .8
    1.3. Различные способы отвода рукава при получении пленки.10
2. СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЛЕНОК.............................11
    2.1. Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) ..................13
    2.2. Линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП).........15
    2.3. Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП)..................16
       2.3.1. Сополимеры этилена с винилацетатом (СЭВ)........18
    2.4. Полиэтилен очень низкой плотности (ПЭОНП) и сверхнизкой плотности (ПЭСНП)........................19
    2.5. Полипропилен (ПП)....................................19
       2.5.1. Сополимеры полипропилена........................21
    2.6. Поливинилхлорид (ПВХ)................................22
    2.7. Общие рекомендации по изготовлению пленок............23
    2.8. Примеры обозначения базовых марок полимерных материалов .. .25
       2.8.1. Полиэтилен......................................25
       2.8.2. Полипропилен....................................26
3. ВХОДНОЙ КОНТРОЛЬ ПОЛИМЕРНОГО СЫРЬЯ........................28
    3.1. Объемные характеристики полимерного сырья............29
       3.1.1. Гранулометрический состав.......................29
       3.1.2. Насыпная плотность..............................31
       3.1.3. Сыпучесть.......................................31
    3.2. Влажность, содержание летучих веществ................32
       3.2.1. Влажность.......................................32
       3.2.2. Содержание летучих веществ......................34
    3.3. Технологические свойства полимеров...................35
       3.3.1. Реологические свойства..........................35
    3.4. Плотность............................................40
4. ОБОРУДОВАНИЕ ЭКСТРУЗИОННОЙ ЛИНИИ..........................42
    4.1. Основные характеристики одношагового экструдера......42
    4.2. Загрузочный бункер и дополнительные загрузочные устройства.................................43
    4.3. Загрузочное отверстие................................46
    4.4. Цилиндр..............................................48
    4.5. Устройство главного привода экструдера...............50
       4.5.1. Электродвигатель................................50
       4.5.2. Механическая передача...........................55
       4.5.3. Редуктор........................................56
       4.5.4. Узел, воспринимающий осевое давление шнека (опорный узел)...................................57
    4.6. Шнек.................................................60

       4.6.1. Типовой шнек.....................................61
       4.6.2. Разновидности типовых экструзионных шнеков.......64
       4.6.3. Смесительные элементы шнеков.....................65
       4.6.4. Изготовление шнеков..............................68
    4.7. Фильтры ..............................................69
       4.7.1. Замена фильтров..................................72
    4.8. Экструзионные головки.................................74
    4.9. Выбор оборудования для производства пленки с раздувом.81
5. РАЗДУВ И ПРИЕМ РУКАВНОЙ ЗАГОТОВКИ...........................82
    5.1. Линия кристаллизации и ее влияние на свойства пленки..82
    5.2. Формы рукавной заготовки..............................84
    5.3. Параметры рукавной заготовки..........................85
    5.4. Охлаждение пленки.....................................88
    5.5. Приемное устройство...................................92
6. ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА РУКАВНОЙ ПЛЕНКИ.................................94
    6.1. Требования к помещениям и инженерным сетям при монтаже экструзионных линий (для администрации)...................94
    6.2. Монтаж и запуск оборудования..........................94
       6.2.1. Действия наладчиков при установке оборудования..95
       6.2.2. Порядок действий при запуске экструзионной линии.97
    6.3. Процесс производства пленки..........................100
       6.3.1. Требования к работе оператора при отлаженном технологическом режиме.................................100
    6.4. Правила эксплуатации экструзионного оборудования.....102
    6.5. Порядок действий при остановке линии.................104
7. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ЭКСТРУЗИИ.............................105
    7.1. Выбор температурных и технологических режимов........105
    7.2. Регулировка толщины пленок...........................108
    7.3. Регулировка ширины пленок............................109
    7.4. Улучшение свойств пленки.............................111
       7.4.1. Улучшение оптических свойств....................111
       7.4.2. Улучшение механических свойств..................113
8. ПРОИЗВОДСТВО ПЛОСКИХ ПЛЕНОК И ЛИСТОВ.......................114
    8.1. Технологический процесс экструзии плоских пленок методом щелевой экструзии................................114
       8.1.1. Технологические стадии производства пленок щелевым методом.................................115
       8.1.2. Плавление гранул и гомогенизация расплава.......116
       8.1.3. Формование полотна..............................116
       8.1.4. Охлаждение пленки...............................122
       8.1.5. Ориентация пленок, полученных плоскощелевым методом .. 127

    8.2. Технологический процесс экструзии листов............131
    8.3. Виды брака плоских пленок и листов..................137
9. ТЕРМОУСАДОЧНЫЕ ПЛЕНКИ......................................138
    9.1. Сырье для производства термоусадочных пленок.........139
    9.2. Типы и марки термоусадочных пленок, условные обозначения ... 141
    9.3. Особенности технологического процесса производства термоусадочной пленки....................................143
    9.4. Свойства и характеристики термоусадочных пленок, факторы, их определяющие..........................................146
10. СТРЕТЧ-ПЛЕНКИ............................................151
    10.1. Классификация счретч-пленок........................152
    10.2. Сырье для производства стретч-пленок...............154
    10.3. Основные свойства стретч-пленок....................155
    10.4. Особенности процессов производства стретч-пленок...157
        10.4.1. Экструзия с раздувом рукава..................157
        10.4.2. Плоскощелевая экструзия (экструзия через щелевую фильеру) ....................157
    10.5. Сравнительная характеристика термоусадочных пленок и стретч-пленок.........................................159
11. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ......................161
    11.1. Методы испытаний...................................162
    11.2. Оценка прочностных свойств........................ 164
        11.2.1. Испытание на прочность при растяжении (ISO 527, ГОСТ 14236-81)..............................164
       11.2.2. Метод падающего груза (стандарт ASTM D1709, метод А) ... 165
       11.2.3. Динамические испытания (DIN 53373) ...........166
    11.3. Оценка оптических свойств..........................167
       11.3.1. Оценка блеска (ISO 2813)......................168
       11.3.2. Оценка мутности (ISO 1003)....................169
       11.3.3. Измерение показателя преломления и пожелтения..169
       11.3.4. Измерение прозрачности (ASTM D1746)...........170
    11.4. Оценка физических свойств..........................170
       11.4.1. Определение коэффициента трения (ISO 8295) ...170
       11.4.2. Метод определения сопротивления раздиру (ISO 6383/2) .. 171
       11.4.3. Определение плотности (ASTM D1505)............172
       11.4.4. Измерение величины усадки (ASTM D2732)........173
        11.4.5. Оценка жесткости (ASTM D2923)................173
       11.4.6. Определение слипания (ASTM D3354).............174
        11.4.7. Оценка стойкости к воздействию атмосферных условий (ASTM D1435)..........................................174
        11.5.8. Испытания на истирание (ASTM D1044, ASTM D1242).... 174
        11.4.9. Определение степени сопротивляемости царапанию (ASTM D673)...........................................175

    11.5. Стандарты технических характеристик для некоторых полимерных пленок......................................175
       11.5.1. Стандартные технические условия для пленок ПЭНП (общего назначения и для упаковки) ....................175
       11.5.2. Стандартные технические условия для пленок ПЭСП и пленок всех типов ПЭ (общего использования и для упаковки) .. 175
       11.5.3. Стандартные технические условия для пленок ОПП.176
    11.6. Примеры условных обозначений пленочных изделий......176
12. ДЕФЕКТЫ ПЛЕНКИ И СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ................178

13. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ЭКСТРУЗИОННЫХ ЛИНИЙ ..188
    13.1. Регламентные работы.............................188
    13.2. Чистка оборудования.............................188
       13.2.1. Профилактика застойных зон.................191
       13.2.2. Профилактика нагара........................192
       13.2.3. Чистящие композиции........................194
14. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА........................198
    14.1. Техника безопасности при обслуживании экструзионного оборудования..........................................198
       14.1.1. Общие положения............................198
       14.1.2. Безопасность при обслуживании и эксплуатации экструзионного оборудования........................198
       14.1.3. Безопасность работников при работе с экструзионным оборудованием......................................199
    14.2. Токсичность перерабатываемого сырья.............201
       14.2.1. Поливинилхлорид............................201
       14.2.2. Полиэтилен.................................202
       14.2.3. Полипропилен...............................202
       14.2.4. Сополимер этилена с пропиленом.............203
15. ПРИЛОЖЕНИЯ............................................204
    15.1. Технологическая карта...........................204
    15.2. Операционная карта..............................205
    15.3. Методы испытаний пластмасс......................206
    15.4. Способы идентификации полимерных пленок.........208
    15.5. Стандартные размеры пленок......................210
    15.6. Характеристика физико-химических, пожаровзрывоопасных и токсичных свойств веществ, вьщеляющихся при переработке полимерного сырья.....................................211
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.........................................212

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.........................................215

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ

1.1. Технологические операции процесса производства

4

5

6

7

8

9

10

11

\1

13

14

15


7

    1.2. Технологическая схема
    процесса производства рукавной пленки

    Технологическая схема установки для производства рукавной пленки показана на рис. 1.
      Подсушенные гранулы с помощью пневмо- или вакуумного устройства (7) подаются в бункер (2) экструдера (3). Под действием силы тяжести гранулы продвигаются вниз и заполняют межвитковое пространство шнека в зоне питания. Вращающийся шнек продвигает полимер вдоль цилиндра в последующие зоны и в формующую кольцевую угловую головку (4). В головке расплав рассекается дорном, приобретая на выходе форму рукава (7).
      Охлаждение поступающим из щели кольца воздушного охлаждения (5) воздухом придает экструдату формоустойчивость. Момент затвердевания расплава, а для кристаллизующегося полимера — кристаллизации фиксируется появлением характерной границы помутнения рукава, так называемой линии кристаллизации. До этой линии экструдат-рукав растягивается по длине тянущими валами (9), а по диаметру раздувается воздухом, находящимся внутри рукава.
      Раздув рукавной заготовки обеспечивается подачей воздуха через специальный канал, соединенный с ресивером и компрессором. Воздух подается периодически по мере его утечек при возникновении в рукаве разрывов (например, при попадании инородных включений в экструдат), а также через неплотно прилегающие друг к другу слои пле нки в зазоре между тянущими валками (в случае существенной разнотолщинности пленки).
      После линии кристаллизации вытянутая в двух либо в одном направлении пленка (10) продолжает охлаждаться за счет воздуха окружающей среды. Затем пленку постепенно складывают расходящиеся под некоторым углом щеки (£), которые выравнивают длину пути различных участков по периметру рукава и предотвращают появление поперечных складок.
      Движение и вытяжка пленки осуществляются плотно прижатой к ней парой промежуточных валов (77), один из которых обрезинен. Далее рукав в сложенном виде либо разрезается по бокам ножами (12) и наматывается на две бобины (13) одинарным слоем либо не разрезается и наматывается двойным слоем на одну бобину.
      Отрезанные кромки поступают на переработку в гранулятор и вновь добавляются в первичный полимерный материал.


8


t____________________________________________________________

— пневмозагрузчик;
                                                        2   — бункер;
                                                        3   — экструдер;
                                                         4  — формующая головка с адаптером;
                                                         5  — кольцо воздушного охлаждения;
                                                        6   — кольцевой бандаж;
                                                        7   — рукав;
                                                        8   — складывающие щеки;
9  — тянущее устройство (тянущие валы);
                                                        10 — полотно пленки;
                                                        11 — промежуточные валы;
                                                        12  — режущее устройство;
                                                        13  — узел намотки пленок

Рис. 1. Технологическая схема установки для производства пленки рукавным методом с приемкой рукава вверх

2

3

4

5

6


7

8

9

10

11

\1

13

14

15


9

    1.3. Различные способы отвода рукава при получении пленки



Таблица 1. Преимущества и недостатки различных способов отвода рукава

     Способ                    Преимущества и недостатки               
Отвод рукава     1. Экономия производственных площадей.                
вверх            2. Возможна большая толщина пленок, так как рукав     
                 принимается тянущими валками.                         
                 3. Поворот потока расплава на 90° в головке повышает  
                 стоимость изготовления оснастки.                      
Отвод рукава     1. Значительное снижение стоимости формующей          
в горизонталь-   головки, более равномерный выход потоков расплава     
ном направле-    из формующей части по всему периметру.                
нии              2. Рукав будет иметь большую разнотолщинность.        
                 Пояснение: поскольку тепловые потоки движутся         
                 снизу вверх, при остывании и деформировании           
                 экструдата его верхняя часть будет иметь более        
                 высокую температуру, что приведет к большей вытяжке   
                 и раздуву этой части пленки.                          
                 3. При получении толстых пленок рукав прогибается под 
                 действием силы тяжести, что приводит к его обрыву     
                 либо к большой разнотолщинности.                      
Отвод рукава     1. Позволяет использовать ту же угловую головку, что и
вниз             при схеме отвода вверх.                               
                 2. Применим к получению тонких пленок. Пояснение:     
                 при получении толстых пленок наблюдается              
                 значительная самопроизвольная вытяжка экструдата      
                 вплоть до обрыва под действием силы тяжести           
                 пленочного рукава.                                    
Прием рукава     1. Резко уменьшается время охлаждения рукава, процесс 
в воду (для П ВХ ускоряется.                                           
и ПП)            2. При быстром охлаждении расплава происходит         
                 большая аморфизация кристаллизующихся полимеров.      
                 3. Применение охлаждающей циркуляционной воды и       
                 соответствующего оборудования удорожает установку.    

10