понедельник, 23 января 2012 г.

Проблемы упаковщиков


Автор данной статьи прекрасно, с присущим ему юмором и очевидным профессионализмом описал  насущные проблемы руководителей предприятий, стоящие перед ними в процессе выбора «одежки» для своего продукта. Мы полностью придерживаемся мнения автора относительно того, что выбор оптимально соответствующей вашим требованиям упаковки –сложный и трудоемкий  процесс, который стоит доверять только профессионалам.  
В настоящее время в любой работе все менее ценится энтузиазм и более — профессионализм. Руководители компаний приходят к пониманию того, что решение каждой узкой задачи требует профессиональной подготовки и опыта. В противном случае оно не только займет много времени, но может и нанести предприятию ощутимый экономический ущерб. Где же взять специалиста, а главное, как удостовериться, что он — специалист?
Недавно захожу в магазин «Автозапчасти» (надо заменить старый радиатор на новый), и так как я дилетант в области устройства автомобиля, спрашиваю, чем по своим характеристикам отличается алюминиевый радиатор от медного. «Ну, как?» — отвечает продавец — «Один из алюминия, другой — из меди». Минуту спустя в магазин заходит очередной покупатель, и продавец (!) с моим вопросом обращается к нему. Это он таким образом решил мне помочь (!). Покупатель дал очень подробные разъяснения...
Затем я поинтересовался у продавца, есть ли в наличии «ремкомплект кулисы». На этот вопрос он отреагировал также по-деловому: открыл техническое руководство по эксплуатации и попросил показать на схеме те запчасти, которые входят в ремкомплект. Так я из покупателя в магазине превратился в студента на экзамене. В завершение стоит сказать, что ремкомплекта в магазине не оказалось.
Приведенный пример — всего лишь одна из множества ситуаций, с которыми мы сталкиваемся ежедневно как в быту, так и на работе.
Выбирая оптимальный упаковочный материал для своего товара, производитель вынужден собрать и проанализировать колоссальный объем информации

Аналогичные трудности возникают и у работников отдела снабжения предприятий, производящих, например, продукты питания или бытовую химию, в процессе размещения заказа на изготовление гибкой упаковки. Конечно, крупные компании уже неплохо изучили рынок упаковочных материалов и вполне могут обойтись без посторонних советов, но что в этой ситуации делать новичку? В условиях развивающегося производственно-фасовочного рынка количество предприятий, впервые столкнувшихся с проблемой выбора гибкой упаковки, непрерывно возрастает. Упаковка способна вывести в розничную торговлю многие продукты сельского хозяйства и промышленности, которые ранее продавались на развес и были представлены на рынке только в оптовой таре. Теперь, когда, условно говоря, директор оптовой базы видит, что даже неочищенные расфасованные семечки пользуются спросом, он непременно попытается их как-то упаковать. Но заказчик-новичок вряд ли сможет самостоятельно найти оптимальное решение. Рассмотрим его первые шаги.

Первая покупка
Заказчик обращается в близлежащую компанию по производству гибких упаковочных материалов или в ту, название которой показалось ему наиболее убедительным. Выбор иногда осуществляется по совету друзей или коллег. Если компания имеет достаточный ассортимент материалов, а заказчику требуется небольшая партия товара (1–2 тонны), ему, скорее всего, будет предложено на выбор несколько позиций, причем наиболее активно будет предлагаться именно тот материал, который продать в данный момент просто необходимо. Причины такой необходимости могут быть совершенно разные: остаток на складе от крупной партии; подходящий к концу срок годности материала (как это бывает с пленками, обработанными коронным разрядом, а также с материалами, покрытыми клеем для холодной сварки), и, наконец, желание продать более дорогую пленку, чтобы больше заработать. Вполне вероятно, что все эти предложения будут в той или иной мере способны удовлетворить потребность заказчика в упаковке его продукта, но более всего в данном случае будут удовлетворены желания продавца. Впрочем, никто никого не обманывает, просто на данном этапе в качестве потребителя упаковки наш заказчик просто не в состоянии грамотно сформулировать свои потребности. Он знает, что продукт надо как-то упаковать, что-то покупает и действительно как-то упаковывает. Если в своей первой попытке найти хорошую упаковку заказчик проявит некую целеустремленность и рвение, то упаковочный материал может быть куплен даже слишком хороший. Правда, затраты на него в данном случае будут совершенно неоправданны. Продавец же не обязан подбирать для покупателя упаковочный материал с идеальным соотношением цены и качества, тем более, когда заказчик сам не вполне определился, какое качество материала для него оптимально.

Авторская справка

Как подготовиться к заказу упаковки
Если невозможно прибегнуть к услугам эксперта, то перед заказом упаковки необходимо самостоятельно детально проработать основные определяющие факторы.
· Определить требования, предъявляемые к упаковке рынком, упаковываемым продуктом и упаковочной машиной. Рынок может диктовать объем, форму, материал и даже цвет упаковки; продукт — упаковочный материал, среду внутри упаковки, конструкцию и прочностные свойства упаковки; оборудование — конструкцию, объем, упаковочный материал. Некоторое влияние на форму и прочностные свойства материала могут оказывать способы транспортировки и хранения продукта.
· Согласовать все требования между собой и выработать оптимальное комплексное решение.
· Отразить все выбранные свойства в спецификации на упаковку и использовать ее в качестве приложения к контракту на поставку упаковки. Логично, если создание спецификации будет иметь следующий алгоритм:
• целостность упаковки (наличие всех комплектующих, заявленных в контракте);
• краткое описание всех функциональных свойств упаковки (открывание, закрывание, переработка на машине и др.);
• допустимый диапазон ключевых геометрических параметров и их отклонений (длина, ширина, высота упаковки и ее комплектующих);
• допустимый диапазон основных прочностных показателей и их отклонений (плотность, толщина, прочность на разрыв и прокол, продавливание, раздирание и др.);
• необходимые для данного продукта барьерные свойства;
• оптимальный для продукта состав газовой среды внутри упаковки;
• номера фиксированных понтонов;
• линиатура и показатель несовмещения красок;
• частные особенности, присущие каждому конкретному заказу.

· Предусмотрите до подписания контракта проведение производственных испытаний упаковочного материала и транспортных испытаний продукции, упакованной в новый упаковочный материал.
· Детально опишите в контракте процедуру согласования дизайна и подписания первого оттиска.
Упаковка на производстве
Итак, заказчик купил некий материал, привез его на предприятие и начинает упаковывать свой продукт. Результаты этих попыток могут быть самые разные. Проблемы, возникающие при упаковке продукта на производстве и зависящие исключительно от качества и свойств упаковочного материала, могут быть вызваны следующими причинами:

  • узкий температурный диапазон сварки упаковочного материала;
  • недостаточные или избыточные значения физико-технических показателей материала (толщина, эластичность, сопротивление разрыву, проколу, удлинение и др.);
  • неравномерность намотки в случае использования рулонных материалов;
  • деформированная втулка;
  • отсутствие или неправильное нанесение фотометки (в случае фиксированного рисунка на упаковке);
  • избыточный статический заряд на материале;
  • другие нюансы, определяемые конкретным случаем и зависящие от упаковываемого продукта и требований технологии.
Проблемы дистрибуции 
Даже если товар удалось упаковать, это еще совсем не гарантирует того, что продажи достигнут изначально предполагаемого уровня. Здесь нашего заказчика могут подстерегать другие опасности:

  • неправильное размещение изображения. Может оказаться, что рисунок попадает на сварные швы; 
  • пробелы на упаковке замедляют фасовочный процесс;
  • неправильный штрих-код. Продукт не сможет распространяться в сети супермаркетов и правильно отслеживаться на крупных торговых базах и терминалах. В случае совпадения неправильного штрих-кода со штрих-кодом другого товара может возникнуть судебное разбирательство;
  • недостаточные или избыточные прочностные свойства упаковочного материала. Упаковка может, как рассыпаться в руках потребителя, так и быть абсолютно неприступной при открывании;
  • упаковка может не обеспечивать сохранности при транспортировке и хранении;
  • упаковка может не предотвратить преждевременную порчу продукта до истечения срока годности;
  • упаковка может быть не воспринята целевой группой в силу ее недостаточной или избыточной презентабельности;
В лучшем случае заказчик осознает все эти проблемы по мере их возникновения (на производстве и в процессе продаж). Худшим же вариантом является абсолютное неведение относительно того, почему остановилось производство, а количество бракованной и нереализованной продукции огромно.
Второй вариант безнадежен и срочно требует квалифицированного вмешательства, поскольку продолжение самостоятельных действий повлечет за собой бесконечное хождение по новым поставщикам и повторение замкнутого цикла лишь с некоторыми отличиями, подробное рассмотрение которых не имеет смысла. Но предположим, что первый опыт не пройдет бесследно и заказчик не только сделает некоторые выводы о причинах своих проблем, но и отважится на продолжение производственного эксперимента.
 Вторая покупка упаковочного материала
Итак, заказчик отследил некоторые из возможных проблем, так или иначе связанных с качеством упаковочного материала, выбрал в качестве поставщика именно ту компанию, материалы которой не имеют уже знакомых ему дефектов, и сделал заказ. Действительно, знакомых проблем не возникло. Возникли незнакомые, провоцируемые факторами, не попавшими в поле зрения в первый раз. Кроме того, в большинстве случаев при возникновении проблем на производстве дефекты упаковочных материалов могут влиять на упаковочный процесс как индивидуально, так и в совокупности. А для того, чтобы новоиспеченный специалист по упаковке свободно ориентировался в технологиях, материалах и поставщиках, необходим опыт, а в некоторых случаях и специальное образование. Конечно, с течением времени эти проблемы можно решить, если оно (время) в промежутках между менеджментом и производством «семечек» у него найдется.

Что же делать сейчас?Есть три выхода из сложившейся ситуации. Два из них, упоминавшиеся ранее, чрезвычайно длинны: пойти в специализированный институт или несколько лет набираться опыта, многократно «набивая шишки». Третий путь представляется наиболее коротким и эффективным. Это помощь независимого эксперта, который рассмотрит все возможные варианты и определит наиболее подходящий для данного конкретного продукта и используемого упаковочного оборудования. По отдельной договоренности эксперт может также провести ценовой тендер на этот материал среди поставщиков и выбрать наиболее качественный (при приемлемой цене). Кроме того, эксперт поможет сузить выбор поставщиков, исходя из возможностей их печатного оборудования, что в дальнейшем позволит обеспечить необходимое качество печати. Причем, вполне вероятно, что оплата услуг эксперта будет практически незаметна для предприятия, благодаря экономии на цене упаковочного материала, отсутствию брака и простоев оборудования.
Качество в большинстве своем будет соответствовать заявленному в контракте, и возвраты некачественного упаковочного материала станут практически анахронизмом. Если же по каким-либо причинам поставка некачественного упаковочного материала все же произойдет, то заранее согласованная процедура возврата позволит в считанные часы урегулировать возникшие разногласия, заменить партию упаковочных материалов или получить денежную компенсацию. В целях поддержания своего имиджа эксперт заинтересован провести оценку каждой конкретной ситуации максимально четко и корректно.
Кто такой эксперт и где его найти?По логике вещей, экспертом в области упаковки может стать человек с высшим специальным образованием, проработавший несколько лет в НИИ, ВУЗе, РОСТЕСТе, отделах R&D русских и зарубежных компаний, досконально знающий свойства материалов и требования, предъявляемые к ним упаковываемыми продуктами, владеющий базой достоверной информации о поставщиках и дистрибуторах материалов. Он может иметь ученые степени в специальных отраслях наук и продолжать заниматься исследованиями в упаковочной области. Кроме того, он должен обладать аналитическим складом ума и огромным практическим опытом. В России в настоящий момент институт экспертной оценки еще не сложился. В той или иной степени независимой экспертизой могут заниматься сотрудники вышеперечисленных организаций, независимых сертификационных лабораторий, а также технические специалисты и торговые представители крупных зарубежных компаний.

Кто и почему не может являться экспертом?Прежде всего, совершенно нецелесообразно привлекать к экспертной оценке менеджеров по продажам мелких и средних фирм, производящих гибкую упаковку, но не имеющих специального образования в этой области. Не стоит забывать, что технические и маркетинговые знания в области упаковки, приобретенные ими в процессе работы, не носят систематического характера и вряд ли позволят провести всесторонний анализ материалов и производителей. Кроме того, желание приобрести нового заказчика будет являться своего рода фильтром, сквозь который будет просеиваться вся предоставляемая информация. В связи с этим, ожидать от них объективной оценки не приходится. Очевидно, что преимущества упаковочных материалов конкурентов заявлены и проанализированы не будут. Скорее всего, вместо аналитического отчета, обратившийся за экспертной оценкой получит хвалебную оду материалам фирмы, на которую работает «эксперт». Например, если искомый материал изначально был заявлен как трехслойный, а данная компания производит только двухслойные, то вместо того, чтобы, предоставить клиенту список компаний, выпускающих этот ламинат, предоставляется информация о двухслойном материале со сходными печатными, прочностными и барьерными свойствами. Иногда применение такого материала может в действительности оказаться рациональнее. Дело не в этом. Просто этот пример наглядно демонстрирует, чьи интересы преобладают. Исключение составляют менеджеры крупных упаковочных компаний. Примерно 90% наших соотечественников, работающих в иностранных или совместных компаниях и являющихся ведущими менеджерами по продажам упаковочных материалов в России, имеют высшее специальное образование, а иногда и ученую степень. Они, конечно, также заинтересованы в приобретении новых клиентов на долгосрочной основе, но имиджем (собственным и компании) дорожат больше, чем разовыми продажами неопытным заказчикам. Поэтому информация, предоставляемая этой категорией менеджеров, скорее всего, достоверна и объективна, но и они не обязаны рекламировать товары своих конкурентов.

Авторская справка

Нужны консалтинговые фирмы
К сожалению, в настоящий момент в России статус эксперта совершенно не ясен и ничем не закреплен. Отсутствуют какие-либо организации и процедуры, подтверждающие право, возможность и способность того или иного специалиста считаться экспертом в какой-либо области упаковки. Это неудобно как для предприятий, желающих воспользоваться услугами эксперта, так и для самих экспертов. Оценивать выбранного эксперта можно только исходя из рекомендаций коллег или своего собственного опыта. К тому же услуги, описываемые в данной статье, в 99 случаях из 100 представляют из себя не что иное, как услуги высококвалифицированных специалистов, привлеченных к работе на период выполнения какого-либо проекта. За рубежом этим занимаются консалтинговые фирмы, сдающие внаем своих специалистов. На наш взгляд, создание в России упаковочной консалтинговой фирмы, позволило бы решить многие связанные с упаковкой проблемы малого и среднего бизнеса.
Что поручить эксперту?От принятия решения о производстве фасованной продукции до ее выпуска производитель должен пройти множество последовательных этапов, некоторые из которых он может поручить сторонним лицам или даже организациям. Что же из этого поручить эксперту? Экспертом является специалист, способный вынести квалифицированное решение по каким-либо отдельным специальным вопросам. При этом предполагается наличие исчерпывающей информации, необходимой для проведения экспертной оценки.
Принятие отдельного решения и проведение всего цикла работ — категории разного порядка. Строго говоря, в понятие экспертной оценки не входит такая деятельность, как маркетинговое исследование рынка и проведение ценового тендера, а также организационная работа по заказу упаковки (разработка и согласование оригинал-макета, подписание цветопробы и печатного оттиска, контроль за выполнением заказа и осуществление приемки). Конечно, каждый эксперт вполне в состоянии заняться всеми этими видами работ при наличии свободного времени и отдельной договоренности, но в этом случае его работа будет напоминать скорее работу наемного высококвалифицированного специалиста, нежели экспертизу. В данном случае эксперту можно поручить поиск оптимального упаковочного материала для конкретного продукта и имеющегося упаковочного оборудования. Кроме того, экспертной оценкой может являться заключение о том, какой класс упаковочных машин способен воспроизвести требуемый уровень печати на конкретном материале.
Достоинства и недостатки работы с привлеченными специалистами
В первую очередь, стоит отметить, что действительно высококлассных экспертов/приглашенных специалистов «мало, и на всех их не хватает». Директору предприятия, принимающему решение о привлечении к работе специалиста, следует реально учитывать специфику совместной работы. Строго говоря, экспертная оценка той или иной ситуации ни одному предприятию помешать не может. Напротив, квалифицированная оценка поможет грамотно сориентироваться на рынке упаковочных материалов и услуг по изготовлению упаковки. Другое дело, когда специалист привлекается на длительный срок.

Проблематика такого рода сотрудничества заключается в том, что специализация приглашенного может оказаться слишком узкой для данного предприятия. Например, блестящие знания в области химии и технологии производства упаковочных материалов совершенно не гарантируют аналогичных знаний в области печати и наоборот. Поэтому изначально необходимо реально оценить сферу деятельности и объем работ, которые перепоручаются эксперту/приглашенному специалисту. Необходимую информацию о квалификации эксперта/приглашенного специалиста можно получить у других потребителей или в той организации, где он работает.
У совместной работы есть ряд преимуществ.
Экономия времени. Приглашая специалиста, предприятие значительно экономит время своих сотрудников. Наличие обширной базы данных и, конечно, опыта работы позволяет ему быстро выбрать оптимального производителя упаковочных материалов. Например, для того, чтобы проработать весь рынок в поисках фирмы-изготовителя, предлагающей оптимальное соотношение цены и качества требуемого упаковочного материала, заказчику нужно около недели, а высококвалифицированному специалисту — 1–2 часа. Конечно, вопросы технического характера требуют более детальной проработки и дополнительного времени.
Возможность «убить двух, а то и трех зайцев». Как правило, российские эксперты многопрофильны и могут решить многие связанные с упаковкой вопросы, накопившиеся на предприятии. Например, в случае разработки проекта по упаковке вафельного торта в прозрачную пленку и картонную коробку, экспертом может быть дана мотивированная рекомендация по установке того или иного упаковочного автомата, оценены возможности печатного оборудования потенциальных поставщиков картонной упаковки, рассмотрены свойства пленок без печати всех возможных поставщиков. Приглашенный же специалист может отследить все эти работы от начала до конца. Его работа начинается на этапе выбора материалов и оборудования и заканчивается выпуском готовой упакованной продукции.
Экспертом в области упаковки может стать человек, досконально знающий свойства материалов и требования, предъявляемые к ним продуктами, владеющий базой достоверной информации о поставщиках
 Исключение результатов проблем на стадии подготовки документов. Эксперт, как правило, более опытен, чем заказчик. Ежедневно ему приходится прорабатывать огромное количество задач, у многих из которых уже существуют готовые решения. Заказчик иногда даже и не подозревает, как много проблем может возникнуть в связи с неупорядоченной процедурой приемки-сдачи работ, согласования дизайна и подписания оттисков. Например, если не удостовериться в качестве первого печатного оттиска, можно получить упаковку с нечетким изображением, размытыми краями и другими дефектами печати. Если же все необходимые документы были подготовлены экспертом, в договоре обязательно будет отмечено, что полная оплата заказа будет произведена только после подписания первого печатного оттиска и приемки первой партии. Также в договоре эксперт может учесть любые другие интересы заказчика, например, длительный срок «обнаружения скрытых недостатков упаковки». Этот пункт выгоден заказчику тем, что до его истечения производителю могут быть предъявлены претензии по качеству партии упаковки. Производитель старается занизить этот срок, и таким образом снять с себя ответственность за дефекты, обнаруженные позднее. Кроме того, большинство договоров на поставку упаковочных материалов написаны шаблонно, без необходимых подробностей. Основной их недостаток заключается в том, что они не содержат описаний всех этапов работы. Зачастую такие документы не только не защищают интересы заказчиков, но и не учитывают интересов самих производителей.
Высокая конкурентоспособность упаковки. Качество упаковки, изготовленной под наблюдением эксперта, будет по крайней мере не ниже качества упаковки конкурентных товаров. Сделать это довольно просто, если владеть информацией о технологиях изготовления упаковки конкурентов. Эксперт, как правило, обладает такой информацией. Кроме того, свободное оперирование техническими тонкостями позволяет эксперту добиться от производителей максимально возможного высокого уровня печати. В классе упаковки товаров массового спроса наиболее распространена линиатура 42 лин/см. Если же необходимо вывести продукт в более дорогую ценовую нишу, лучше использовать линиатуру 52–58 лин/см. Конечно, надо понимать, что некоторые фирмы действительно не могут получать более высокую линиатуру печати по причине отсутствия соответствующих анилоксовых валов. Большинство же фирм может, но не хочет, поскольку печать с более высокой линиатурой выполнить технически сложнее. Очень часто заказчики соглашаются со значением параметра несовмещения красок 0,2 мм, в то время как на аналогичном оборудовании этот показатель может достигать 0,08–0,1 мм.
Экономическая выгода. Эксперт обладает базой прайсов разных производителей и поставщиков упаковочных материалов, следовательно, у каждого заказчика, обращающегося к эксперту, есть возможность выбрать оптимальное предложение.
Итак, все обстоятельства говорят о том, что прибегать к услугам экспертов иногда очень даже полезно. Спасательным кругом их, конечно, не назовешь, но они вполне в состоянии придать вашему «кораблю» дополнительную плавучесть на волнах рынка. Ну уж, а если штормит, а Вы совсем не умеете плавать...

пятница, 20 января 2012 г.

Сварка трением и вибротрением, лазером, ядерная сварка термопластов

Сварка трением и вибротрением.

 Способ сварки трением - двухэтапный процесс. Первый этап- нагрев, второй-осадка. В процессе нагрева деталей в зоне контакта при трении различают три периода. Первый- это притирка (сухое трение), сопровождаемая незначительным выделением теплоты. Под воздействием давления и высоких скоростей перемещения трущихся поверхностей отно-сительно друг друга в начальный момент (при недостатке теплоты) происходит разруше-ние неровностей в зоне контакта, а не течение расплава, как это имеет место при уже раз-вившемся и перешедшим в квазистационарную фазу процессе. Выделяющая при трении теплота ведет к снижению вязкости поверхностного слоя и коэффициента трения, поэтому необходимо повышать давление прижима свариваемых деталей с целью увеличения коли-чества теплоты, выделяющийся в единицу времени.
 Второй период соответствует разрушению поверхностных пленок и взаимодействию чистых поверхностей, что сопровождается явлением адгезии трущейся пары. При этом происходит заметное выделение теплоты. Третий переход сопровождается адгезионным процессом по всей трущейся поверхности. Этот установившийся процесс нагрева и оп-лавления является наиболее важным периодом и фактически он определяет длительность нагрева свариваемых деталей.
 При сварке трением механическая энергия в зоне контакта свариваемых деталей превращается в тепловую. За счет выделяющейся на трущихся поверхностей теплоты происходит переход термопластичного материала в вязкотекучее состояние. После дос-тижения необходимого нагрева процесс трения прекращают и детали соединяют путем осадки.
 Трением можно сваривать подавляющее большинство термопластов, имеющих ста-бильную вязкость в широком диапазоне температур: полиолефины, полиамиды, органиче-ские стекла (полиметилметакрилат), полиформальдегиды, полистирол, поликарбонаты. При помощи трения можно получить неразъемные соединения деталей из разнородных пластмасс, а также обеспечивать надежные сварные соединения деталей, выполненных из непластифицированного пластифицированного ПВХ.
 Обычно при сварке ПВХ, полиолефинов, ПА время сварки при трении вращением со-ставляет 3-25 с. Средние скорости вращения должны быть не менее 1,5-3 м/с, что для де-талей небольших диаметров (прутков) соответствует 9-10 об/с. При сварке прутков из оргстекла число оборотов должно быть увеличено до 13 об/с и более. Для стыковки пруд-ков диаметром 25 мм необходимо 100 об/с. При сварке кристаллических полимеров с уз-ким интервалом вязкотекучего состояния требуется строгое ограничение времени тормо-жения шпинделя станка по окончании оплавления.
 Перед сваркой трением детали из ПА, ПК необходимо подвергать нагреву. Этим по-лимерам свойственно повышенная гигроскопичность, они поглощают влагу из воздуха. Сварка влажных деталей не позволяет получить сварные швы высокой прочности.
 Лучше подвергаются сварке трение детали из жестких пластмасс, в частности, свар-кой трением можно соединять трубы при строительстве трубопроводов малых и средних диаметров.

 Сварка излучением


 Сварка инфракрасным излучением


 Процесс нагрева свариваемых термопластов ИК – излучением основан на свойстве лучей отдавать свою энергию поглощающим телам. Поглощение сопровождается превра-щением переносимой электромагнитной энергии в тепловую, что приводит к повышению температуры облучаемого тела, ИК – спектр имеет длинны волн 0,4-1000 мкм, т.е. от гра-ницы видимого красного света до коротковолновой части миллиметрового диапазона. ИК – лучи обладают всеми свойствами видимого спектра. Они также отражаются, преломля-ются и поглощаются. Если частота ИК - лучей совпадают с собственной частотой колеба-ний элементарных частиц облучаемого вещества, то происходит так называемая резо-нансное поглощение, т.е. превращение электромагнитной энергии в тепловую.
 Нагрев ИК – излучением отличен по своей природе от других способов нагрева. Разо-вая среда (воздух) не препятствует теплопередаче с поверхности излучения на нагревае-мую поверхность, т.е. отсутствие прямого контакта между рабочей поверхностью излуча-теля и нагреваемой поверхностью не является препятствием для передачи лучистой энер-гии.
 Различные термопласты по-разному поглощают лучистую энергию, и это поглощение происходит не только нагреваемой поверхностью, но и в зависимости от степени прозрач-ности материала с внутренними слоями, что определяет также глубину прогрева. Сочетая мощность лучистого потока с поглощающей способностью облучаемого материала, мож-но в широких пределах регулировать процесс плавления материала.
 Источник ИК – излучения – самый важный элемент сварочных установок и уст-ройств, предназначенных для свариваемых деталей и термопластов. В зависимости от свариваемых деталей излучатель помимо большой интенсивности должен либо обеспечи-вать получение без специальных оптических устройств, узкого вытянутого луча, либо, на-оборот, облучать значительную площадь.
 Источник ИК – излучения, применяется для сварки пластмасс, должен иметь регули-руемую в широком диапазоне мощность лучистой энергии. Распределение энергии от ис-точника излучения должно быть равномерным, и рабочая поверхность излучения не должна искривляться в процессе нагрева, потому что искривление приводит к неравно-мерности поля излучения.
 Из применяемых на практике источников ИК – излучения наиболее приемлемы для сварки термопластов – силитовые стержни и нагреватели из хромистой стали. Эффектив-но могут быть использованы также кварцевые лампы стержневого типа.


Сварка лучом лазера.



При сварке термопластов лучом лазера нагрев соединяемых поверхностей достигает-ся в результате превращение лучевой энергии лазера в тепловую в месте фокусировки лу-ча. Особенностью лазерного излучения состоит в его способности создавать в фокусе мощность значительной плотности. Для этого когерентный луч при помощи специальных линз собирается в узкий пучок, достигающий десятых долей миллиметра.
 Непрерывно действующий СО2-лазер мощностью 1 кВт позволяет в фокальном пятне диаметром 0.1мм получить плотность тепловой мощности 3 мВт/см2. Применение лазеров для сварки различных материалов стало возможным в настоящие время в связи с появле-нием относительно дешевых молекулярных газовых лазеров, в частности, работающих на СО и СО2. Лазерная сварка оказалась эффективной при соединении тонких полимерных пленок. При этом получены очень высокие скорости.
 Характер излучения лазерной установки должен соответствовать поглощающим свойствам материала.
 Для сварки полимерных материалов могут быть использованы не только лазерные сварки лазеры, генерирующие лучи с длинной волны 10.6мин, но и лазеры на твердых кристаллах.

Ядерная сварка


Новый способ сварки пластических масс с помощью нейтронного облучения соединяемых материалов в месте стыка получил название ядерной сварки. Сущность этого способа состоит в облучении пластмасс направленным локализованным потоком нейтронов.

 На поверхность деталей предварительно наносят тонкий слой соединений лития или бора. При облучении слоя нейтронами начинаются ядерные реакции, сопровождающиеся интенсивным выделением энергии. За счёт этой энергии пластические массы нагреваются до вязкотекучего состояния и свариваются между собой.

 Ядерная сварка не получила пока практического применения. Однако этот способ перспективен для материалов с низкой пластичностью при повышенной температуре ( например, для фтооропласта- 4 ), а также для материлов, различных по своей природе ( керамика, кварц, алюминий с фторопласта-4 ).

 Ядерная сварка неприменима в том случае, когда материал под действием нейтронного облучения становится радиоактивным

вторник, 17 января 2012 г.

Ежемесячная рассылка прайс-листов компании Polimers

Если Вас интересуют изменения цен на рынке полимеров (вторичная гранула) - (отходы пластмасс) предлагаем подписаться на ежемесячную рассылку прайс-листов* .


*Для этого Вам нужно отправить запрос на нашу электронную почту polimers.at.ua@mail.ru с пометкой (вторичная гранула) либо (отходы пластмасс). И Вы автоматически будете внесены в рассылку.

пятница, 13 января 2012 г.

Выдувная экструзия. Глава № 7

Глава 7. Допустимые предельные отклонения толщины пленок

Предельные отклонения s x толщины пленок из полиэтилена высокого давления, применяемых в сельском хозяйстве, в мелиоративном и водохозяйственном строительстве; в качестве упаковочного материала; для изготовления товаров народного потребления по ГОСТ 10354 – 82.
Номинальная толщина пленки, мм, для марки Предельное отклонение, %, от номинальной толщины пленки
М, Т, Н СТ, СК СМ СИК В, В1
Высшего сорта Первого сорта
0,015
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
0,070
0,080
0,100
0,120
0,150
0,200
0,220
0,250
0,300
0,350
0,400
0,500
0,030
0,040
0,050
0,060
0,070
0,080
0,100
0,120
0,150
0,200
0,220
0,250
0,300
0,350
0,400
0,060
0,070
0,080
0,100
0,120
0,150
0,200
0,220
0,100
0,120
0,150
0,200
0,220
0,250
0,200
0,220
0,250
0,300
0,350
0,400
± 20% ± 30%
* Возможно получение полимера с более высоким ПТР.
**Скорость растяжения ПЭВД составляет 500 мм/мин.

Выдувная экструзия. Глава № 6

Глава 6. Методика оценки разнотолщинности полимерных пленок

 

Актуальной проблемой при производстве рукавной пленки, является уменьшение разнотолщинности получаемой продукции. Пленку постоянной толщины получить невозможно. Ниже будет показано почему. Прочность пленки определяется участками минимальной толщины (где тонко, там и рвется). Это значит, что на более толстых участках пленки избыток материала не работает. Другими словами этот материал расходуется впустую. В условиях современного производства от 60% до 80% себестоимости пленки включают в себя затраты на приобретения сырья. Соответствующим образом растут и производственные затраты. Отметим, что разнотолщинность существенно снижает качество и перерабатываемость пленки и приводит, в некоторых случаях даже к отбраковке продукции. Таким образом, разнотолщинность можно считать критерием качества работы оборудования.
Разнотолщинность можно разделить на окружную и продольную. Проблема продольной разнотолщинности является менее изученной. Причины ее появления до конца не выявлены, но можно назвать в качестве одной из них пульсацию при работе экструдера.
Причины появления окружной разнотолщинности известны. Их можно классифицировать как конструктивные, технологические и случайные. К конструктивным относятся конфигурация и ка-чество изготовления формующего инструмента и обдувочного кольца. К технологическим – точ-ность регулировки зазора формующей щели, регулировка равномерности обдува, правильность подбора температурных режимов головки и экструдера. К случайным причинам относятся, прежде всего, неоднородность свойств расплава полимерного материала, посторонние воздушные потоки (сквозняки) в зоне охлаждения рукава, точность изготовления формующего инструмента и др.
Из сказанного выше ясно, что на толщину влияет множество факторов, в том числе случайных, поэтому толщину пленки и отклонения целесообразно оценивать методами математической статистики.
Для анализа различных факторов необходимо проведение нескольких экспериментов. Например, для выявления влияния на разнотолщинность неравномерности обдува охлаждающим воздухом целесообразно произвести не менее трех экспериментов. Они проводятся при выключенном вращении головки. По окончании каждого эксперимента головку поворачивают на 25-30 ° относительно воздушного кольца. После проведения экспериментов отбираются образцы пленки шириной 100-120 мм. Измерения толщины необходимо производить по всей длине образца в точках через каждые 10-25 мм. Далее строятся графики зависимости толщины от длины образца. Выявление влияния неравномерности обдува на разнотолщинность получаемой пленки производится путем сравнения графиков, полученных при каждом эксперименте.
1. Определение толщины пленки. Приведенная ниже методика определения толщины пленки полностью соответствует ГОСТ 17035 – 86 “Пластмассы. Методы определения толщины пленок и листов” в части метода А и международному стандарту ИСО 4593 – 79.
Для определения толщины необходимо вырезать не менее двух полос по всей ширине пленки на расстоянии не менее одного метра друг от друга. Ширина каждой полосы должна составлять 100-120 мм. Полосы не должны иметь складок, царапин и других видимых дефектов. Для измерения толщины применяют приборы с двумя плоскими или плоской и выпуклой измерительными поверхностями и погрешностью измерений в соответствии с табл. 18.
Таблица 18
Толщина образца, мкм Предел допускаемой погрешности прибора, мкм Толщина образца, мкм Предел допускаемой погрешности прибора, мкм
До 10
Свыше 10 до 20
> > 20 > > 50
> > 50 > > 100
Не более ± 2%
± 0,2
± 0,5
± 1,0
> > 100 > > 250
> > 250 > > 500
> > 500 > > 1000
Свыше 1000
± 2,0
± 5,0
± 10,0
± 20,0
Цена деления должна составлять 1-2 мкм, в зависимости от толщины измеряемой пленки.

Проведение испытания. Перед каждым отдельным измерением толщины и после него проверяют установку прибора в нулевом положении. При серийных измерениях считается достаточным, если контроль нулевого положения осуществляется примерно после десяти отдельных измерений. Толщину измеряют в отдельных точках вдоль средней линии образца на расстоянии не более чем 50 мм друг от друга, отступив от края не менее 10-20 мм.
Обработка результатов. За отдельные значения толщины принимают показания прибора. Далее вычисляют среднее арифметическое
, (1)
и оценивают статистическую дисперсию
, (2)
где n – общее число измерений. Среднее квадратичное отклонение толщины пленки от среднего арифметического вычисляется по выражению
. (3)
Величина характеризует разнотолщинность пленки. Результаты расчетов можно представить в виде .
Протокол испытаний должен содержать полное обозначение испытуемого материала, тип измерительного устройства, количество измерений, максимальное и минимальное значение толщины материала, среднее арифметическое значение, среднее квадратичное отклонение, дату проведения испытания и обозначение стандарта ГОСТ 17035 – 86.
2. Определение коэффициента избыточности материала. Как указывалось ранее, часто прочность пленки определяется самым тонким ее местом. При этом остальной материал не оказывает существенного влияния на прочность и является с этой точки зрения излишним. Для оценки количества избыточного материала можно ввести коэффициент избыточности
, (4)
где: S – площадь поперечного сечения образца пленки; - минимальная толщина образца; l – длина образца (рис. П.1). Определить площадь поперечного сечения можно разбив его на прямоугольники (рис. П.2). Очевидно, что введенный подобным образом коэффициент может изменяться от 0 до 1 при и соответственно. Можно также ввести оценку качества пленки по данному коэффициенту. Например, 0изб £ 0,2 – отлично; 0,2
Предложенная методика определения kизб не предусмотрена стандартами. Поэтому каждый потребитель или производитель полимерной пленки вправе вводить собственные оценки перерасхода материала и оценивать в связи с ними качество продукции.

Выдувная экструзия. Глава № 5

Глава 5. Суперконцентраты и добавки к полимерным пленкам

 

Суперконцентраты (мастербатчи) это полимеры с диспергированными в них концентрированными пигментами. По типу полимеров выделяют полиолефиновые, полистирольные и универсальные суперконцентраты. Основа суперконцентрата должна в точности соответствовать материалу изделия, так как иная основа может отрицательно повлиять на внешний вид и его механические свойства. Однако, в настоящее время, существуют полиолефиновые суперконцентраты высокого качества, которые, без особых проблем, можно использовать в производстве бытовых изделий из любых полиолефинов. Универсальные же суперконцентраты можно использовать для окрашивания практически любого полимера. Основа универсального суперконцентрата является “ноу-хау” каждой фирмы-производителя.
Высококачественные светостойкие суперконцентраты, не дающие пятен, разводов, утяжек и прочих нежелательных эффектов, достаточно дороги. Но при производстве конкретных изделий требуется меньшая их дозировка. В конечном итоге можно даже выиграть в цене, поскольку высококлассного суперконцентрата понадобится в полтора – два раза меньше.
Сегодня производитель пленки может выбрать практически любой цвет и оттенок в пределах известной цветовой гаммы ( PANTONE ). Кроме того, появились, так называемые, спецэффекты – результат добавления в суперконцентрат особых компонентов. При этом внешний облик изделий из полимеров существенно меняется. К спецэффектам относятся флюорисценты, металлик, флек и флиттер. Изделия из полимеров с флюорисцентным эффектом применяются там, где окраска должна бросаться в глаза. Это – дорожные знаки и разметка, рекламные изделия, спецодежда, игрушки и многое другое. Флек и флиттер это вкрапления в основную массу полимера волокон или точек. В результате получается совершенно уникальная окраска под горные породы – мрамор, гранит и другие.
По сравнению с традиционными способами окрашивания полимеров введение суперконцентратов имеет ряд существенных преимуществ. Это возможность окрашивания фактически в любые цвета, при высоком качестве окраски на любом стандартном оборудовании. Отсутствие пыли красителя и загрязнения оборудования и помещений. Минимальное количество отходов при переходе с одного цвета на другой. Простота применения суперконцентрата. Экологичность и безопасность процесса окрашивания.
Многочисленную группу специальных веществ, существенно влияющих на свойства полимеров, называют добавками к полимерным материалам. Различают светостабилизирующие добавки, антиоксиданты, огнезащитные добавки или антиперены, антистатики, антислипы, скользящие добавки, антиблоки, нуклеаты, модификаторы и некоторые другие.
Светостабилизаторы позволяют длительное время сохранять первоначальный цвет изделия и его механическую прочность, обеспечивая защиту от ультрафиолетовых лучей. В качестве действующего вещества применяют производные бензонитризола, бензофенола, никелевые и кобальтовые соли замещенных фенолов и др. Они эффективны даже при очень низких концентрациях (менее 0,1 %).
Антиоксиданты вводят в полимер во время экструзии или литья под давлением для предотвращения термоокисления в процессе переработки и для замедления деструкции во время хранения и эксплуатации изделия. Также данные добавки применяются и для защиты полимера при работе в агрессивных средах. Действующее вещество – смесь соединений фенолов и фосфидов.
Комбинированные добавки, светостабилизатор + антиоксидант, получили широкое распространение в производстве сельскохозяйственных пленок. Подобная пленка служит от трех до пяти лет, не меняя ни прозрачности, ни барьерных свойств. Комбинированные добавки позволяют использовать полимер после вторичной переработки по прямому назначению.
Антипирены делают полимеры негорючими. Специальные антиперены используют для производства негорючих пленок, листов и литьевых изделий.
Антистатики позволяют избавиться от статического эффекта, присущего всем полимерам. Избавиться от него иногда не просто желательно, но иногда и просто необходимо. Например, при изготовлении корпусов под аудио и видеотехнику. Действующим веществом, чаще всего, служат алкиламины.
Скользящие добавки служат, своего рода, внутренней смазкой в полимере. Они уменьшают вязкость расплава, ощутимо повышают производительность экструзии. И в тоже время делают поверхности пленок и других полимерных изделий более гладкой, блестящей и глянцевой. Уменьшают коэффициент трения готовых изделий. Действующие вещества – производные высших жирных кислот.
Применение антиблокирующих добавок, препятствующих слипанию, особенно важно при производстве пленок из полипропилена. Пакеты, изготовленные из пленки с такими добавками, легко раскрываются, стенки пакета не слипаются. Действующие вещества могут быть различными, например, кремневая кислота или амидные воски.
Антислип–добавки придают поверхностям пленок шероховатость. Используются при производстве тары, мешков для упаковки сыпучих продуктов и прочих изделий, где шероховатость необходима. Действующим веществом может служить сверхвысокомолекулярный полиэтилен.
Нуклеаты оказывают влияние на надмолекулярную структуру полимера, делая ее более мелкозернистой. При этом существенно сокращается время кристаллизации, быстрее осуществляется процесс охлаждения изделия. Кроме этого создается эффект большей прозрачности пленок. Нуклеаты применяются исключительно для полипропилена.
Вспенивающие добавки используются для производства пористых изделий из полипропилена и полиэтилена. При введении добавок структура полимера разрыхляется, исчезают утяжки. Применяются для получения декоративных пленок, применяющихся при упаковке подарочных наборов, в качестве декоративных лент, прокладок в пробки и других.
Модификатор применяют при производстве растягивающихся пленок. Придает им эффект дополнительной упругости, а некоторым полимерам, в том числе и полипропилену – ударопрочность.
Количество вводимых добавок и суперконцентратов зависит от их вида и качества, и обычно указывается производителем или продавцом. Если полимерное изделие находится в непосредственном контакте с пищевыми продуктами, то используемые добавки к полимерным материалам и суперконцентраты также должны иметь соответствующее разрешение. Производителям полимерных изделий при выборе суперконцентрата следует обращать внимание на допустимую температуру его переработки. Поскольку при ее превышении краситель начинает подгорать, и на поверхности изделия образуются темные разводы. Важное значение при введении добавок имеет тщательное смешение. Ручное перемешивание в бункере пластикатора или ведре чаще всего неэффективно. Поэтому целесообразно применять специальные перемешивающие устройства – блендеры. Либо использовать различного рода дозаторы, которые будут вводить добавки или суперконцентраты непосредственно в зону дозирования червячного пластикатора.

Выдувная экструзия. Глава № 4

Глава 4. Показатель текучести расплава

 

Показатель текучести расплава полимерного материала это масса полимера в граммах, выдавливаемая через капилляр при определенной температуре и определенном перепаде давления за 10 минут. Определение величины показателя текучести расплава производят на специальных приборах, называемых капиллярными вискозиметрами. При этом размеры капилляра стандартизованы: длина 8,000 ± 0,025 мм; диаметр 2,095 ± 0,005 мм; внутренний диаметр цилиндра вискозиметра составляет 9,54 ± 0,016 мм. Не целочисленные значения размеров капилляров связанны с тем, что впервые методика определения показателя текучести расплава появилась в странах с английской системой мер.
Условия, рекомендуемые для определения показателя текучести расплава, регламентируются соответствующими стандартами. ГОСТ 11645-65 рекомендует нагрузки 2,16 кг, 5 кг и 10 кг и температуры, кратные 10 ° C . ASTM 1238-62 T (США) рекомендует температуры от 125 ° C до 275 ° C и нагрузки от 0,325 кг до 21,6 кг. Наиболее часто показатель текучести расплава определяют при температуре 190 ° C и нагрузке 2,16 кг.
Величина показателя текучести для различных полимерных материалов определяется при различных нагрузках и температурах. Поэтому надо иметь в виду, что абсолютные величины показателя текучести сравнимы лишь для одного и того же материала. Так, например, можно сравнивать величину показателя текучести расплава полиэтилена низкой плотности различных марок. Сравнение же величин показателей текучести полиэтилена высокой и низкой плотности не дает возможности непосредственно сопоставить текучесть обоих материалов. Поскольку первый определяется при нагрузке в 5 кг, а второй при нагрузке в 2,16 кг.
Следует отметить, что вязкость расплавов полимеров существенно зависит от приложенной нагрузки. Так как показатель текучести того или иного полимерного материала измеряют лишь при одном значении нагрузки, то этот показатель характеризует только одну точку на всей кривой течения в области относительно низких напряжений сдвига. Поэтому полимеры, несколько различающиеся по разветвленности макромолекул или по молекулярной массе, но с одинаковым показателем текучести расплава, могут вести себя по-разному в зависимости от условий переработки. Однако, несмотря на это, по показателю текучести расплава для многих полимеров устанавливают границы рекомендуемых технологических параметров процесса переработки. Значительное распространение этого метода объясняется его быстротой и доступностью.
Экструзионные процессы производства пленок требуют высоких вязкостей расплава, в связи с этим применяются марки сырья с низким показателем текучести расплава.

Выдувная экструзия. Глава № 3

Глава 3. Идентификация полимерных пленок

 

У потребителей полимерных пленок очень часто возникает практическая задача по распознаванию природы полимерных материалов, из которых они изготовлены. Основные свойства полимерных материалов, как хорошо известно, определяются составом и структурой их макромолекулярных цепей. Отсюда ясно, что для идентификации полимерных пленок в первом приближении может быть достаточной оценка функциональных групп, входящих в состав макромолекул. Некоторые полимеры благодаря наличию гидроксильных групп (-ОН) тяготеют к молекулам воды. Это объясняет высокую гигроскопичность, например, целлюлозных пленок и заметное изменение их эксплуатационных характеристик при увлажнении. В других полимерах (полиэтилентерефталат, полиэтилены, полипропилен и т.п.) такие группы отсутствуют вообще, что объясняет их достаточно хорошую водостойкость.
Наличие тех или иных функциональных групп в полимере может быть определено на основе существующих и научно обоснованных инструментальных методов исследования. Однако, практическая реализация этих методов всегда сопряжена с относительно большими временными затратами и обусловлена наличием соответствующих видов достаточно дорогостоящей испытательной аппаратуры, требующей соответствующей квалификации для ее использования. Вместе с тем, существуют достаточно простые и "быстрые" практические способы распознавания природы полимерных пленок. Эти способы основаны на том, что полимерные пленки из различных полимерных материалов отличаются друг от друга по своим внешним признакам, физико-механическим свойствам, а также по отношению к нагреванию, характеру их горения и растворимости в органических и неорганических растворителях.
Во многих случаях природу полимерных материалов, из которых изготовлены полимерные пленки, можно установить по внешним признакам, при изучении которых особое внимание следует обратить на следующие особенности: состояние поверхности, цвет, блеск, прозрачность, жесткость и эластичность, стойкость к раздиру и др. Например, неориентированные пленки из полиэтиленов, полипропилена и поливинилхлорида легко растягиваются. Пленки из полиамида, ацетата целлюлозы, полистирола, ориентированных полиэтиленов, полипропилена, поливинилхлорида растягиваются плохо. Пленки из ацетата целлюлозы нестойки к раздиру, легко расщепляются в направлении, перпендикулярном их ориентации, а также шуршат при их сминании. Более стойкие к раздиру полиамидные и лавсановые (полиэтилентерефталатные) пленки, которые также шуршат при сминании. В то же время пленки из полиэтилена низкой плотности, пластифицированного поливинилхлорида не шуршат при сминании и обладают высокой стойкостью к раздиру. Результаты изучения внешних признаков исследуемой полимерной пленки следует сравнить с характерными признаками, приведенными в табл. 15, после чего уже можно сделать некоторые предварительные выводы.
Однако, как нетрудно уяснить из анализа данных, приведенных в табл. 16, не всегда по внешним признакам можно однозначно установит природу полимера, из которого изготовлена пленка. В этом случае, необходимо попытаться количественно оценить какие-нибудь физико-механические характеристики имеющегося образца полимерной пленки. Как видно, например, из данных, приведенных в табл. 16, плотность некоторых полимерных материалов (ПЭНП, ПЭВП, ПП) меньше единицы, а, следовательно, образцы этих пленок должны "плавать" в воде. С тем, чтобы уточнить вид полимерного материала, из которого изготовлена пленка, следует определить плотность имеющегося образца путем измерения его веса и вычисления или измерения его объема. Уточнению природы полимерных материалов способствуют и экспериментальные данные по таким их физико-механическим характеристикам как предел прочности и относительное удлинение при одноосном растяжении, а также температура плавления (табл. 16 ). Кроме того, как видно из анализа данных, приведенных в табл. 16, проницаемость полимерных пленок по отношению к различным средам также существенно зависит от вида материала, из которого они изготовлены.
Помимо отличительных особенностей в физико-механических характеристиках следует отметить и существующие различия в характерных признаках различных полимеров при их горении. Этот факт позволяет использовать на практике так называемый термический метод идентификации полимерных пленок. Он заключается в том, что образец пленки поджигают и выдерживают в открытом пламени в течение 5-10 секунд, фиксируя при этом следующие свойства: способность к горению и его характер, цвет и характер пламени, запах продуктов горения и др. Характерные признаки горения наиболее отчетливо наблюдаются в момент поджигания образцов. Для установления вида полимерного материала, из которого изготовлена пленка, необходимо сравнить результаты проведенного испытания с данными о характерных особенностях поведения полимеров при горении, приведенными в табл. 17.
Как видно из данных, приведенных в табл. 17 , по характеру горения и запаху продуктов горения полиолефины (полиэтилены и полипропилен) напоминают парафин. Это вполне понятно, поскольку элементарный химический состав этих веществ один и тот же. Отсюда возникает сложность в различении полиэтиленов и полипропилена. Однако при определенном навыке можно отличить полипропилен по более резким запахам продуктов горения с оттенками жженой резины или горящего сургуча.
Таким образом, результаты комплексной оценки отдельных свойств полимерных пленок в соответствии с изложенными выше методами позволяют в большинстве случаев достаточно надежно установить вид полимерного материала, из которого изготовлены исследованные образцы. При возникающих затруднениях в определении природы полимерных материалов, из которых изготовлены пленки, необходимо провести дополнительные исследования их свойств химическими методами. Для этого образцы могут быть подвергнуты термическому разложению (пиролизу), при этом в продуктах деструкции определяется наличие характерных атомов (азота, хлора, кремния и т.п.) или групп атомов (фенола, нитрогрупп и т.п.), склонных к специфическим реакциям, в результате которых обнаруживается вполне определенный индикаторный эффект.
Изложенные выше практические методы определения вида полимерных материалов, из которых изготовлены полимерные пленки, носят в известной степени субъективный характер, а, следовательно, не могут гарантировать их сто процентной идентификации. Если такая необходимость все же возникает, то следует воспользоваться услугами специальных испытательных лабораторий, компетентность которых подтверждена соответствующими аттестационными документами.

Таблица 15
Вид полимера Внешние признаки
Механические Состояние поверх-ности на ощупь Цвет Прозрачность Блеск
ПЭВД Мягкая, эластичная, стойкая к раздиру Маслянистая, гладкая Бесцветная Прозрачная Матовая
ПЭНД Жестковатая, стойкая к раздиру Слегка масляни-стая, гладкая, сла-бо шуршащая Бесцветная Полупрозрачная Матовая
ПП Жестковатая, слегка эластичная, стойкая к раздиру Сухая, гладкая Бесцветная Прозрачная или полупрозрачная Средний
ПВХ Жестковатая, стойкая к раздиру Сухая, гладкая Бесцветная Прозрачная Средний
ПВДХ Мягкая, стойкая к раздиру Сухая, гладкая Бесцветная Прозрачная Средний
ОПС Жесткая, стойкая к раздиру Сухая, гладкая, сильно шуршащая Бесцветная Прозрачная Высокий
ПА Жесткая, слабо стойкая к раздиру Сухая, гладкая Бесцветная или светло-желтая Полупрозрачная Слабый
ПЭТФ Жесткая, слабо стойкая к раздиру Сухая, гладкая, сильно шуршащая Бесцветная или с голубоватым оттенком Прозрачная Средний
ПК Жесткая, слабо стойкая к раздиру Сухая, гладкая, сильно шуршащая Бесцветная, с желтоватым или голубоватым оттенком Высокопро-зрачная Высокий
АЦ Жесткая, не стойкая к раздиру Сухая, гладкая Бесцветная Высокопро-зрачная Высокий
Целлофан Жесткая, не стойкая к раздиру Сухая, гладкая Бесцветная Высокопро-зрачная Высокий

Таблица 16

Вид полимера
Физико-механические характеристики при 20 ° C
Плотность, кг/м3 Прочность при разрыве, МПа Относи-тельное удлинение при разрыве,% Проницае-мость по водяным парам, г/м2 за 24 часа Проницае-мость по кислороду, см3/(м2 × атм) за 24 часа Проницае-мость по CO 2 , см3/(м2 × атм) за 24 часа Темпе-ратура плавле-ния, ° C
ПЭВД 910-930 10-16 150-600 15-20 6500-8500 30000-40000 102-105
ПЭНД 940-960 20-32 400-800 4-6 1600-2000 8000-10000 125-138
ПП 900-920 30-35 200-800 10-20 300-400 9000-11000 165-170
ПВХ 1370-1420 47-53 30-100 30-40 150-350 450-1000 150-200
ПВДХ 1800-1900 50-80 20-50 1,5-5.0 8-25 40-60 200-210
ОПС 1050-1100 60-70 18-22 50-150 4500-6000 12000-14000 170-180
ПА 1100-1150 50-70 200-300 40-80 400-600 1600-2000 220-230
ПЭТФ 1360-1400 60-80 50-75 25-30 40-50 300-350 240-270
ПК 1200 62-74 20-80 70-100 4000-5000 25000-30000 225-245
АЦ 1320-1350 50-80 15-50 100-300 2000-3000 15000-16000
Целлофан 1400 50-70 15-30 5-15 650-700 950-1000

Таблица 17
Вид полимера Характеристики горения Химическая стойкость
Горючесть Окраска пламени Запах продуктов горения К кислотам К щелочам
ПЭВД Горит в пламени и при удалении Внутри синеватая, без копоти Горящего парафина Отличная Хорошая
ПЭНД Горит в пламени и при удалении Внутри синеватая, без копоти Горящего парафина Отличная Хорошая
ПП Горит в пламени и при удалении Внутри синеватая, без копоти Горящего парафина Отличная Хорошая
ПВХ Трудно воспламе-няется и гаснет Зеленоватая с копотью Хлористого водорода Хорошая Хорошая
ПВДХ Трудно воспламе-няется и гаснет Зеленоватая с копотью Хлористого водорода Отличная Отличная
ОПС Загорается и горит вне пламени Желтоватая с сильной копотью Сладковатый, неприятный Отличная Хорошая
ПА Горит и само-затухает Голубая, желтова-тая по краям Жженого рога или пера Плохая Хорошая
ПЭТФ Трудно воспламе-няется и гаснет Светящаяся Сладковатый Отличная Отличная
ПК Трудно воспламе-няется и гаснет Желтоватая с копотью Жженой бумаги Хорошая Плохая
АЦ Горит в пламени Искрящаяся Уксусной кислоты Плохая Хорошая
Целлофан Горит в пламени Белая Жженой бумаги Плохая Плохая

Выдувная экструзия. Глава № 2

Глава 2. Производство пленок экструзией

 

В настоящее время существует два основных способа производства пленки методом экструзии: получение рукава с раздувом и плоскощелевая экструзия. В общих чертах любой экструзионный агрегат включает в себя сам экструдер, формующий инструмент – головку, устройство охлаждения, приемное и тянущее устройства. Для различных методов конструкция головок и остальных устройств имеет принципиальные отличия, однако устройство экструдера и принцип работы формующего инструмента одинаков для обоих способов. Кратко рассмотрим здесь в общих чертах принцип работы экструзионного агрегата.
Экструзия это непрерывный технологический процесс, заключающийся в продавливании материала, обладающего высокой вязкостью в жидком состоянии, через формующий инструмент (головку), с целью получения изделия с поперечным сечением нужной формы. В промышленности переработки полимеров методом экструзии изготавливают различные погонажные изделия, такие, как трубы, листы, пленки, оболочки кабелей и т. д. Основным технологическим оборудованием для переработки полимеров в изделия методом экструзии являются одно - и многочервячные экструдеры. Главным требованием, предъявляемым к червячным машинам, является гомогенизация расплава, как по массе, так и по температуре при максимальной производительности и равномерное распределение различных добавок.
По характеру протекающих в канале червяка экструдера процессов можно условно разделить червяк на несколько зон: питания или транспортировки твердого материала, плавления или пластикации и дозирования или транспортирования расплава. Каждая зона имеет свои особенности.
Зона питания. Полимер в виде гранул или порошка поступает через загрузочную воронку в винтовой канал червяка и увлекается им за счет разности сил трения между полимером и стенкой цилиндра и полимером и стенками винтового канала. По мере движения полимера по червяку в нем развивается высокое гидростатическое давление. Трение, возникающее на контактных поверхностях при движении полимера, вызывает разогрев полимера. Выделяющееся при этом тепло идет на нагревание полимера. Некоторая часть тепла подводится также и от расположенных на цилиндре нагревателей. По мере движения твердой пробки по каналу червяка давление в ней возрастает, пробка уплотняется, ее поверхность, соприкасающаяся с внутренней стенкой цилиндра, нагревается, и на ней образуется тонкий слой расплава. Постепенно толщина этого слоя увеличивается, и в тот момент, когда она станет равна толщине радиального зазора между стенкой корпуса и гребнем винтовой нарезки червяка, последний начнет соскребать слой расплава со стенки, собирая его перед своей толкающей гранью. Это сечение червяка является фактическим концом зоны питания и началом зоны плавления.
Зона плавления – наиболее сложная из зон червяка – характеризуется пребыванием в канале полимерного материала в двух состояниях: расплавленном и твердом. Механизм плавления полимерной пробки подробно описан в соответствующей литературе. В настоящей работе он рассматриваться не будет. Отметим лишь, что как только ширина пробки уменьшится до 0,1 ¸ 0,2 ширины винтового канала червяка, циркуляционное движение в слое расплава, собирающемся перед толкающей стенкой, разрушает остатки пробки, дробя ее на мелкие куски. Сечение червяка, в котором начинается дробление пробки, принято считать концом зоны плавления.
Зона дозирования. Течение расплава полимера в зоне дозирования происходит под действием сил вязкого трения, развивающихся вследствие относительного движения червяка и стенки цилиндра, подобно течению жидкости в винтовых насосах – по винтовой траектории. Принято представлять это течение как сумму двух независимых движений: поступательного – вдоль оси винтового канала и циркуляционного – в плоскости нормальной к оси винтового канала. Объемный расход поступательного течения лимитирует скорость движения пробки гранул в пределах зон питания и плавления и, следовательно, определяет производительность экструдера. Циркуляционное течение обеспечивает гомогенизацию расплава, выравнивает его температуру, что позволяет использовать экструзию для смешения.
По выходе из зоны дозирования материал попадает в головку экструдера, где происходит формование расплавленного полимера в изделие с требуемым поперечным сечением. Внутри головки расположен канал, сечение которого меняется от круглого (с диаметром равным внутреннему диаметру цилиндра) на входе до соответствующего профилю изделия на выходе. Для оценки картины течения расплава в таком канале необходимо знать вязкость расплава при соответствующих скоростях сдвига и температурах, а также зависимости, связывающие значения вязкости с величинами расхода и давления в различных точках канала. Суммируя перепады давления на отдельных участках, можно подсчитать общий перепад давления в головке и расход потока. Важным условием при конструировании экструзионных головок является отсутствие “мертвых зон”, где материал может застаиваться и разлагаться из-за перегрева. Это особенно актуально для термочувствительных материалов, таких как ПВХ.
1. Экструзия рукавной пленки. Примером установки предназначенной для получения рукавной пленки может служить экструзионная линия “Экстлайн 800У”, разработанная и изготовляемая в НПО АРСЕНАЛ ИНДУСТРИИ (рис. 1).


















Универсальная экструзионная линия ЭКСТЛАЙН 800У для производства рукавной пленки из полиэтилена высокого и низкого давления.
Рисунок 1
Принцип работы установок подобного типа заключается в следующем. Полимер, находящийся в вязкотекучем состоянии, поступает в головку через боковой вход, поворачивая на 90 ° . Проходя через винтовой распределитель, расплав попадает непосредственно в формующий канал между дорном и мундштуком и выходит через кольцевую щель в виде круглой цилиндрической заготовки. Затем заготовку раздувают до необходимого диаметра воздухом, подаваемым через отверстие в дорне. Таким образом, формируется пленочный рукав. Охлаждение рукава осуществляется с помощью равномерного обдува потоком воздуха из обдувочного кольца. Далее, пленочный рукав, проходя через складывающее устройство, вытягивается тянущими валками и в сложенном виде, через систему обводных валков поступает в намоточное устройство, где готовая пленка наматывается на шпулю.
В силу несжимаемости материала раздув сопровождается одновременным уменьшением толщины стенки заготовки. Избыточное давление внутри рукава поддерживается с одной стороны дорном формующей головки, а с другой – тянущими валками. Для обеспечения постоянства толщины и ширины пленки давление внутри рукава необходимо сохранять постоянным. Другими технологическими параметрами, влияющими на геометрические параметры пленки и ее качество, являются производительность экструдера, скорость вытяжки и температурное распределение в цилиндре и головке экструдера. Их необходимо строго контролировать.
Производство пленки становится более экономичным при увеличении производительности процесса. Лимитирующим фактором здесь является скорость охлаждения рукава. При увеличении скорости экструзии линия стеклования полимера поднимается вверх, что ведет, в свою очередь, к нестабильности рукава. Увеличение потока охлаждающего воздуха позволяет снизить высоту линии стеклования, но и этот прием ограничен в своем применении, так как слишком высокая скорость потока воздуха, подаваемого на охлаждение, вызывает деформацию рукава. Вообще, экструзия рукавных пленок – весьма сложный процесс, с которым связанно множество проблем при производстве пленки высокого качества. Среди большого количества возможных дефектов можно назвать, прежде всего, разнотолщинность, поверхностные дефекты, такие как огрубление поверхности экструдата (“акулья шкура”), вызванное либо недостаточным прогревом материала, либо слишком интенсивным сдвиговым течением полимера в зоне формующей щели головки экструдера. Различные посторонние включения, в том числе и вызванные деструкцией полимера, низкая прочность, мутность и складки также являются проблемой. Складки, приводящие к снижению качества продукции или даже к отбраковке пленки, могут появиться даже в хорошо отлаженных производствах. Причин тому множество. Например, пленка достигает тянущих валов слишком холодной и неэластичной, в результате чего происходит своеобразный излом материала с образованием складок. В этом случае следует принять меры к термостатированию рукава или повышать температуру расплава, но это может, однако, повлечь за собой другие проблемы. Другой причиной появления складок является разнотолщинность, которая приводит к неравномерной вытяжке пленки тянущими валами. Пульсации при работе экструдера, сквозняки в области вытяжки, непараллельность тянущего и прижимного валов, неравномерное усилие прижима прижимного вала к тянущему валу также приводят к появлению нежелательных эффектов.
Даже в условиях высокоавтоматизированных производств получение высококачественных пленок во многом зависит от квалификации и опыта оператора, обслуживающего экструзионную линию.
2. Экструзия плоских пленок. При плоскощелевой экструзии расплав полимера продавливается через головку, формообразующей поверхностью которой служат две параллельные плиты (рисунок 2). После выхода из головки пленочный лист необходимо быстро охладить для предотвращения роста крупных сферолитов. Для этого, в непосредственной близости от головки, устанавливают водяную ванну или охлаждаемый барабан. Быстрое охлаждение препятствует росту сферолитов, что позволяет получать пленки высокой прозрачности. При использовании закалочной ванны температуру в ней необходимо поддерживать постоянной. Более низкие температуры воды в закалочной ванне позволяют получать пленки с низким коэффициентом трения и меньшей слипаемостью. При более высоких температурах пленка получается более мутной, но ее легче наматывать на шпулю, при этом не образуются складки, физические свойства такой пленки значительно лучше.
Для обеспечения равномерного выхода расплава полимера из формующей щели головки в их конструкциях имеется ряд особенностей. Например, наличие коллектора, представляющего собой поперечный канал круглого сечения. Коллектор служит для компенсации неравномерности распределения давления по щели головки. Диаметр коллектора зависит, в общем случае, от перепада давления в головке, параметров полимера, его вязкости и температуры экструдирования. Диаметр коллектора должен рассчитываться при проектировании головки. Внутренние формообразующие поверхности головки должны быть тщательно отполированы, так как даже небольшой дефект приводит к снижению качества пленки, появлению полос на ее поверхности и разнотолщинности.






Схема плоской пленки с поливом на охлаждаемый барабан.
1- Экструдер; 2- плоскощелевая головка; 3- коллектор; 4- пленочный лист; 5- охлаждаемый барабан.
Рисунок 2
3. Производство термоусадочной пленки. Производство термоусадочной пленки из полиэтилена высокого давления в настоящее время представляет большой практический интерес и имеет хорошие перспективы роста объемов производства. Являясь прекрасным упаковочным материалом, и будучи допущенной к контакту с пищевыми продуктами Минздравом РФ, термоусадочная пленка широко используется для групповой упаковки алкогольных и прохладительных напитков, молочных продуктов, замороженной птицы, колбас и сыров, а также целого ряда других промышленных товаров народного потребления. Среди них строительные материалы и инструменты, групповая упаковка лекарственных препаратов и др.
Достоинство такого рода упаковки заключается в относительной простоте самого процесса упаковки, ее прочности, эстетичности при относительно небольшой стоимости. Кроме того, можно отметить доступную сырьевую базу, простоту и экологичность утилизации использованной пленки и отходов ее производства. Однако для упаковки продукции в термоусаживаемую пленку, особенно поддонов (паллет), требуются термошкафы или промышленные фены, т.е. дополнительное оборудование, что является, конечно же, недостатком по сравнению с другим видом упаковки – растягивающейся (стрейч) пленкой.
В настоящее время в нашей стране потребность в термоусаживаемой пленке удовлетворяется, в основном, за счет местных производителей, а также, частично, за счет импорта из стран дальнего и ближнего зарубежья.
Принцип, на котором основана упаковка продукции в термоусаживаемую пленку, иногда называют памятью полимера. Другими словами, пленка, которая была растянута (ориентирована) при переработке (при температуре выше температуры стеклования) и затем охлаждена для фиксации полученного ориентированного состояния, при повторном нагревании будет стремиться вернуться к своим прежним размерам в неориентированном состоянии.
Пленка термоусаживаемая полиэтиленовая должна соответствовать ГОСТ 25951-83. Для изготовления термоусаживаемой пленки используются следующие марки полиэтилена высокого давления: 15313-003 (Казаньоргсинтез), 17504-006 (Новополоцк, Беларусь), а также, 15813-020 любых производителей. Полиэтилен первых двух марок является предпочтительным т.к. имеет более низкий показатель текучести расплава (ПТР) 0,3 г/10мин и 0,6 г/10мин соответственно. Более низкий ПТР свидетельствует о более высокой вязкости расплава полиэтилена, что позволяет, в свою очередь, достигнуть большей степени ориентации (и, как следствие, большей степени усадки) при одинаковых скоростях деформирования.
Термоусаживаемую пленку можно классифицировать как пленку для:
легких упаковок – толщиной от 15 до 50 мкм;
средних упаковок – толщиной от 50 до 120 мкм;
тяжелых упаковок – толщиной от 100 до 200 мкм.
Получают термоусаживаемую пленку на экструзионно выдувных линиях путем про-давливания расплава полимерного материала через круглощелевую головку (рисунок 3) с последующим его раздувом и ориентацией и одно или двух постовой намоткой. Универсальная линия по производству рукавной пленки из полиэтилена низкой и высокой плотности “Экстлайн 800У” (рис. 1), выпускаемая НПО “Арсенал Индустрии”, позволяет получать качественную термо-усаживаемую пленку с производительностью, в зависимости от ширины и толщины, до 80 кг/час.





















Схема производства термоусадочной пленки.
Рисунок 3
Рассмотрим практические рекомендации по управлению процессом получения термоусаживаемой пленки, происходящим после выхода расплава полимера из формующего инструмента (головки).
Отметим вначале, что все рекомендации основаны на практическом опыте специалистов НПО “Арсенал Индустрии” и теоретических и опытных исследований специалистов НПО “Пластполимер”, г. Санкт-Петербург.
Основным технологическим параметром, влияющим на степень усадки, является степень раздува iр
где: d - диаметр мундштука, мм; B - ширина плоского рукава, мм.
Различными исследованиями было показано, что при степени раздува i р=3,5 ¸ 4,3 усадка в окружном направлении равна усадке в осевом направлении. Другими словами, для достижения одинаковой степени усадки в окружном и осевом направлениях мундштук экструзионной головки должен иметь такие размеры, чтобы при степени раздува i р=3,5 ¸ 4,3 пленка имела заданную ширину. Например: для упаковки поддонов “Европа”, имеющих размеры 1000 ´ 1200 мм требуется рукавная пленка 1075 ´ 1275 мм (рис. 4).














Схема упаковки поддонов “Европа”.
Рисунок 4
Периметр прямоугольника 1075 ´ 1275 мм равен 4700 мм. А вдвойне сложенная ширина будет равна 2350 мм. Из выражения (1) находим диаметр мундштука, приняв степень раздува i р=3,75

Еще одним технологическим параметром, зависящим от степени раздува, является степень вытяжки i р
Если пренебречь изменением удельного объема при стекловании, то при постоянном зазоре h степень вытяжки зависит от двух величин: толщины пленки и степени раздува i р. Таким образом, степень вытяжки не является настоящей эксплуатационной величиной. Зависимость степени вытяжки от степени раздува при постоянной температуре при различных зазорах формующей щели и различных толщинах пленки представлена на рис. 5. Зависимость продольной и поперечной усадки от степени раздува и степени вытяжки при постоянной температуре представлена на рис. 6 и 7 соответственно.

Зависимость степени вытяжки от степени раздува.
Рисунок 5

Зависимость продольной и поперечной усадки от степени раздува.

Рисунок 6

Зависимость продольной усадки от степени вытяжки.
Рисунок 7
Кратко рассмотрим качественное влияние рабочих параметров процесса экструзии на усадку пленки.
Из выражения (2) видно, что увеличение зазора вызывает увеличение степени вытяжки и, тем самым, степени продольной усадки. Однако при увеличении зазора уменьшается ориентация макромолекулярных цепей в самом канале формующего инструмента, что приводит к незначительному снижению продольной усадки и увеличению усадки в поперечном направлении.
Температура экструдируемого полимера. Повышение температуры приводит к снижению показателей усадки в обоих направлениях. Это связанно с тем, что при повышении температуры увеличивается подвижность макромолекул полимера, и, как следствие, уменьшается время релаксации (перестройки структуры ориентированной пленки). Ориентированные макромолекулярные цепочки успевают принять свою исходную структуру свернутого клубка, до того как температура пленки упадет ниже температуры стеклования полимера.
Толщина пленки. Как видно из выражения (2) для степени вытяжки, толщина пленки d стоит в знаменателе. Поэтому степень вытяжки с увеличением толщины падает (при прочих равных условиях), как следствие, падает и продольная усадка.
Факторов, влияющих на усадку пленки в поперечном направлении гораздо больше. Основной из них это форма рукава. На рисунке 8 представлены две крайние формы рукава: 1 – плавное расширение, и 2 – резкий, грибовидный раздув с образованием шейки и последующим внезапным расширением.

Схема двух крайних форм рукава.
Рисунок 8
Грибовидная форма рукава 2 является предпочтительной, поскольку повышает показатели усадки в обоих направлениях, но преимущественно в поперечном направлении, и легко регулируется. Ниже приведено качественное сопоставление кинематики развития обратимых деформаций в обеих формах рукава. Схема двух крайних форм рукава.
На выходе из головки (точка А) скорости расплава имеют равную величину и направление, т.е. соблюдается условие
В точках B 1 и B 2 материал находится еще при достаточно высоких температурах, незначительно отличающихся от температуры переработки. При этом наряду с развитием обратимых деформаций, которые, в конечном итоге, и определяют собой усадку пленки, присутствует и необратимое (вязкое) течение материала. Очевидно, что в точке B 2 присутствует только продольное течение, в то время как в точке B 1 существует течение как продольном, так и поперечном направлении. Это приводит к увеличению наружного диаметра рукава (для формы 1) и, как следствие, к снижению скорости деформации к моменту, когда материал попадает в зону, где протекают важнейшие процессы ориентации (точки C 1 и C 2). В этой зоне температура рукава такова, что преимущественно развиваются обратимые деформации, зависящие от скорости течения материала. Как видно из рисунка 8 скорость течения в точке C 2 больше чем в точке C 1, поскольку для преодоления соответствующих расстояний X 1 и X 2 им необходимо одно и тоже время D t .
В точках D 1 и D 2, где процесс ориентации закончен, а температура материала снизилась до температуры стеклования, деформирования рукава не происходит и, соблюдается условие
.
Из сказанного следует, что для получения заданной степени усадки в продольном и поперечном направлениях, при заданных геометрических параметрах пленки, необходимо управлять скоростью деформации и температурным распределением по высоте рукава. Это можно осуществлять, например, чашами специально подобранной формы или набором, расположенных на разной высоте, диафрагм. При отсутствии чаш и диафрагм на форму рукава можно влиять следующими параметрами: производительностью (скоростью вытяжки); высотой линии стеклования (количеством и температурой охлаждающего воздуха); углом обдува охлаждающего воздуха; вращением головки.
Влияние угла обдува. Максимальные показатели усадки получают при угле обдува a равном 90 ° (рис. 9). При уменьшенном угле обдува 60 ° или 45 ° , показатели усадки в обоих направления снижаются, причем зависимость в продольном направлении будет больше чем в поперечном направлении.

Влияние угла обдува на показатели усадки.
Рисунок 9
Свойства термоусаживаемых пленок. В целом, ориентация повышает прочностные характеристики пленки, ее прозрачность и гибкость. В некоторых случаях снижается газо- и влагопроницаемость. Снижается относительное удлинение и сужается диапазон технологических параметров сварки пленки.
Температура и степень усадки. Температура, при которой пленка из полиэтилена полностью подвергается усадке, составляет 117 ° C . Напряжение усадки определяют как отношение усилия, которое действует на образец в процессе усадки, к площади поперечного сечения самого образца. И усадка и напряжение усадки зависят от температуры в узком диапазоне от 106 ° C до 121 ° C . При упаковке конкретных изделий нужно помнить, что если желательны большие силы усадки, то процесс проводят в нижнем диапазоне температур при потере большей части усадки. Если основное значение придается большой усадке, то используют повышенные температуры. При этом силы усадки будут очень незначительны. Для измерения напряжения усадки полоску пленки длиной 100 мм и шириной 15 мм соединяют с динамометром. Затем постепенно нагревают в печи. Напряжение усадки через усилитель фиксируется самописцем. Параллельно записываются температура и степень усадки. Силу усадки определяют по максимальному значению зависимости напряжения усадки от температуры. Саму степень усадки считывают при температуре 117 ° C .
Здесь приведены только основные теоретические предпосылки и практические основы получения термоусадочной пленки. Практическое освоение тонкостей работы обычно происходит путем обучения операторов экструзионной линии на работающем оборудовании.
4. Новинка: самоармирующаяся пленка. Описание свойств самоармирующейся пленки. Теоретический предел механической прочности полиэтилена в 2 раза выше высоколегированной стали. Если учесть, что плотность полиэтилена в 8 раз ниже плотности стали, то теоретическая удельная прочность полиэтилена выше прочности стали в 16 раз! Если бы удалось приблизить свойства полиэтилена к теоретическим пределам, мир вокруг нас преобразился бы.
Для достижения столь высоких показателей материала необходимо сориентировать длинные и прочные молекулярные цепочки полиэтилена в направлении приложения нагрузки. Такой материал можно было бы назвать «100% ориентированным». Поскольку реальная прочность полиэтиленовой пленки составляет обычно 2-3% от теоретической, то и степень ориентации материала в пленке, соответственно, всего 2-3%. Молекулярная структура такого материала напоминает структуру валенка. Что же мешает сориентировать молекулы в материале?
Для ответа на этот вопрос нужно представить, что происходит с материалом в процессе, к примеру, получения пленки. При получении пленки полиэтилен разогревается, затем вытягивается в тонкую пленку и охлаждается. При разогреве полиэтилена его молекулы освобождаются от межмолекулярных связей и приходят в движение. При этом молекулы имеют тенденцию к сворачиванию в клубок. При охлаждении и одновременной ориентации полиэтилена в процессе формирования пленки удается намного распрямить эти клубки и сориентировать молекулы. Для повышения степени ориентации необходимо долго вытягивать материал при строго определенной температуре, что влечет за собой необходимость резкого усложнения и удорожания оборудования.
К счастью, ученые нашли другой способ увеличения степени ориентации. Технологический процесс получения такой пленки называется «самоармированием». В предельно упрощенном виде суть процесса сводится к следующему.
При формировании пленки особыми способами добиваются эффекта неодновременного охлаждения и застывания соседних участков пленки. Поскольку процесс получения пленки связан с растяжением материала, те участки пленки, которые остывают быстрее, создают поле сил, которое заставляет ориентироваться еще не затвердевшие участки пленки. При этом процесс ориентации пленки интенсифицируется, пленка как бы самоармируется, становится прочнее.
Самоармирующаяся пленка по внешнему виду напоминает гофрированные материалы, причем параметры гофра могут регулироваться в широких пределах.
Области применения самоармирующейся пленки. Самоармирующаяся пленка, применяемая в качестве термоусадочного материала, имеет отличные перспективы в связи со значительно более высокой (примерно в 2 раза) прочностью. Самоармирующаяся пленка также способна произвести переворот при применении в парниковом хозяйстве, в строительстве и в других областях, где требуются экологически чистые пленки с повышенной прочностью.
Самое удивительное заключается в том, что на оборудовании для получения самоармирующейся пленки становится возможным получение полипропиленовой пленки с присущими полипропилену свойствами пропускания водяного пара и жиростойкости. Причем по способности пропускания пара самоармирующаяся ПП пленка превосходит все имеющиеся аналоги, что делает ее незаменимой для использования в строительстве и для упаковки хлеба и зелени.
Определенные перспективы открывает перед пленкой также и ее несколько необычный, декоративный внешний вид.
Оборудование. Для получения самоармирующейся пленки используются определенным образом модифицированные экструзионные установки типа «Экстлайн», производимые НПО АРСЕНАЛ ИНДУСТРИИ. На данном оборудовании возможно также получение и традиционных полиэтиленовых пленок. Цена модифицированного оборудования незначительно выше серийно выпускаемых образцов.
Заказать и приобрести оборудование можно непосредственно у производителя.
5. Экструзия полимерных смесей. В настоящее время существует широкий спектр полимерных материалов, полученных сополимеризацией этилена с небольшим количеством других олефинов, таких как бутен-1 или смешением полиэтиленов высокого и низкого давления. Смеси полиэтиленов высокого и низкого давлений нашли широкое применение при производстве пленок. Сами по себе чистые полиэтилены обладают комплексом свойств, делающих их пригодными для различных применений. Но основная область применения полиэтиленов, безусловно, это различного рода упаковка. Полиэтилены высокого и низкого давлений получают из одного и того же вида мономера, но при разных условиях. Вследствие этого данные материалы прекрасно смешиваются друг с другом в любых пропорциях и хорошо перерабатываются. Ограничивающим условием здесь является температура плавления различных марок полиэтиленов. Технологические режимы переработки определяются индивидуально для каждой конкретной смеси. Данные режимы будут зависеть от марок, смешиваемых полиэтиленов, их пропорции, скорости экструзии и даже от партии материала. Поэтому дать практические рекомендации в этом случае не представляется возможным.
На практике наибольшее распространение получили смеси полиэтилена высокого давления 15803-020 или 15303-003 с добавкой от 2% до 20% по массе полиэтилена низкого давления 276 или 277 марки, и смеси полиэтилена низкого давления PE 4 FE -69 «Ставролен» с добавлением от 2% до 20% по массе полиэтилена высокого давления 10803-020 или 15803-020 марок.
В первом случае введение ПЭНД более 20% не рекомендуется, поскольку 276 и 277 марки не являются, вообще говоря, пленочными марками полимеров и фактически не раздуваются в рукавную пленку. Их использование обусловлено только их низкой стоимостью по сравнению со «Ставроленом». Добавка ПЭНД придает пленке из ПЭВД дополнительную прочность и уменьшает ее растяжимость. В результате этого пленку можно сделать на 15% - 20% тоньше, чем достигается экономия сырья. Однако, поскольку ПЭНД имеет большую вязкость, возрастает нагрузка на главный двигатель и, как следствие, возрастают энергозатраты на проведение процесса экструзии. Для снижения крутящего момента на главном двигателе в смесь дополнительно вводят 2% – 4%, в зависимости от содержания ПЭНД, скользящей добавки. В процессе экструзии данной смеси может возникнуть такая проблема, как обрыв пленочного рукава в области раздува. Это связано, прежде всего, с тем, что основной материал (ПЭВД) имеет более низкую (иногда до 30 ° C ) температуру плавления, чем вводимый в него в качестве добавки ПЭНД. Попросту говоря, ПЭНД не успевает проплавляться. В этом случае необходимо повышать температуру на головке экструдера и в пределах зон плавления и дозирования червячного пресса. Подобные смеси используют при изготовлении хозяйственных пакетов.
Во втором случае введение в ПЭНД «Ставролен» ПЭВД 108 или 158 марки придает пленке дополнительную эластичность. Пленка становится “жирноватой” на ощупь. В данном случае добавка ПЭВД служит, своего рода, пластификатором для ПЭНД. Смесь ПЭНД с добавлением ПЭВД обладает меньшей, по сравнению с чистым ПЭНД, вязкостью. Нагрузка на главный двигатель при их переработке меньше, следовательно, меньше и энергозатраты на проведение процесса экструзии в целом. Температура переработки подобной смеси определяется только температурой переработки «Ставролена». На толщину получаемой пленки введение добавки ПЭВД также влияния не оказывает, и с использованием подобных смесей возможно получить пленку толщиной от 10 мкм. Данные смеси используют при производстве пакетов типа “майка” и мешков под мусор.
Следует отметить, что необходимо тщательно перемешивать все компоненты смеси, поскольку равномерное изначальное смешение вводимых добавок определяет собой равномерность распределения компонентов в конечном продукте – пленке. Именно от этого зависит внешний вид и качество пленки. Лучше всего использовать для перемешивания промышленные миксеры или блендеры для красок типа “пьяная бочка”.
Примеры технологических режимов экструзии полимерных смесей
Параметр Значение
Диаметр мундштука, мм 120
Зазор формующей щели, мм 1,2
Сырье «Ставролен»+15803-020 Уфаоргсинтез
Пропорция 6:1 (17%)
Диаметр червяка, мм 45
Длина червяка, D 32
Температуры переработки, ° C
Пресс Зона 1 250
Зона 2 265
Зона 3 280
Зона 4 295
Головка Зона 5 300
Зона 6 280
Зона 7 265
Зона 8 240
Производительность, кг/ч 50
Геометрические параметры пленки, мм 700 ´ 0,012
Параметр Значение
Диаметр мундштука, мм 150
Зазор формующей щели, мм 1,2
Сырье 15313-003+277-73 Казаньоргсинтез
Пропорция 8:1 (12,5%)
Добавки Антиблок и скользячка
Диаметр червяка, мм 45
Длина червяка, D 32
Температуры переработки, ° C
Пресс Зона 1 200
Зона 2 230
Зона 3 260
Зона 4 275
Головка Зона 5 285
Зона 6 280
Зона 7 275
Зона 8 270
Частота вращения червяка, об/мин 44,4
Производительность, кг/ч 40
Геометрические параметры пленки, мм 650 ´ 0,04
ВНИМАНИЕ! Данная информация не должна рассматриваться как гарантия или рекомендация к практическому применению!