Можливі фактори впливу на характеристики термоусадочних плівок

Вплив різних факторів на здатність плівок до усадки.

У Нині термоусадочні плівки (ТУ плівки) знаходять широке застосування в упаковці всіляких продуктів харчування, банок, пляшок, галантерейних і господарських виробів, газет, журналів, канцелярських товарів і ін

До переваг цього виду упаковки в порівнянні з традиційними плівковими можна віднести:

малий об'єм упаковки за рахунок щільного обтягування товару;

менша маса плівки;

дешевизна і привабливість;

надійна захист товару від впливу навколишнього середовища.

Як відомо, при упакуванні в ТУ плівку, найважливішою характеристикою є ступінь її усадки (коефіцієнт усадки), що визначається величиною оборотної деформації, накопиченої і «замороженої» в полімері в процесі його формування. Ступінь усадки залежить від наступних трьох груп факторів:

Природи і властивостей полімеру (розгалуженість молекул, ступінь зшивання, ступінь кристалічності, щільність), а також складу композиції;

Технологічних режимів і умов отримання плівки (температура і кратність витяжки, температура і швидкість екструзії, товщина зазору кільцевої щілини, коефіцієнт роздування рукави і т.д.);

Умов реалізації усадки (час і температура витримки плівки в термокамері).

Технологічна практика і експерименти, проведені на ПЕ показують, що підвищення щільності та індексу розплаву вихідного полімеру призводить до зниження усадки одержуваних плівок. На їх підставі можна зробити висновок, що для виготовлення високоякісних термоусадочних матеріалів по можливості необхідно використовувати високомолекулярні марки. До зростанням усадки може приводити введення в полімерне сировину добавок, у тому числі і барвників.

Переходячи до обговорення впливу технологічних параметрів, розглянемо їх вплив на схильність матеріалу до усадки, відзначивши відразу, що один із шляхів збільшення усадки в будь-якому з двох напрямків полягає в підвищенні кратності витяжки в відповідному напрямі. У всіх випадках при цьому зростає не тільки кількість прохідних ланцюгів, але і ступінь орієнтації аморфної фази полімеру в напрямку витяжки. Таким чином, будь-які зміни технологічних параметрів отримання рукавних плівок, що сприяють підвищенню кратності витяжки, забезпечують зростання подальшої усадки матеріалу.

Тепер про вплив конфігурації формуючих каналів, розміру щілини і температури маси в екструзійної голівці. При течії в каналах розплави полімеру накопичують значну оборотну деформацію, виявляючи високоеластіческіе властивості. Ці деформації встигають при перебігу релаксувати тим в меншій мірі, чим менше відносна довжина форму каналу. Це означає, що здатність одержуваної плівки давати усадку «закладається» не тільки при розтягу (орієнтації) рукавної заготовки, а й значною мірою вже при самій екструзії розплаву. Встановлено, що при однакових режимах і швидкостях переробки, поперечна усадка матеріалів, виготовлених з використанням головок, конструктивні схеми яких представлені на рис. 1, різна. Підвищенню усадки сприяє різке і швидке розширення потоку в підвідних каналах голівки (рис. В), у той час як на інших (мал. А і Б), поперечна усадка плівки значно менше.

Що стосується поздовжньої усадки, то при інших рівних умовах вона знижується з збільшенням товщини зазору і збільшенням довжини формуючої щілини внаслідок зменшення напруги зрушення і більш повної релаксації при течії.

Вплив температури маси на виході з головки незначно впливає на усадку ПЕ плівок, щодо інших чинників і при підвищенні з 160 до 200 0С змінюється не більше 2%. Однак зростання температури екструзії послаблює вплив геометричних параметрів голівки і частково компенсує, наприклад, збільшення поздовжньої усадки, викликане зменшенням зазору та подовженої форми інструменту. Це дуже важливо при виготовленні тонких плівок. Підвищення температури полімеру в головці знижує його в'язкість, полегшує формування тонких плівок, але ускладнює отримання продукту з високою поздовжньої усадкою.

Найбільш сильний вплив на усадку надають параметри, що визначають форму рукави -- кратність поздовжньої витяжки, коефіцієнт роздування, швидкість охолодження розплаву після виходу з головки, відносна висота лінії кристалізації.

На рис. 2 показано зміна абсолютної усадки на різних ділянках рукави з ПЕВТ, екструдованого при коефіцієнті роздування 2,5 і витяжці 30: 1 (Під витяжкою приймається відношення товщин зазору формуючої щілини і кінцевого продукту). До лінії кристалізації відбувається збільшення усадки в обох напрямках, причому в поперечному напрямку вона зростає до тих пір, поки рукав не набуде циліндричну форму. З малюнка видно, що поперечна усадка досягає максимуму на ділянці, розташованій трохи нижче лінії кристалізації. Через велику орієнтації в поздовжньому напрямку в подальшому відбувається деяке зниження поперечної орієнтації і, відповідно, поперечної усадки, у той час як поздовжня усадка монотонно зростає в висоті рукава.

З зростанням коефіцієнта роздування, напруга усадки в поперечному напрямку збільшується, а в поздовжньому зменшується (див. рис. 3) і, досягнувши певного значення, воно в обох напрямках буде однаково.

Рис.3.

На рис.4 представлена типова номограма для вибору параметрів процесу одержання роздувне термоусадочних плівок з ПЕВТ.

Рис.4

Необхідно пояснити порядок використання номограми на конкретних прикладах вибору параметрів процесу. Розглянемо на прикладі виготовлення плівки з ПЕВТ, шириною 1000 мм, товщиною 50 мкм, з відносною усадкою 60/40 (тобто 60% в поздовжньому напрямі і 40% в поперечному) при зазорі формуючої щілини головки 0,6 мм. При необхідності визначити діаметр щілини головки і коефіцієнт роздування рукава спочатку обчислюють загальний ступінь витяжки плівки при товщині: 0,6 мм/0,05 мм = 12/1. Це випливає також з лівої верхньої частини номограми (показано стрілками на рис. 4). Продовжимо стрілку Б-В до перетину з кривою, яка відповідає усадці 60/40, розташованої у верхній правій частині малюнка (до точки Г). Абсциса точки Г відповідає необхідному значенню коефіцієнта роздування, у нашому прикладі він дорівнює 3,1:1. Не будемо далі перпендикуляр з точки Г до перетину з лінією, відповідної заданій ширині полотна (1000 мм), отримаємо точку Д, якої відповідає діаметр кільцевої щілини, що дорівнює 200 мм.

Аналогічним чином можна, наприклад, встановити, що для отримання равноусадочной плівки товщиною 100 мкм при ширині полотна 2000 мм і зазорі в головці 0,5 мм необхідно забезпечити наступні параметри: витяжка за товщиною 5: 1, коефіцієнт роздування 3:1 при діаметрі щілини 400 мм.

З використанням номограм наведеного типу можна також вирішувати інші завдання: наприклад, для головки конкретних розмірів (тобто для наявної установки) при відомої товщині і ширині цільового продукту, оцінити очікуваний рівень поздовжньої і поперечної усадки. Подібні завдання найчастіше зустрічаються в технологічної практиці, у той час як перші два приклади корисні в тих випадках, коли треба вибирати агрегат, на якому переважно виготовляти плівку заданої якості за параметрами усадки.

На величину поздовжньої усадки істотно впливає поздовжня витяжка полімеру, яку на практиці зручно оцінювати за так званим показником знімання плівки (i), що визначається відношенням швидкості відбору плівки і швидкості екструзії, тобто

i = H/(kh),

де Н - товщина зазору щілини; к - коефіцієнт роздування; h - товщина плівки.

При виборі установки для екструзії плівки, що володіє заданими геометричними параметрами, практично єдиною змінною величиною залишається товщина зазору щілини (Н), оскільки значення коефіцієнта роздування для отримання матеріалу з необхідною усадкою вибирають у відносно вузьких межах. Параметр поздовжньої витяжки зменшується зі збільшенням товщини плівки і зі зменшенням зазору М. Вплив лінійної швидкості рукава позначається на часі досягнення матеріалом лінії кристалізації і на часу протікання релаксаційних процесів: чим менше цей час, тим вище усадка.

Рис.5

Підвищення продуктивності веде до зростання усадки в поздовжньому напрямку, в той час як поперечна усадка залишається практично незмінною. Як правило, збільшення товщини плівки приводить до зниження усадки (див. рис.5). Це особливо помітно при товщині продукту більше 100 мкм і часто пояснюється тим, що збільшення товщини досягають зниженням швидкості витяжних валків або підвищенням продуктивності екструдера. Крім того, навіть при постійній продуктивності, більша теплоємність товстих плівок подовжує час (знижує швидкість) охолодження, що призводить до посилення релаксаційних оборотних деформацій у полімері. Відзначено вплив форми рукави на усадку плівок. Так, для рукавів «бочкоподібної» форми типова висока швидкість поперечного розтягування і, отже, велика поперечна усадка одержуваної плівки, яка часто переважає над поздовжньої. Поперечна усадка знижується при переході до конічної формі рукава, що сприяє отриманню ізотропних по усадці плівок.

Варіювання режимів охолодження можна також добитися отримання равноусадочних плівок при іншій формі рукава. Цьому сприяє зниження лінії кристалізації на рукаві з «шийкою» (горловиною) і по можливості підвищення її розташування на рукаві в вигляді бочки. На практиці, на жаль, ці рекомендації реалізуються з працею, тому що цьому перешкоджають обмеження, що накладаються вимогами стабільності процесу і можливостями систем охолодження рукавної заготовки для конкретних установок.

Для високоякісної упаковки необхідно не тільки застосовувати плівки, що володіють високою схильністю до усадки, але і враховувати деякі важливі аспекти реалізації усадки в термокамери пакувальних машин. Це пов'язано, перш за все з тим, що подальша усадка плівок залежить від температури і часу витримки зразка. Збільшення будь-якого з цих параметрів призводить до зростання усадки. З графіків для рукавних плівок їх ПЕВТ, наведених на рис. 6., Видно, що починаючи з певних температурно-часових режимів теплової обробки досягається максимальна усадка плівок, яка надалі залишається постійною. Інший важливий для технологічної практики висновок з рис.6 а, полягає в тому, що для цілей упаковки інтерес представляє тільки порівняно вузький інтервал температур. У наведеному прикладі нижче 115 0С усадка настільки мала, що не забезпечує щільності упаковки, а підвищення температури понад 125 0С недоцільно (усадка в робочому діапазоні температур складе 20 - 55%). Звідси випливає, що для отримання високоякісної упаковки необхідне точне знання температури і виконання суворих вимог щодо рівномірності теплового режиму в обсязі усадочною камери.

Рис.6

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://oriental-pro.ru/