Получение комбинированных изделий методом соэкструзии

Многослойные пленочные материалы. Под этим названием получают композиты, состоящие из двух или более слоев пленок из разнородных полимеров. При чем эти слои образуют практически неразделимый материал. В таких пленках сочетаются свойства различных составляющих полимеров, а именно: сочетание высоких механических свойств одного слоя с повышенной эластичностью другого, повышенной химической стойкостью третьего.

Основная область применения многослойных пленочных материалов является упаковка различных веществ, в первую очередь пищевых продуктов и медикаментов. Одно из наиболее перспективных направлений использования многослойных пленок – получение бикомпонентных пленочных нитей и волокон.

Имеются три основных способа производства многослойных пленок:

¨ соединение слоев перед экструзионной головкой;

¨ в самой головке;

¨ после выхода из головки.

Наиболее распространены последние два способа. Эти способы носят названия соэкструзии. Основными изделиями, получаемыми в процессе соэкструзии, являются многослойные пленки и листы. Разработана также технология получения соэкструзией многослойных емкостей, труб, профильных и других погонажных изделий. Широко соэкструзия применяется при нанесении многослойной кабельной изоляции.

Принцип соэкструзии основан на том, что каждый полимерный расплав подготавливается на своем экструдере, а далее они соединяются в общей головке, где и формируется изделие, состоящее из слоев разных полимеров. Такой способ называется “два (или несколько) экструдера – одна головка”, пример такой головки на рис. 5.13, или как показано на рис. 5.48и5.49. Он наиболее экономичен. В этом случае происходит качественная сварка двух слоев и обеспечивается высокая адгезионная прочность соединения.

Данным способом целесообразно получать многослойные материалы из полимеров, близких по свой природе, таких как ПЭНП и ПП или две марки одного вида полимера с различными молекулярной массой и молекулярно-массовым распределением (с различным ПТР). Проблема адгезии в этом случае неактуальна.

Двухслойные рукавные пленки с жестким внутренним слоем и более мягким наружным слоем, используя одну угловую головку, изготавливают по так называемому методу Пратта. Оба слоя полимеров формируются отдельно, а затем выходящие рукава соединяют во время раздувания пленки (рис. 5.49).

В тех случаях, когда между слоями адгезия незначительна, в зазор между слоями пленки

Рис. 5.48. Конструктивная схема головки, обеспечивающая соединение расплавов полимеров в формующей щели: 1 – вход расплава, образующего внутренний слой; 2 – подача расплава внешнего слоя; 3 – регулировочные болты

Рис. 5.49. Конструкции экструзионных головок для получения двухслойных рукавных пленок со сваркой слоев после формующего инструмента (метод Пратта): а – без дополнительной обработки полимеров; б – с введением между слоями расплавов окисляющего газа; 1 и 2 – экструдеры, нагнетающие расплавы полимеров наружного (А) и внутреннего (Б) слоев; 3 – ниппель, подающий воздух для раздува рукава; 4 – канал для подачи окисляющего газа

подают окисляющий газ. Это позволяет комбинировать термопласты, существенно различающиеся по структуре и свойствам, например ПЭ и ПА или ПЭ и ПС.

Соэкструзия с использованием нескольких экструдеров, одной головки и специального распределительного блока (адаптера)(рис. 5.50).

Рис. 5.50. Соэкструзия трехслойного пленочного полотна с использованием блока питания адаптера (1) и одной плоскощелевой формующей головки (2)

Несколько потоков материалов из разных экструдеров одновременно поступают в адаптер, в котором происходит окончательное распределение слоев по ширине головки, после чего материал подается в плоскощелевую головку. По этой схеме можно получать самые разнообразные пленки с числом слоев от 2 до 100, включая слои из нетермостабильных материалов или адгезива, соединяющие слои различных по свойствам полимеров.

Другой способ “два (или более) экструдера – две (или более) головки” предусматривает соединение слоев после выхода заготовок из головок экструдеров на каландровом оборудовании, как показано на рис. 5.51. Этот способ широко применяется при изготовлениидублированных и комбинированных пленок.

Рис. 5.51. Соэкструзия двухслойного материала по схеме “два экструдера – две головки”: 1, 5 – соответственно основной и дополнительные экструдеры; 2, 4 – плоскощелевые головки; 3 – приемо-гладильное валковое устройство   Если в состав многослойного пленочного изделия помимо полимеров входят и другие материалы (металлическая фольга, ткань, бумага и т.п.), то такие изделия называются комбинированными. Если они состоят из двух слоев, то называются дублированными. Такие изделия получают следующим образом.

Экструдируемый расплав полимера наносится в виде пленки на движущуюся подложку: на полотно бумаги, ткани, алюминиевой фольги или готовую пленку из другого полимера. Сформированный комбинированный ленточный материал пропускается между двумя дублирующими валками каландра и далее постепенно охлаждается (метод каширования).

Рукавная сетка формируется при применении угловой кольцевой головки, как при получении рукавных пленок. Конструктивная особенность головки: между дорном и матрицей нет щелевого зазора, а на их поверхности имеются цилиндрические углубления по периметру в виде каналов. При встречном вращении дорна и матрицы струи расплава начинают пересекаться, сплавляться и образуют переплетение. Образуется цилиндрическая сетка, узлы которой формируются в местах контакта струй после охлаждения.

Армированные шланги получают на специальных трубных головках. Она имеет узел укладки входящих в нее армирующих волокон или нитей на расплавленный экструдат. Вращаясь с определенной скоростью в различных направлениях, волокно или нить образуют рисунок переплетения. Армированные стальнойсеткой полиэтиленовые трубы (ПАТ) получают по уникальной технологии, в ОАО “Стройпластполимер” (г. Екатеринбург). Процесс автоматической непрерывной сварки арматуры из стальной проволоки Ø3÷4 мм в сетчатый цилиндр совмещен с экструзией. Полученный цилиндрический каркас непрерывно поступает между матрицей и дорном формующей трубной головки и покрывается экструдатом. Далее труба проходит калибратор. Также разработана уникальная система внутреннего охлаждения трубы. Данные трубы на основе ПЭВП вначале были разработаны для атомных подводных лодок. Сейчас такие трубы Ø95, 125 и 200 мм на основе ПЭСД и ПЭВП стали широко применяться при обустройстве нефтяных скважин для перекачки нефтепродуктов и водоводах, вместо стальных. Преимущество применения ПАТ вместо стальных: это коррозионная стойкость, долговечность (до 50 лет), эластичность, более высокое рабочее давление до 10 МПа (у стальных до 8 МПа).

Пористые (газонаполненные) экструдированные изделия получают экструзией газонаполненных материалов. В зависимости от природы, количества порофора и технологических режимов экструзии изделия могут получаться с различным количеством открытых, сообщающихся и закрытых пор, иметь различную плотность. Режим экструзии такой, что вначале плавится полимер, а затем разлагается порофор. Давление газа меньше давления расплава перед входом его в формующую головку.

Второй способ получения газонаполненных экструдированных изделий – насыщение расплава полимера инертным газом (например, фреоном), подаваемым под высоким давлением (20÷40 МПа) через каналы цилиндра. Вспенивание расплава происходит сразу же после выхода его из формующей головки. При производстве листов из пенополистирола применяется двухстадийная экструзия. Во втором экструдере идет охлаждение расплава и структурообразование.