Материаловедение Лекция 2 Способы изготовления

Материаловедение Лекция 2

Способы изготовления пленок n Отливом из раствора; n Экструзией из расплава; n Каландрированием

Изготовление пленок методом отлива из раствора n Этим методом изготавливают пленки из полимеров, у которых температура плавления полимера близка или ниже температуры разложения.

Изготовление пленок методом экструзии через кольцевую фильеру (рукавная пленка)

Изготовление рукавной пленки

Изготовление пленки методом экструзии через щелевую фильеру (плоская пленка) Схема установки для изготовления плоской пленки методом экструзии: 1 — зона загрузки; 2 — экструдер; 3 — плоскощелевая головка; 4 — охлаждаемый вал; 5 — намоточное устройство.

Преимущества плоскощелевой экструзии n Лучшие оптические свойства; n Низкая разнотолщинность; n Высокая плоскостность; n Высокая производительность; n Простота изменения толщины пленки; n Меньшая высота линии.

Ориентация пленок Под ориентацией пленки подразумевают увеличение ее площади путем продольной и поперечной деформации в зоне термопластичности полимера. Различают ориентацию: n Вдоль оси ориентации пленки (одноосную продольную); n Поперек оси ориентации пленки (одноосную поперечную); n В обоих направлениях (двуосную);

Ориентация пленок Двуосная ориентация пленки может быть: n Синхронная (в процессе раздува); n Ступенчатая (в процессе вытяжки).

Схема изготовления ориентированной пленки

Влияние ориентации на свойства и структуру пленок n Повышение прочности за счет образования в полимере более упорядоченной микрофибриллярной структуры с параллельной ориентацией кристаллических блоков; n Получение термоусадочных пленок. Термоусадка происходит в результате релаксации внутренних напряжений при нагревании.

Термофиксация пленок Термообработка пленок, при которой снимаются внутренние напряжения, кристаллические блоки микрофибрилл объединяются, фиксируя структуру и размер пленки. Термофиксированные пленки дают незначительную усадку (4 – 8%) в области плавления полимера.

Особенности ориентированных пленок n Структура стабильна в ограниченном диапазоне температур; n При нагревании дают усадку; n При одноосном ориентировании структура очень анизотропна; n При двуосном ориентировании прочность при растяжении примерно одинакова и может превышать первоначальную примерно в 4 раза. n Улучшаются барьерные свойства; n Увеличивается сопротивление удару при низких температурах; n Хорошая морозостойкость.

Лекция 2

Компоненты пленок Полимеры, используемые для изготовления пленок

Основные типы полимеров, используемые для изготовления пленок Полиэтилен (ПЭ, PE) – (- СН 2 -)n – продукт полимеризации этилена, относящийся к группе кристаллизующихся полимеров. Выпускают ПЭ-пленки толщиной 10 -250 мкм.

Классификация ПЭ по плотности Виды полиэтилена Полиэтилен низкой Полиэтилен высокой Полиэтилен средней плотности (низкого давления) (высокого давления) ПЭСП ПЭВП, ПЭНД, HDPE ПЭНП, ПЭВД, LDPE

Общие свойства ПЭ-пленок n Термопластичность; n Достаточная прозрачность; n Отсутствие запаха и вкуса; n Водо- и паронепроницаемая; n Высокая эластичность при низких температурах (0ºC); n Способность к термосвариванию; n Достаточная прочность

Недостатки ПЭ-пленок n Подвержен старению (вводят 2 -3% стабилизаторов и ингибиторов) n Низкая полярность поверхности (плохая адгезия красок)

Свойства полиэтиленов Тип пленки Плотность Степень Температу Поверх- г/см³ кристал- ра плав- ностное личности, ления, ºC натяжение % м. Н/м ПЭНП 0, 918 -0, 930 Менее 60 107 -120 31 -33 ПЭСП 0, 926 -0, 940 - - « ПЭВП 0, 945 -0, 970 65 -78 124 -131 «

Свойства полиэтиленов Тип пленки Разрушающее Относительное Стойкость к Напряжение при удлинение при распростране- растяжении, МПа разрыве, % нию надрыва, г ПЭНП 10, 5 – 21, 0 100 - 700 100 - 500 ПЭСП 14, 0 – 24, 5 50 - 650 50 – 300 ПЭВП 17, 0 – 43, 0 10 - 650 15 - 300

Иономеры Цель создания Повышение прочности при сохранении иономеров всех положительных свойств ПЭ-пленок Введение катионов в полимеры и сополимеры, содержащие карбоксильные Способ получения группы, с образованием прочных ионных связей.

Иономеры Сополимеры олефинов с Частичная нейтрализация Образование моно- и дикарбоновыми Гидроокисями и солями ионной связи кислотами металлов Например, сополимеры этилена с акриловой кислотой (до 8%), обработанные соединениями одно- и двухвалентных металлов (например Na+ или Zn++) при 50 -80%-ной степени нейтрализации.

Иономеры Свойства иономеров зависят от: n Количества и типа карбоксилсодержащего мономера; n Молекулярной массы сополимера; n Степени нейтрализации; n Характера катиона

Иономеры Введение ионогенных групп: n Изменяет структуру полимера; n Уменьшает степень кристалличности; n Повышается прозрачность; n Улучшается адгезия к печатным краскам; n Повышается паропроницаемость; n Ухудшаются (незначительно) диэлектрические свойства.

Основные типы полимеров, используемые для изготовления пленок СН 3 | Полипропилен (ПП, РР), (-СН 2 —СН— )n – получают стереоскопической полимеризацией в присутствии катализатора при нормальном давлении и низкой температуре с образованием изотактического высококристаллического полипропилена. Выпускают ПП-пленки толщиной 20 - 40 мкм, неориентированные, одноосноориентированные (ОПП, ОРР), двуосноориентированные (БОПП, ВОРР).

Полипропилен (ПП, РР) СН 3 СН 3 -Изотактический полипропилен СН 3 -Атактический полипропилен СН 3

Свойства полипропилена n Термопластичность; n Высокие физико-механические свойства; n Низкая полярность (плохая адгезия к краскам); n Низкая водо- и газопроницаемость; n Очень хорошие диэлектрические свойства; n Поверхностный глянец; n Высокая прозрачность; n Высокая термостабильность; n Хорошее скольжение.

Свойства полипропилена n Плотность – 0, 90 г/см³; n Степень кристалличности – 56 – 80%; n Температура плавления – 155 - 175ºC;

Свойства полипропилена Тип Разрушающее Относит. Стойкость к Поверхност- полипропи- напряжение при удлинение распростране- ное лена растяжении, при разрыве, нию надрыва, Натяжение МПа % г м. Н/м ПП-неорин- 31, 5 – 70, 0 550 - 1000 600 (прод)/ 0, 22 – 0, 29 тирован. 25(попер. ) ПП – 84, 0 – 231, 0 50 - 220 7/20 « Двуосно- ориентиров.

Свойства полипропилена n Термопластичность; n Высокие физико-механические свойства; n Низкая полярность (плохая адгезия к краскам); n Низкая водо- и газопроницаемость; n Очень хорошие диэлектрические свойства; n Поверхностный глянец; n Высокая прозрачность; n Высокая термостабильность; n Хорошее скольжение.

Области применения ПП n Производство гибкой упаковки; n Производство термоформованной тары (листы ПП); n Изготовление жесткой упаковки (стаканчики, крышечки, контейнеры); n Изготовление термоусадочных пленок.

Основные типы полимеров, используемые для изготовления пленок Поливинилхлорид (ПВХ, PVC-P (пластифицированный), PVC-U (жесткий)) – (-СНCl – СН 2 -)n Получают эмульсионной полимеризацией в присутствии инициаторов перекисного типа. Аморфный полимер со значительными силами межмолекулярного взаимодействия.

Поливинилхлорид ПОЛИВИНИЛХЛОРИД Пластифицированный Непластифицированный поливинилхлорид (пластикат PVC-P)- (жесткий PVC-U) Содержит до 40% пластификатора

Свойства поливинилхлорида n Плотность, г/см³: Жесткий ПВХ – 1, 38 Мягкий ПВХ – 1, 30 n Температура размягчения, ºC: Жесткий ПВХ – 80 Мягкий ПВХ – 50 - 70

Свойства поливинилхлорида Тип Разрушающее Относит. Стойкость к Поверхностн полимера напряжение при удлинение распро- ое растяжении, при странению натяжение, МПа разрыве, надрыва, м. Н/м % г Жесткий 49 -70 25 10 - 700 39 ПВХ Мягкий 10 - 40 150 - 500 60 - 1400 33 - 38 ПВХ

Непластифицированная ПВХ-пленка n Прозрачная и блестящая пленка (при использовании стабилизаторов); n Низкая газопроницаемость; n Относительно высокая водопроницаемость; n Высокая стойкость к маслам, жирам, кислотам и щелочам; n Набухает в хлорированных углеводородов и кетонах; n Имеет небольшую стойкость к слипанию; n Склонена к накоплению статического электричества.

Пластифицированная пленка n Более высокая прозрачность, блеск и мягкость; n Улучшаются свойства при низких температурах; n Имеет специфический запах; n Более подвержен воздействию растворителей; n Не требует подготовки для печати, но пластификаторы и скользящие добавки могут ухудшать адгезию красок; n Нельзя утилизировать.

Область применения ПВХ n Для потребительской тары n Для гибкой упаковки

Основные типы полимеров, используемые для изготовления пленок Поливинилденхлорид (ПВДХ, PVDC) – ( - CCl 2 – CН 2 - )n Получают методом эмульсионной полимеризацией. Относится к группе кристаллических полимеров.

Свойства ПВДХ n Хорошие прочностные характеристики, особенно при продавливании; n Прозрачность; n Низкая паро- и газопроницаемость; n Непроницаема по отношению к жирам, маслам; n Устойчивость к действию растворителей

Область применения n В качестве прозрачного слоя в комбинированных пленочных материалах для улучшения защитных свойств.

Сарановые пленки ( - CCl 2 – CН 2 - )m· ( - CНCl – CН 2 - )n • Высокая эластичность; • Не теряют эластичности при низких температурах; • Неустойчивы при длительном нагреве свыше 60ºC; • Высокое сопротивление раздиру.

Основные типы полимеров, используемые для изготовления пленок Полистирол (ПС, PS) – (- СН 2 – СН - )n Получают методами: 1. Термополимеризацией (блочный полистирол) – аморфная структура, 2. Стереоспецифическая полимеризация – кристаллический полимер

Свойства полистирола n Жесткий; n Хрупкий; n Невысокие защитные свойства; n Невысокая теплостойкость; n Склонность к старению и образованию трещин.

Виды полистирола Полистирол Ударопрочный – Двуосно- Вспененный – блоксополимер ориентированный- более Блочный стирола с менее хрупкий декоративный каучуком (УПС) АБС – пластики - сополимеры полистирола с акрилонитрилбутадиеном • повышенная химическая стойкость и светотермостабильность; • высокая прочность; • низкие диэлектрические свойства

Свойства полистирола Тип Разрушающее Относит. Стойкость к Поверхност- полимера напряжение при Удлинение при распростра- ное натяжение, растяжении, разрыве, нению м. Н/м МПа % надрыва, г Двуосно- ориентирова 56 - 84 3 -4 5 33 - 36 нный Вспененный 21 - 63 2 -8 - «

Основные типы полимеров, используемые для изготовления пленок Полиамиды – (ПА, РА) - ОС – (СН 2)m – СОNH – (СН 2)n – NH – Относятся к полимерам с кристаллической структурой и полужесткими цепями, между группами СО и NH разных макромолекул возникают водородные связи

Свойства полиамидов n Температура плавления 210 - 264ºC; n Высокая прочность; n Высокая теплостойкость; n Низкий коэффициент трения; n Стойкие к истиранию; n Ударопрочные; n Способны поглощать вибрацию; n Склонны к старению; n Некоторая гигроскопичность.

Свойства полиамидов Тип Разрушающее Относит. Стойкость к Поверхност- полимера напряжение при Удлинение распростра- ное растяжении, при разрыве, нению натяжение, МПа % надрыва, м. Н/м г 6 63 - 126 250 - 550 50 - 90 Не более 36 63 - 96 200 - «

Основные типы полимеров, используемые для изготовления пленок Полиэтилентерефталат – (ПЭТ, РЕТ) ( - ОСОС 6 Н 4 СООСН 2 - )n Получается в результате реакции поликонденсации этиленгликоля и терефталевой кислоты. Относится к группе кристаллических полимеров.

Свойства ПЭТ (лавсан, терилен) n Хорошая морозостойкость; n Высокая теплостойкость; n Температура плавления 255 - 257ºC; n Высокая химическая стойкость; n Хорошие диэлектрические свойства; n Плохое скольжение (вводят скользящие добавки).

Свойства ПЭТ Тип Разрушающее Относит. Стойкость к Поверхност- полимера напряжение при Удлинение распростра- ное растяжении, при разрыве, нению натяжение, МПа % надрыва, м. Н/м г ПЭТ 140 - 210 70 - 120 12 - 27 41 - 44

Виды полиэфирных пленок n Пленка без покрытия; n Термодеформируемая; n Металлизированная; n С термосвариваемым покрытием; n Термоусадочная; n Матовая полупрозрачная.

Целлофан - пленка из регенерированной целлюлозы, полученная в результате обработки сульфитной целлюлозы раствором едкого натра и сероуглеродом.

Свойства целлофана n Невысокая механическая прочность; n Невысокая эластичность; n Неводостойкая; n Паро- и газопроницаемая; n Не подвержена термосварке; n Хорошо запечатывается; n Относительно дешевая.

Свойства целлофана Тип Разрушающее Относит. Стойкость к Поверхност- полимера напряжение Удлинение распростра- ное при разрыве, нению натяжение, растяжении, % надрыва, м. Н/м МПа г Целлофан 49 - 126 10 – 50 2 - 20 -

Типы целлофановых пленок n Невлагостойкие ( без покрытия); n Влагостойкие (с нитроцеллюлозным покрытием); n Термосвариваемые (с полимерным покрытием)

Основные типы полимеров, используемые для изготовления пленок Поликарбонат (РС, ПК) – сложный полиэфир уксусной кислоты. Кристаллический полимер, которому при охлаждении можно придать аморфную структуру.

Свойства ПК-пленок n Высокая термостойкость в сочетании с высокой прозрачностью n Гибкость и одновременно прочность и жесткость n Сохраняют стабильные размеры при длительном нагреве n Остаются эластичными при низких температурах n Химически стойки к растворам солей, разбавленным кислотам и щелочам, маслам n Разрушается крепкими щелочами

Свойства ПК-пленок n Ограниченная стойкость к воздействию ионизирующего излучения n Высокая проницаемость для газа и паров воды (для улучшения барьерных свойств наноситься покрытие) n Легко сваривается n Выдерживает тепловые удары и свето-тепло-вакуумное старение

Область применения ПК-пленок n Используется в качестве упаковки для продуктов, предназначенных для кипячения в пленке. n Металлизированные пленки высокого качества.

Свойства ПК Тип Разрушающее Относит. Плотность, Температура полимера напряжение Удлинение г/см³ размягчения, при разрыве, ºC растяжении, % МПа ПК 60 12 - 27 150

Добавки к полимерным пленкам n Антиблокирующие добавки – тонкодисперсные порошки нерастворимые в полимере. Уменьшают тенденцию к слипанию (органические амиды, стеарат цинка)

Добавки к полимерным пленкам n Противозапотевающие агенты – способствуют образованию непрерывной пленки влаги, что улучшает видимость. Гидрофильные эфиры жирных кислот (стеарат глицерина)

Добавки к полимерным пленкам n Антиоксиданты – для защиты от окисления, температурного воздействия и УФ – излучения.

Добавки к полимерным пленкам n Антистатические добавки – производные двухатомных спиртов-гликолей или соединения четвертичного аммония. Характеризуются двумя показателями: n Уровень электропроводности; n Заметная склонность к миграции. Ухудшают восприятие печатных красок.