Способ продольной вытяжки плоских полимерных пленок

 

СПОСОБ ПРОДОЛЬНОЙ ВЫТЯЖЮПЛОСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК, включающий вытяжку пленки за счет разности скоростей тихоходных промежуточных и быстроходных валков, причем усилие вытяжки увеличивают ступенчато посредством увеличения скоростей промежуточньос валков в направлении быстроходных валков, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества пленки за счет повышения стабильности процесса вытяжки, увеличение усилия вытяжки осуществляют по закону геометрической прогрессии согласно соотношениям: . У Vc Йо где i 1,2,...,п-2 - порядковый номер валка. .t.iiLlj/ln. I Vo 6„-б/ к где V-(i 1,2,..,п-1) - скорость i-ro промежуточного валка; V, Vg- скорости быстроходного и ткхоходного валков соответственно; Ц - знаменатель геометрической прогрессии; п - число ступеней вытяжки; ,6о4г-деформация и напряжения, отвечающие началу (индекс 0) § и концу (индекс Т) процесса О) образования шенки в растягиваемой пленке и определяемые по кривой растяжения пленки при температуре ориентации полимеров; ё„- напряжение в пленке на последней ступени вытяжки, определяемое из кривой растяг Vn жения при деформации ь, Di CD 00

СООЭ СОВЕТСКИХ

COUHIm

РЕСПУБЛИК,SUÄ 111591 зШ В 29 3 7/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

938,1Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ."

Vh Ч вЂ” ° 1с, " (1

1 Це V; (i = 1,2,...n-1) скорость

i-го промежуточного валка; одного и ти

Ч„, V — скорости быстрох хоходного валков соответстК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ (21) 3637610/23-05 (22) 22.08.83 (46) 30.09.84. Бюл. № 36 (72) B.Т.Мазаев, А.И.Мжельский, Т.Г.Левина, Л.О.Гушанский и С.Н.Дегтярева (53) 678.027.32(088.8) (56) 1. Тахакаси Г. Пленки из полимеров. N. "Химия", 1971, с. 30.

2. Патент ФРГ ¹ 1504059, кл, В 29 11 7/24, опублик. 1975 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ПРОДОЛЬНОЙ ВЫТЯЖКИ . ПЛОСКИХ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК, включающий вытяжку пленки за счет разности скоростей тихоходных промежуточных и быстроходных валков, причем усилие вытяжки увеличивают ступенчато по- . средством увеличения скоростей промежуточных валков в направлении быстроходных валков, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества пленки за счет повышения стабильности процесса вытяжки, увеличение усилия вытяжки осуществляют по закону геометрической прогрессии согласно соотношениям:

Vö .Е о л/

"=14 . „К

Ч, бо где i = 1,2,...,n-2 — порядковый номер валка, венно;

К вЂ” знаменатель геометрической прогрессии; и — число ступеней вытяжки;

, „4,Д; .деформация и напряжения, отвечающие началу (индекс О) д и концу (индекс Т) процесса образования "шейки" в рас-, тягиваемой пленке и определяемые по кривой растяжения пленки при температуре ориентации полимеров;

6 — напряжение в пленке на последней ступени вытяжки, определяемое из кривой растя-, gh жения при деформации

1115913

Изобретение относится к переработ- ке пластмасс, в частности к получению одноосно ориентированных полимерных пленок, используемых для дальнейшей ориентации в поперечном направлении при получении двухосно ориентированных пленок или непосредственно в качестве, например, лент для упаковки, изоляционных материалов в электротехнической и конденсатор- 10 ной промышленности и т.д.

Известен способ продольной вытяжки плоских полимерных пленок, включающий вытяжку пленки эа счет разности скоростей тихоходных и быстроходных валков. Пленка входит на группу тихоходных валков, нагревается до температуры ориентации, .вытягивается в зазоре за счет разной скорости валков, а затем попадает на поверхность быстроходных валков, где охлаждаегся, фиксируя полученную ориентацию t1).

Недостаток известного способа состоит в том, что он обеспечивает стабильность процесса только, если 25 вытягивание происходит при относительно низких температурах, когда возможно проскальзывание пленки по одному или нескольким валкам тихоходной группы, При увеличении температуры тихоходных валков и при соответствующем увеличении коэффициента трения материала по поверхности валков проскальзывание пленки затрудняется, процесс вытяжки становится неустойчивым, а однородность свойств готовой пленки ухудшается.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ про- 40 дольной вытяжки плоских полимерных пленок, включающий вытяжку пленки за счет разности скоростей тихоходных, промежуточных и быстроходных валков, причем усилие .вытяжки увели- 45 чивают ступенчато посредством увеличения скоростей промежуточных валков в направлении быстроходных валков (2).

Недостаток данного способа состоит в том, что он является более 50 сложным и дорогим, чем одностадийный способ, не обеспечивает достаточной стабильности процесса и однородности свойств пленочного полотна, если ориентация проводится при по- 55 вышенных температурах. Скорость валков увеличивают, не сообразуясь с возникающими при этом усилиями в пленочном полотне, что является причиной недостаточной стабильности в случае, когда силы трения полотна о валок недостаточны для компенсации разности усилий натяжения полотна по сторонам валка, что вызывает ухудшение качества пленки.

Цель изобретения — повышение качества пленки за счет повышения стабильности процесса вытяжки.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу продольной вы— тяжки плоских полимерных пленок, включающему вытяжку пленки за счет разности скоростей тихоходных, промежуточных и быстроходных валков, причем усилие вытяжки увеличивают ступенчато посредством увеличения скоростей промежуточных валков в направлении быстроходных валков, увеличение усилия вытяжки осуще— ствляют по закону геометрической прогрессии согласно соотношениям

Jq Eo

-4 ч, о о где п = 1,2,...,n 2 — порядковый номер валка; п1 1,, n l j n g

rpe V (1 = 1,2,, и 1 ) — cKopocTü

i-промежуточного валка;

Чп, Ч вЂ” скоРости быстРохоДного и тихоходного валков соответственно;

К вЂ” знаменатель геометрической прогрессии;

П вЂ” число ступеней вытяжки;

C„F;,g6 — деформации и напряжения, отвечающие началу (индекс 0) и концу (индекс. Т) процесса образования "шейки" в растягиваомой пленке и определяемые по кривой растяжения пленки при температуре ориентации полимера; „- напряжение в пленке |на последней ступени вытяжки, определяемое из кривой растяVrl жения при деформации „= — -1 ч„

На фиг. t представлена схема процесса одноосной вытяжки; на фйг. 2 кривая растяжения полимерной пленки;

1115913

3 на фиг. 3 — кривая растяжения полио, стирола при 106 С.

Пленка проходит группу тихоходных валков 1-3, затем промежуточную группу валков 4-7, вытягиваясь между вал- 5 ками, и попадает на группу быстроходных валков 8 и 9.

Сущность способа состоит в том, чтобы натяжение пленки постепенно увеличивалось в направлении быстроход- 10 ных валков 8 и 9 в соответствии с заранее заданным законом геометрической прогрессии. Этот закон выбирается иэ следующих соображений: пленка, удерживаемая силой трения неподвижно 15 на поверхности вращающегося валка, не начнет проскальзывать, пока отношение сил натяжения пленки по разные стороны валка не превысит величину

К =, где Q — угол охвата валка 20 жо пленкой, а 1ч — коэффициент трения.

Поскольку обычно для промежуточных валков Q =- " = 3,14, а при температуре ориентации 1ц =- 0,2-0,5, то значения К лежат в интервале 2-5. Это 25 значит, что если усилие натяжения возрастает от зазора к зазору быстрее, чем в К раэ, то неизбежно про- скальзывание и нестабильность процесса. Конкретная величина коэффициента К, являющегося знаменателем геометрической прогрессии, выбира— ется в зависимости не только от температуры ориентации и материала вытягиваемой пленки, но и зависимости от числа ступеней вытягивания пленки (т.е. от числа членов геометрической прогрессии). Предпочтительно выбирать величину К заметно меньшим по величине, чем предельная величина, рассчитанная го приведенному экспоненциальному уравнению, и постоянным, вследствие чего усилия натяжения пленки в последовательно расположенных межваловых зазорах образуют 45 геометрическую прогрессию.

Выбор закона геометрической прогрессии для усилий натяжения пленки в межвалковых зазорах не означает, что скорости последовательных валков также образую-. геометрическую прогрессию. Для выбора скоростей валков необходимо использовать кривую растяжения полимерной пленки при темnepai"ype ориентации — кривую, связы- 55 вающую напряжение в пленке с деформацией, при которой развивается это напряжение.

Типичную KpHBvN) растяжения полимерной пленки (фиг. 2) можно представить приближенно в виде ломаной прямой, состоящей из трех отрезков, соответствующих начальному участку

ОА, участку образования "шейки" ЛВ и участку растяжения "шеечного" материала ВС. Такую ломаную можно описать математически, исходя иэ трех характерных точек — A (d „ C ) — навала и В (б, Ez ? — конца образования

"шейки" и С (6„, Е „) — отвечающей концу процесса вытяжки. На участке

ОА ломаная описывается уравнением а на участке ВС уравнением

Участком АВ кривой растяжения можно при описании пренебречь, поскольку в его пределах ни одну из ступеней процесса вытяжки не следует останавливать: незавершенный переход в "шейку" означает возможность возникновения недотянутых участков, т.е. неоднородности толщины и свойств по полотну пленки, Подбор текущей величины напряжения в уравнениях (1) и (2) осуществляется, исходя из числа ступеней вытяжки П, а следовательно, и величины знаменателя ге— ометрической прогрессии К. Из закона геометрической прогрессии следует, что ряд ее последовательности членов описывается функцией

Подставляя (3) в уравнения (1) и (2) и учитывая, что деформация.

Ч;

Е„= †— 1 (где V1 — скорость i-ro

7о валка, Ч вЂ” скорость тихоходной группы), получим следующие соотношения для выбора скоростей последовательных валков: где i = 1,2,...,n-2 — порядковый номер валка;

1115913 (5) где V<(i = 1,2,...,n-1) — скорость

1-ro промежуточного валка; 5

V n,Ч вЂ” скорость быстроходного и тихоходного валка соответственно;

К вЂ” знаменатель геометрической

10 прогрессии; — число степеней вытяжки;

,, „, — деформации и напряжения, отвечающие началу (индекс О) и концу (индекс Т) процесса образования "шейки" 15 в растягиваемой пленке и определяемые по кривой растяжения пленки при температуре ориентации полимера. 20

Для практической реализации изобретения следует выбрать температуру ориентации, величину требуемой максимальной деформации при вытяжке с (исходя из свойств готовой пленки), снять кривую растяжения пленки при температуре ориентации, найти по ней

d, Го,б,,E, задаться числом ступеней вытяжки и знаменателем геомет30 рической прогрессии К (предпочтительно, в интервале 1,5 — 2,5) и затем по соотношениям (4) и (5) определить скорости промежуточных валков.

Пример. Пленочное полотно из полистирола шириной 1100 мм и толщиной 120 мкм,полученное экструзией расплава через плоскощелевую формующую головку, растягивается в продольном направлении на валковой установке, состоящей из шести тихо40 ходных валков с диаметром 450 мм, трех промежуточных валков с диаметром 150 мм и группы быстроходных валков — один с диаметром 150 мм и два

450 мм. На входе и выходе установки

45 смонтированы неприводные гуммированные валки с диаметром 150 мм. Термостатирование установки производится от двух станций с жидким теплоносителем. Температура тихоходных и промежуточных валков 106 С, быстроо ходных 90 С. Скорость тихоходной о— группы 10 м/мин, скорость быстроходной группы 40 м/мин, кратность вытяжки 4. Толщина продольной ориентированной пленки на выходе установки 30 мкм. Кривая растяжения полистирола при 106 С приведена на рис. 3, там же изображено приблизительное ее описание ломаной линией.

Координаты начала и конца образования "шейки" до= 18 кг/см, E ä = 0 25, д., = 27,5 кг/см, E = 1,5. Предельная величина напряжения d>-- 49 кг/см при предельной деформации р= 3,0 (отвечает величине продольной вытяжки 4).

Для четырехстадийной установки (при трех промежуточных валках) знаменатель геометрической прогрессии

К = 1,7, тогда Ыг = 10, dü = 17, d> = 29 кг/см . Согласно уравнениям (4) и (5) при выбранных напряжениях деформации скорости валков составляют последовательно 1,13, 1,24 и 2,6. При таких скоростях промежуточных валков получена пленка толщиной 30 мкм, стабильность пленки по толщине в продольном направлении .

2 мкм, отклонения края пленки в поперечном направлении не превышают

2 мм. После ориентации такой одноосноориентированной пленки в поперечном направлении при кратности поперечного растяжения 3 получена двухосноориентированная пленка толщиной о

10 мкм с продольной усадкой (100 С, 10 мин в воздухе), в двое превышающей поперечную.

Для сравнения при скорости промежуточных валков, равной скорости тихоходных валков (т.е. при ориентации в одну стадию) на той же установке получена пленка со стабильностью по толщине 3 мкм, размахом отклонений края в поперечном направлении 4 мм. После поперечной ориентации пленки получена двухосно-ориентированная пленка толщиной 10 мкм с продольной усадкой, равной поперечной усадке (недостаток пленки нужна преимущественная продольная усадка). Изменить соотношение продольной и поперечной усадок не удавалось, коэффициент продольной вытяжки на валках не удавалось поднять выше 2,8. (Преимуществом данного изобретения по сравнению с базовым способом ориентации для производства полистирольной пленки является возможность расширения ассортимента получаемых пленок в сторону малых толщин и повышения качества (главным образом равнотолщинности) и величины продольной усадки пленок. Эти преимущества

Дерорнация

Фиг. 2 ог

Деформация

Аг.З

ВНИКПИ Заквз 6833/13 Тираж 639 Подписное

4ацшаа ППП "Патент", r.Óèãîðîä, ул.Проектная, 4 обеспечиваются за счет ступенчатого возрастания усилия растяжения пленки по закону геометрической прогрессии путем увеличения скорости промежуточных валков по формулам (4) и (5).

Использование изобретения стабилизирует процесс, ликвидирует проскальзывание пленки по валкам, снижает за15913 8 висимость процесса от колебаний толщины пленки и температуры валков, позволяет увеличить кратность продольной вытяжки, что повышает в целом однородность свойств готовой пленки и однородность толщины, а также величину продольной усадки готовой пленки.