Производство полиэтиленовой пленки

Производство полиэтиленовой пленки

Полиэтиленовые пленки вырабатывают только методом непрерывной экструзии, причем двумя способами. При первом способе полиэтиленовую массу выдавливают через головку экструдера в виде трубы и при выходе ее из головки раздувают воздухом определенного давления до заданной толщины. При втором способе полиэтиленовая масса экструдируется через плоскую щель, зазор которой и определяет толщину пленки. Второй метод не имеет пока широкого применения в практике нашего производства, но тем не менее будет детально рассмотрен здесь как весьма перспективный.

Первой операцией производства является гранулирование полиэтилена. На рис. 2 в разделе производства полиэтиленовых труб приведена схема установки для грануляции полиэтилена с воздушной транспортировкой и охлаждением полученных гранул. Там же достаточно подробно описан процесс грануляции. В дополнение к нему ниже дано описание метода введения красителей при изготовлении окрашенных пленок.

Процесс изготовления окрашенных пленок не имеет каких-либо отличий от процесса изготовления прозрачных пленок, кроме дополнительной операции приготовления концентрата красителя. Этот концентрат изготовляют на стальных вальцовках, имеющих различную скорость вращения валов — для обеспечения хорошего перетира и полной гомогенизации массы.

Краситель в количестве, необходимом для окраски всей данной партии полиэтилена, смешивают (вальцуют) на этих вальцовках с частью полиэтилена (обычно 10—20% от веса всего полиэтилена, окрашиваемого в данный цвет).

Полиэтилен смешивают с красителем на валках, имеющих фрикцию 1 : 1,2, при температуре валков 120—140°. При достижении полной однородности массы по цвету ее снимают в виде полотен толщиной 1—2 мм и после охлаждения нарезают на узкие полоски, которые гранулируют обычным порядком.

Полученный таким путем гранулированный цветной концентрат хорошо смешивают с гранулами неокрашенного полиэтилена в специальных барабанах, дающих равномерное смешение в течение 15 мин. При обработке в шнек-машине эта смесь окрашенных и неокрашенных гранул гомогенизируется и дает однородную по цвету массу. Для получения однородной по цвету пленки необходимо, чтобы гранулированный полиэтилен, как цветной, так и неокрашенный, имел одинаковые физико-механические свойства (особенно текучесть). Гранулы полиэтилена с разными показателями, не дают при обработке на шнек-машине однородной массы.

Шнек для переработки полиэтилена

Рис. 1. Шнек для переработки полиэтилена
1 — зона подачи; 2 — зона сжатия; 3 — гомогенизирующая

Производительность экструзии в значительной степени зависит от насыпного веса гранулированного полиэтилена: чем больше насыпной вес гранул, тем выше производительность экструдера. Поскольку наивысшим насыпным весом обладают гранулы шарообразной формы (544 г/л), применять их предпочтительнее.

Обработка на шнек-машине заключается в нагревании и расплавлении полиэтилена, перемешивании его до состояния гомогенной вязкой массы и подачи его в экструзионную головку под необходимым давлением.

Схема шнек-машины показана на рис. 3 раздела производства полиэтиленовых труб. Качество работы этой машины в значительной мере зависит от конструкции шнека, от правильности подбора шага винтовых каналов и глубины каналов в разных зонах шнека, от соотношения его диаметра и длины и соблюдения температурного режима во всех зонах его работы.

На рис. 1 показан шнек для переработки полиэтилена с тремя зонами равной длины.

Шаг винтовых каналов шнеков обычно равен диаметру шнека, а ширина гребня составляет одну десятую диаметра шнека.

Степень сжатия, получаемая таким шнеком, колеблется от 1 : 3 до 1 : 5, в зависимости от вырабатываемого изделия. Длина шнека обычно равна 15—18 его диаметрам.

Как отмечалось выше, основным методом производства полиэтиленовой пленки является метод экструзии массы в виде трубы (рукава) с последующим раздуванием таковой до заданной толщины пленки. При этом методе экструзионная головка может работать в трех положениях — горизонтальном, вертикальном с выходом пленки вверх и в вертикальном с выходом пленки вниз. На рис. 4, раздела производства полиэтиленовых труб изображена головка для экструзии труб, применяемая и в данном случае, при горизонтальной приемке пленки.

Схема производства полиэтиленовой пленки методом раздувания с отводом вверх

Рис. 2. Схема производства полиэтиленовой пленки методом раздувания с отводом вверх:
1 — намоточные валки; 2 — режущее устройство; 3 — направляющий валок; 4 — вытяжные валки; 5 — направляющие щеки; 6 — кольцо воздушного охлаждения и под ним головка шнек-машины; 8 — рукав пленки; 9 — шланг подачи воздуха для охлаждения; 10 — регулировочный вентиль; 11 — шланг подачи воздуха для раздувания рукава; 12 — втулки для намотки пленки; 13 — воздуходувка; 14 — ресивер для воздуха.

Опытным путем установлено, что вертикальная система выхода пленки имеет несомненные преимущества перед горизонтальной, а выход вверх повышает производительность экструдера и позволяет получать пленки в большом диапазоне толщин. На рис. 2 показана схема этого производства пленок методом вертикальной экструзии с верхним приемом, а на рис. 3 — схема экструзионной головки вертикального действия.

Экструзионная головка для производства пленки

Рис. 3. Экструзионная головка для производства пленки:
1 — переход; 2 — решетка; 3 — фильтрующая сетка; 4 — нижний корпус головки; 5 — распределитель потока; 6 — дорн; 7 — фланец; S — верхний корпус головки; 9 — формующее кольцо; 10 — регулировочное кольцо; 11 — нажимной болт; 12 — отжимной болт; 13 — регулировочный болт; 14 — штуцер для ввода воздуха; 15 — регулятор воздуха; 16 — электрообогреватель; 17 — термопара.

Шнек-машина и все другие механизмы, работающие в производстве пленок, устанавливают на прочных и жестких железобетонных фундаментах, так как вибрация какого-либо узла машины неминуемо ведет к ухудшению качества пленки.

Производственное помещение не должно иметь каких-либо неуправляемых воздушных потоков (сквозняков, тепловых потоков от приборов отопления и пр.), поскольку они могут отрицательно влиять на стабильность технологического процесса, особенно в момент раздувания пленки. Относительная влажность помещения должна быть в пределах 80—100% — для предохранения пленки от запыления.

Полиэтилен должен быть хорошо гранулированным, с максимальным насыпным весом до 550 г/л. Хорошая грануляция полиэтилена и его высокая сыпучесть обеспечивает равномерное поступление материала в шнек-машину без дополнительных механизмов (бункерных мешалок, шнековых дозаторов и пр.) и гарантирует равномерный захват гранул шнеком и полную однородность расплава.

Температурный режим на всем пути переработки полиэтилена нужно выдерживать строго, для чего на всех узлах производственной линии установлена автоматическая регулировка температуры с точностью до 1°.

Оптимальный температурный режим для полиэтилена с текучестью 2 г за 10 мин можно считать следующий:

  1. в цилиндре шнек-машины:
    загрузочная зона 20—60°
    • 1-я зона 110—115°
    • 2-я зона 120—130°
    • 3-я зона 120-135°
  2. в экструзионной головке:
    • 1-я зона 130—145°
    • 2-я зона 120-140°
    • 3-я зона 130-145°

Вода, охлаждающая зоны цилиндра и шнек, должна иметь температуру не выше 40°. Расплав полиэтилена, поступающий из шнек-машины (рис. 2) в головку, имеет температуру 120—135°. В головке температура расплава повышается и на выходе из формующего кольца достигает 145°. При больших скоростях экструзии (что всегда желательно) необходимо дополнительно охлаждать выходящий рукав 8 потоком воздуха. Для этого имеется специальное кольцо воздушного охлаждения 6, расположенное концентрично у выхода пленочного рукава из щели экструзионной головки. Кольцо имеет внутренний канал, подводящий охлаждающий воздух, подаваемый шлангами 9 от воздуходувки 13, работающей с напором 0,02—0,03 ат.

Специальное устройство (лабиринт) создает равномерную обдувку пленки по всему периметру. Специальное устройство (лабиринт) создает равномерную обдувку пленки по всему периметру.. Воздушная обдувка способствует получению пленки с равномерной толщиной, так как резко сокращает пластический участок рукава, где возможны искажения толщины сильно, разогретой пленки. Кроме того, полное и равномерное охлаждение пленки предохраняет ее от слипания при дальнейшей обработке.

Выходящий из экструзионной головки пленочный «рукав» раздувается воздухом, подаваемым через дорн специальным шлангом 11 под давлением 0,02—0,03 ат (избыточных). Постоянство и равномерность подачи воздуха контролируется дроссельным клапаном с манометром на линии подачи. Неравномерная подача воздуха может привести к неравномерному раздуванию рукава и, следовательно, к получению пленки разной толщины.

Ширину раздувания «рукава» регулируют подачей или выпуском воздуха. Наиболее надежно контролирует толщину пленки автоматический регулятор впуска и выпуска воздуха, работающий с помощью фотоэлемента.

Как показала практика, степень раздувания «рукава» должна быть в пределах 250—300%, т. е. диаметр раздутого «рукава» должен в 2,5—3 раза превышать диаметр кольцевого зазора экструзионной головки. Примерно эти же пределы должна иметь и степень продольной вытяжки, в результате чего пленка получается изотропной по своим свойствам. Учитывая это, можно сделать приблизительный вывод, что толщина получаемой пленки примерно в 9—10 раз меньше ширины кольцевого зазора экструзионной головки.

Полная геометричность раздуваемого «рукава» достигается зажимом его верхнего конца между двумя валками 4, которые одновременно выполняют функции тянущего устройства. Перед валками установлены направляющие щеки 5 для постепенного складывания цилиндрического раздутого «рукава».

Для обеспечения хорошего скольжения полиэтиленового «рукава» и предохранения его от механических повреждений, поверхность направляющих щек покрыта мягкой ворсистой тканью, типа плюша или бархата. Конструкция щек. позволяет изменять угол их развода применительно к диаметру получаемого «рукава» при помощи винтовых тяг.

Расстояние между экструзионной головкой и тянущими валками рассчитывают таким образом, чтобы пленка за период своего прохождения этого расстояния успела бы полностью и равномерно охладиться и не слипалась бы под давлением валков.

При расчете этого расстояния учитывают многочисленные обстоятельства производства: скорость экструзии, толщину пленки, условия ее охлаждения, марку применяемого полиэтилена и пр.

Поэтому необходимо, чтобы вытяжные валки имели устройство, позволяющее изменять их расстояние от экструзионной головки.

Нормально для охлаждения пленки толщиной 0,06 мм при температуре воздуха 20° достаточно 0,5 мин. Если охлаждение длится 0,3—0,4 мин, то она слипается, не может быть разъединена без повреждений. При охлаждении менее 0,3 мин разъединить слипшуюся пленку невозможно.

Вытяжные валки имеют устройство для их разведения, что необходимо при заправке пленочного «рукава». Это достигается путем закрепления одного валка в подвижных подшипниках. Валки покрывают резиной в целях более плотного их замыкания и предохранения пленки от механических повреждений.

После тянущих валков пленка специальным валком 3 направляется на режущее устройство 2 для обрезки кромок сложенного «рукава», поскольку в местах сгиба «рукава» она имеет пониженную механическую прочность.

Обрезку кромок пленки производят обычно дисковыми ножами, причем «рукав» делят на два самостоятельных полотна. После обрезки кромок второй направляющий валок подает её на два намоточных валка 1, снабженных специальными втулками 12, обеспечивающими правильность и равномерность намотки в рулон.

Намоточные валы имеют самостоятельный привод для вращения и разъемные подшипники для замены намотанного рулона. При наматывании в рулоны пленка должна иметь температуру не выше 60°, во избежание слипания и деформации под действием тяговых усилий, возникающих при намотке рулона. Поэтому показанное в схеме (рис. 2) размещение намоточного устройства ниже уровня экструзионной головки очень рационально, так как удлиняется путь пленки и, следовательно, создается резерв времени для охлаждения ее до необходимой температуры.

При намотке рулона необходимо соблюдать точность намотки по краю с тем, чтобы торцы рулона имели гладкую и ровную поверхность. Для обеспечения такой намотки применяют различные дополнительные регулирующие устройства.

Для получения широких пленок (до 1400 мм) производят продольную разрезку «рукава» по одной линии; однако, как указывалось выше, механическая прочность этой продукции будет неодинакова.

Производство плоских полиэтиленовых пленок методом экструзии через плоскую щель до момента выхода пленки из экструдера ничем, кроме температурного режима, не отличается от технологии получения методом экструзии и раздувания пленочного рукава.

На рис. 4 приведена схема производства пленки методом экструзии через плоскую щель. При этом методе толщина и ширина определяются размерами плоского щелевого зазора экструзионной головки 2.

Выдавливание плоской пленки производится только вертикально вниз, что обусловлено технологией производства.

На рис. 5 показана щелевая головка с регулятором зазора щели. Регулирование зазора производится с помощью подвижной губы 3. Питание головки расплавом полиэтилена можно осуществлять перпендикулярно или параллельно оси шнека. Первое положение предпочтительнее, так как при нем достигается большая равномерность в истечении расплава, что позволяет получать пленку равномерной толщины.

Схема производства полиэтиленовой пленки методом экструзии через плоскую щель

Рис. 4. Схема производства полиэтиленовой пленки методом экструзии через плоскую щель:
1 —экструдер; 2 — щелевая головка; 3 — слив воды; 4 — решетка и металлическая сетка; 5 — направляющий валик: 6 — охлаждающая ванна; 7 — регулятор зазора щели; 8 — ножи для обрезки кромок; 9 — тянущие валки; 10 — намоточное устройство.

Температурный режим шнек-машины и экструзионной головки несколько иной, чем при экструзии пленочного рукава. Поскольку для производства плоских пленок используют полиэтилен с текучестью 2—7 г за 10 мин, в табл. 1 приведены сравнительные температуры расплава той и другой текучести по отдельным узлам агрегата.

Таблица 1

Узлы агрегатаДля полиэтилена
с текучестью
2 г/10 мин
Для полиэтилена
с текучестью
7 г/10 мин

В цилиндре шнек-машины:
загрузочная зона .........................
первая зона   ............................... 
вторая зона   ................................
третья зона   ................................
В экструзионной головке ..........
В формующем зазоре голов-
ки  .................................................


20-60
140
160
175
185

200-240


20-60
150
165
180
200

220—275

Непосредственно после выдавливания массы из формующего зазора головки пленка поступает в холодильную ванну 6, где температура воды поддерживается около 70° путем равномерной (без завихрений) подачи ее снизу и слива через отводящую трубу, находящуюся в верхней части ванны 3. Подача воды регулируется автоматически. Расстояние от щелевого зазора головки до поверхности воды в ванне должно быть небольшим, в пределах 25—75 мм.

Щелевая головка для экструзии пленок

Рис. 5. Щелевая головка для экструзии пленок:
1 — корпус головки; 2 — неподвижная губа; 3 — подвижная губа; 4 — промежуточная призма; 6 — установочный болт; 7 — карман для термопары

Пройдя натравляющий валок, расположенный у дна ванны 5, пленка вторично проходит толщину охлаждающей воды и двумя парами тянущих валков 9 подается на намоточное устройство 10. Тянущие валки обязательно должны иметь регулируемую скорость вращения, которую устанавливают в соответствии со скоростью экструзии, а также водяное охлаждение для поддержания температуры валков на одном уровне. Между двумя парами тянущих валков устанавливают дисковые ножи 8 для обрезки кромок. Намоточное устройство должно обеспечивать более равномерную намотку пленки и иметь разъемные подшипники для быстрой замены намотанного рулона. Длину всей линии от выхода из воды до намоточного устройства нужно принимать такой, чтобы обеспечить проходящей пленке полное охлаждение и приобретение стабильности, во избежание слипания ее при наматывании. Все отходы при производстве независимо от метода производства (кромки, слипшиеся куски, обрезки, загрязненные места, брак и пр.), полностью используют для повторной переработки, начиная со стадии грануляции. Обычно эти отходы, имеющие загрязненные куски, используют для выработки цветных (окрашенных) непрозрачных пленок, поскольку они имеют пониженную прозрачность. Отходы цветных пленок, как правило, перерабатывают в продукцию черного цвета, окрашенную сажей.

 

0 Комментарии к "Производство полиэтиленовой пленки"

Написать комментарий

Ваше имя:
 
Ваш комментарий:
Примечание: HTML не переводится!