Ориентационные процессы при производстве изделий из термопластичных полимерных материалов

Помимо температуры формования, значительное влияние на свойства изделий из термопластичных полимерных материалов оказывает скорость фиксации ориентированной структуры полимерного материала. Так, медленное охлаждение изделия приводит к более глубокому протеканию релаксационных процессов и дезориентации цепей макромолекул. В общем случае можно говорить о том, что проявлению ориентационных явлений при формовании изделий из полимерных материалов способствует быстрое нарастание вязкости и отвердевание полимера, которое может происходить при ускоренном охлаждении, кристаллизации, удалении растворителя, химическом сшивании и т.д. Исходя из сказанного выше наиболее эффективным приемом устранения остаточных напряжений путем их релаксации является метод термоотжига и подобные ему другие методы. При термоотжиге происходит релаксация этих напряжений при фиксированных размерах изделия в специальных приспособлениях: формах, оправках, рамках. В противном случае усадочные процессы приведут к искажению формы и размеров изделия. В тех случаях, когда ориентационные явления являются полезными и их нужно сохранить, проводится операция термофиксации, заключающаяся в фиксации молекулярной ориентации при кристаллизации или сшивании полимерных цепей.

Таким образом, технологическими условиями протекания ориентационных процессов при формовании изделий из полимерных материалов являются:

Ø высокая вязкость полимера при формовании изделия;

Ø высокие деформации полимера при формовании изделия;

Ø высокие скорости деформирования полимера при формовании изделия;

Ø низкие температуры при формовании изделия;

Ø высокие скорости отвердевания полимера после формования изделия;

Ø неоднородность отвердевания полимера после формования изделия.

Следует отметить, что введение в полимерные материалы модифицирующих добавок также может оказывать влияние на ориентационные и релаксационные процессы. Введение в полимерные материалы пластификаторов по влиянию аналогично повышению температуры формования, так как ускоряет протекание релаксационных процессов, а влияние наполнения и химического сшивания подобно снижению температуры.

Наполнители, имеющие активные центры, оказывают ориентирующее влияние на макромолекулы и приводят к образованию адсорбционных слоёв из упорядоченных надмолекулярных структур.

Присутствие наполнителей приводит к изменению типа и размеров надмолекулярных структур. При малых концентрациях наполнителя, последний выполняет роль зародыша кристаллизации, при больших концентрациях наблюдается замедление кристаллизации и уменьшение степени кристалличности.

Ориентационная вытяжка

Наиболее распространенным и практически важным способом получения ориентированных полимеров является ориентационная вытяжка, в результате которой неориентированный полимер одноосно растягивается в несколько раз (обычно в 5-10) при комнатной или повышенных температурах и переходит в новое ориентированное состояние.

Ориентационная вытяжка – процесс деформирования в одном или двух направлениях нагретых пленок, листов, лент, волокон из полимеров с последующим охлаждением.

Цель ориентационной вытяжки:

Ø Повышение предела текучести для кристаллических полимеров.

Ø Устранение хрупкости для аморфных полимеров.

Одноосная вытяжка

o Непрерывный способ - Растяжение плоскощелевой пленки после охлаждения на приемном барабане при помощи тянущих или сдавливающих валков, а также с помощью зажимов.

o Периодический способ - Растяжение предварительно сформованных заготовок при помощи зажимов.

Двухосная вытяжка

o Растяжение одноосно ориентированной пленки в перпендикулярном направлении

o Растяжение изотропной, неориентированной пленки одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях

o Растяжение и раздув пленочной заготовки одновременно. Пленочная заготовка изготавливается вначале с помощью экструдера из головки выдавливается тонкостенная трубчатая заготовка, а затем она подвергается растяжению с помощью сжатого воздуха. Воздух при этом подводится внутрь заготовки через дорн формующей головки. Дорн оформляет внутреннюю поверхность, а мундштук - наружную. Затем с помощью специальных щек пленочный рукав складывается в плоское двойное полотно, протягивается между вытяжными валками, которые одновременно отжимают воздух, находящийся в рукаве, и наматывается пленка на бобины.

Термовытяжка сформованных (из расплава или раствора) пленочных заготовок – основной метод ориентационной вытяжки.

Вытяжка пленки из раствора полимера с одновременно протекающими процессами ориентации и фиксации структуры при кристаллизации полимера и испарении растворителя – новый развивающийся метод.

Первым, методом получаются одно и двухосноориентированные пленки с умеренной степенью ориентации (неполным распрямлением макромолекулярных цепей). Второй метод позволяет получать одноосноориентированные ленты с близкой к предельной степенью ориентации.

Подавляющее большинство ориентированных пленок получается с использованием различных модификаций первого метода:

§ Одноосная ориентация пленок при каландровании;

§ Одно и двухосная ориентация рукавных и плоских экструзионных пленок раздувом и вытяжкой в одну или несколько стадий при их формовании;

§ Одноосная ориентация при получении пленок плунжерной экструзией(например, из полиэтилена или фторопластов);

§ Одноосная ориентация предварительно сформованной пленки при еетермовытяжке в продольном или поперечном направлении;

§ Одно или двухстадийная двухосная ориентация термовытяжкой предварительно сформованной пленки;

§ Одноосная ориентация при прокатке или протяжке предварительносформованной пленки;

§ Многостадийные способы, являющиеся различными комбинациямиспособов

Таким образом, суть основного метода заключается в нагревании пленки до заданной температуры и её вытяжке при этой температуре (в одном или двух направлениях) с заданной скоростью деформирования до определенной степени вытяжки и в ее быстром охлаждении. Только при правильном выборе этих технологических параметров происходит не просто изменение геометрических размеров пленки, но и распрямление, и ориентация макромолекулярных цепей при термовытяжке.

Применяемые материалы:

Для получения ориентированных изделий применяют: ПЭВП, ПЭНП, ПП, ПС, ПВХ, ПЭТ, Полиметилметакрилат, Полиамид-6 и Полиамид-12