автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.06, диссертация на тему:Исследование технологии изготовления газонаполненных полиолефиновых пленок

Р Г Б ОД

Но правах рукописи

САЖАН ИДРИС АЛИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ ПОЛИОЛЕФИНОБЖ ПЛЕНОК

Специальность 05-17.0о — «Технология пластических масс и стеклопластиков»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа^выполнена на кафедре Химии и технологии, переработки пластмасс и полимерных композитов Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова Научные руководители: доктор химических наук,

профессор Кулезнев В.Н. кандидат технических наук, доцент парков A.B. Официальные оппоненты: доктор химических наук,

профессор Чалых А.л. кандидат технических наук, старший научный сотрудник Чалая Н.т Ведущая организация: ЦНИИ пленочных материалов и

искусственной кожи. Защита состоится 30 октября 1995 г. в на заседании

Диссертационного Совета Д 063.41.04 в Московской государственн академии тонкой химической технологии им.й.В.Ломоносова по адресу: 119831, г. Москва, ул. м. Пироговская, 1

Отзывы на автореферат отправлять по адресу: 117^71, москва, пр-т Вернадского, 86, ШТХ1 им. М.В.Ломоносова.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке нШТХТ им. и.В.Ломоносова по адресу: Москва, ул..л.Пироговская, 1 Автореферат разослан

сентября 1995 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, доктор физико-математических наук, провес,

.рташов Э.ь.

овдля хшкгшстш рлтв!

Мспуалъхосяь роАош. Полшерзне пяенсчннэ материала шроко попользуютоя в различат отраслях неродного хозяйства. Такие отрасли, как. производство княофотоплеяок, нскуоотвешоЯ когя цвли-коы построеш на получении и переработка пленочных материалов. Больпуо роль играют полимерные пленочные электроизоляционные материалы. Все пара применяются пленка в строительстве и в сельском Хозяйства. Плансчзшв истерзали занимает оооЗо? похсетЕпа срадя продуктов переработка плаоттаоа. Это объясняется тем, что ышш-иальтЗ расход сырья, ппрокзЗ аосортпизнт, позволяют шбрать пленку о пеобходшш кошиекоомовсЗогв а возмогиоотьв модавнцн-роввви в пустжл гшрзплвшш.

(Младая необходшш кшплвкссм вксплувтацдонных свойств, газонаполненные полсмерзше материалы находят все более широкое при-изненпэ а разлгшк областях хозяйства от упаковки до строительства. Среда разнообразных методов изготовления изделия из газонаполненных пластмасо изготовление пленочные газонополненных изделий является наиболее технологически слсетш методой с труд-напрегноззруемшщ результатами. Особенно в то касается изготовления ориентированных топких екструзаоннш; газонэлолнешшх пленок.

Пвлыа наболи является достижение на основе подробного изучения технологических свойств Пушнершл кошозицкй требуемых структурных параметров и свойотв газонаполненных пленок из полно-лефшов щет использовании стандартного оборудования, предназначенного для изготовления упаковочных шенок из наполненных полимеров.

Яа защити быностся:

1. Исследование технологически свойств полимерных компози-

- г -

цкй, оодерхшдас иаическкИ порообразователъ.

1.1. Ио следование ешшшя условна вспенивания ва разлоаанпе гвзообразователя в композициях.

1.2. Исследование влияния условий вспенивания ва кинетику рооте пены (конденсацию раогворенного газе) в раотворшооть газа в полимерной компазшдаг.

'1.3.Оценка структураш. превращений кошозаций в условиях переработки в пленку.

\

2. Исследование цроцесоа екогрузм а свободного сслаяпвания плевок (двухатадайный працеоо).

3. Исследование процесса скатрузги гозонаполневшп плевок (одностадийный процесс).

4. Исследование процэосо орпээтецашшной вытягай газонаполненных плевок.

Мучная новизна тосты соогспт:

— в разработке комплексе методов оценки технологических гарант ериотик вспвнивакзшэя полииершх композиций (кинетика разложения порооЗрезоватедя роса пэпа, растворимость и канденоащш сиест газов разлагвицегося порооОразовьтеля);

— в установлении зависимости растворимости и парелегроВ конденсации смеси газов от природа ползшера натрици;

— в установлении связи структуры ж свойотв газонаполненных пленок, изготовленных при свободном вспениваний о кинетическая пвреыетрша процесса раздокевия яорооСразователя а диффузией газов;

— в проведении сопоставления растворимости швов газов я кинетических параметров конденсации гезов в различных композициях о паршетреиа процеооа экструзии, обеспечивакщиыи конденсационный механизм вопенивания вра одноояадийвом процессе;

— в установлений вномального повышения прочности ориентированных газонаполненных пленок, связанной о повышенной ориентацией поверхноотных тонких прослойков.

Практическая ценность роОош, В результате проведенных последов вний определены оптимальные условия вкотрузли, ориентацион-ной вытяжки а оптимальные соотношения компонентов при изготовлении упаковочных высокопрочных декоративных пленочных изделий. Предлагаемые пленочные материалы найдут широкое применение при упаковке, в том чяслв пищевых продуктов, декоратшном оформления объектов культурно-бытового назначения, в светотехнике и т. д.

Реатэация результата^ роАовы. В промышленности предложенный режим ыогно использовать. при получении высокопрочных пленок «о перламутровым блеском» при их одноосной вытяжке. разработанные композиции можно, перерабатывать на стандартных вкструзиовных установках. -

Результата работы докладывались на Всероссийской конференции «Новые материалы и технология». N., МАГИ, 1994 г., научно-технической конференции «Промышленная нефтехимия Ярославского региона», ЯШ, 1994 г.

Объел и атляшза роДсвм. Диссертационная работа соогоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем 183 страницы машинописного текота, включая 90 страниц основного текста, 93 риоунка я 4 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИИ PAJB0TU

Во введении устанавливается актуальность проблемы, руется цель и направление исследования.

форыули-

В третьей главе описаны объекты и методы исследования.

В иетЛертой главе приводятся результаты исследования процесса вспенивания как в вкотрудере, тек в в ствтическам состоянии (ШРТ и термообработка), а также процесса ориентации газонаполненных экструзнонкых пленок.

Объект« в иагоды иседадоввшиг

В качестве объектов исследования использовали (ПП) марки 21030 (ТУ 6-05-1105-78) и его смеси о полиэтиленом низкой плотности (ЛЭНП) марки 15803-020 ГОСТ 16337-77. В ряде вкспериментов использовали твкае поливтилен низкой плотности: 16803-70 и 15704002, полистирол ПСМ-111 (ТУ 6-05-1871-79), полиыегилметакрилат, двкрил-2 (ТУ 6-01-1-544-75). .В качеотво вспенивающего агента не- . пользовали химический порообразователь ЧХЗ-21 (азодикарбонамид) ГОСТ 6-03-408-76) и его 303 -ныв концентраты с полнвтиленом низкой плотности 15803-020 и о другими полимерами.

Экструзия пленок осуществлялась на лабораторной вкотрузион-ной установке АРП-150-20. Вспенивание екотрузиошшх пленок осуществляли по трем охемам: в процессе экструзии, под давлением и в свободном состоянии.

Вспенивание под давлением проводилось с целью моделирования. процесоов, протекавши* в екотрузионной головке при падении давления до атмосферного. Вспенивание в свободном состоянии исследовалось как технологическая стадия двухстадкйного процессе. Процесс вспенивания происходил в термошкафу. Реологические характеристики композиции оценивали по показателю текучести расплава (ПТР), определенному на приборе ШРТ в соответствии с ГОСТ«! 11262-75.

Для оценки ¡синегики разложения порообразователя в полимерной

композиции использовался прибор ИИРТ, снабяензшй заглушкой и измерителей вертикального смещения штока. Измерение производилось при температуре* 180 - 240 "С (±2,5 *С) л при избыточном давлении 0,17 МПА (1,2 кг). Навеске маосой 0,3-0,5 г (± 0,001 г) предварительно изготовленной композиции, содержащей ЧХЗ- 21, поыеща-лвоь в нагретый хенал ШТ (яа заглушку) и схимилась штоком. Измеритель (чаоовой) вертикального смешения штока устанавливался в нулевое положение. Смещение штока (Ah) фнкоировалооь о точностью £ 0,001 мм.

Для оценки кинетики росте пены (кинетики конденоации) использовался прибор ИИРТ, по методике аналогичной предыдущей. Отличие заключалось лишь а том, что разложение порообразователя проводилось под давлением, превышающем- давление, обеспечивающее полное растворение ввдэляшдася газов в полимерной композиции.

Оценка раотворимооти газов в полимерной композиции состояла из двух этапов. На первом етше проводилось вспенивание композиции так ке, как а при разложений порсобразователя. Не втором этапе при достижении Ah^^ на штоке устанавливался дополнительный груз, обеспечивающий заданное давление. Объем композиции при этом 'уменьшался.

Плотность пленок измеряли методом гидростатического взвешивания. Пористооть (II) рассчитывали по значениям плотнооти (р):

' Г

п • 1 - -

Степень ориентации оценивали по величине двойного лучепреломления (Дп) пленок.

Механические овойотва, прочность при растяжении (0р), предел текучеоти при раотяхении (ff?) i относительное удлинение при разрыве Up) определяли вдоль направления екструзаи и витякки в

. - 6 -

соответствии о ГОСТом 14256-69.

Кссладоаакиэ технологических свойств полиолефиновых композиций, содержащих химический порообразователь

Влияние условий на разложение парообразователя в композиции

Для правильного проведения процессов акотрузии и вспенивания композиции, содержащих ЧХЗ-21 в качестве парообразователя необходимо изучение кинетики их вспенивания в условиях максимально приближенных к реальным (температура, давление, время и т. д.). Поэтому был проведен эксперимент, учитывающий вклад в кинетику

вспенивания процессов образования газовой фазы и роста пузырька под действием внутреннего давления. Даже при температурах ниже табличного значения температуры разложения ЧХЗ-21 (190 *С) наг блмдается его разложение. Т & 3 5 <Г Однако индукционный пе-

Рис. 1. Кинетика вспенивания композиции на основе полиетилена ВД о ЧХЗ-21 при Т = 200 *С, № = 0,3 МПа и содержании ЧХЗ-21: 1 г 0,5; 2 - 1,0? 3 -1,7; 4 - 2,3 % маос; 5 - концентрат , (30* маос).

риод втого процесса велик по сравнению о временем нахождения материала в цилиндре екструдерв (не более 10 мин), т. е. уже при етих условиях обеспечивается возможность получения невопененной заготовки для после-

думце го вспенивания. При др8Вил:,ноы выборе температур екструзии при одностадийном процессе должно обеспечиваться постепенное и полное разложение ЧКЗ-21 и растворение газов в раоплаве о целью получения мелкоячеистой структуры и высокой "гористости.

Влияние концентрации ЧХЗ-21 на вспенвяакие показано на рио. 1.

Помимо ояидаемого роста предельных крагностей вспенивания о увеличением содержания ЧХЗ-21 наблюдается изменение временных параметров етого процеооа, сокращение времена начала и окончания процеооа вспенивания. Ира концентрации ЧХЗ-21 вша 1Я наблюдается явление семоразогрева композиции за счет тепловыделения щи разложении ЧХЗ-21, что оледует учитывать при прогнозировании поведения композиции в реальном технологическом процессе. При использовании концентратов .413-21 позмоино прохождение процесса по кривой (5) (ряо. 1) незавиоямо от его оодераавия в композиции.

Получение однородной мелкоячеистой структуры мовет быть доступно лишь при постепенном вспенивают коилозшзш конденсацией предварительно растворенных в расплаве газов.

Для этого необходимо иметь сведения о растворимости газа в расплаве и скорость его выделения из расплава. Кинетика роста пены, растворимость газов в полимерах изучались в широком диапазоне.

Экспериментальнив данные, полученные на основе зависимостей:

' (1)

*» 'к '

V

(2)

- в -

где V - текущий объем г«за; V

куцее время; г° - период индукции выделения газе} Т° * р

максимальный объем гвзв! X - те-индукциой-

п;..« 0,43

п? « 0,10 к

ный период растворения гяэа; п , л - константы,

* р

предстьвлени на рис. 2. .

Было обнаружено постоянство наклоне вгш линий при изменении типе полимера и температуры испытания,т.е. независимость величин наклона от химической природы и вязкости полимерной матрицы . ' .

Из рйс. 2. видно, что зависимость 1 описывает рост объема пены до значения более 95Я от предельного,т.е. практически весь процесс вспенивания.

Расчетные времена индукции выделения газов из расплава представлены на

рис. 3.0ни уменьшится о ростом температуры и ' увеличиваются с

,о . 10

V

Ъ Ур

' 0,3 46 ЙЧ °А

i Л 3 ц 5 6 А

Рис. 2. Изменение объема выделившегося газа в зависимости от времени для композиции ПП/ПЭ (70/30) объемного еодержевия: » - при температуре Т = 190 °С; © - при Т в 200 *С', Д - при Т = 210 *С.

ростом вязкости полимерной матрицы, г Г *

(ИГР*)1/8

т.е. процесс

роста пузырька определяется величиной вязкости полимера.

Таким образом, регулируя время охлаждения пленки до температуры затвердевания в пределах установленных зависимостями Т^ в 9,7 и г »94,2 г° можно добиться изменения структуры

к р р

{размера пузырьков и пористости) газонаполненной пленки. Кроме того, следует поддерживать такие условия экструзии, чтобы скорое-

/Л> &0 НТО ЗЗд я$о Ъ'С Рио. з. Зависимость индукционного периода (Т°) в разных расплавах полимеров от температуры

tfs- i Р,МПХ

Рио. 4. Зависимость растворимости от давления при температуре Т ■ /90 *С

та разложения порообразо-вателя превышали скорости растворения газов в расплаве полимера.

При обработке вкспе-раменталишх данных по растворимости омеси газов в полимерах при г > т были получены зависимости растворимости газов от давленая. Била сделана попытка па основани представленных выше данных оценить величину суммарного коэффициента растворимости (с) смеси газов разложения ЧХЗ-21 в различных полимерах. Сопоставление акскэримен-тальных данных хорошо согласуется с данными по растворимости соответствующих газов в полимерах, полученных независимыми . методами. Бали получены аналогичные данные для различных композиций.

Большой интерео представляет влияние на коеф-фяциент рвстворимости (с)

J

ifi

-PC

o— -.

Лиг//

/9о ¿¡>0 Но Т/С

Рис. 5. Влияние температуры на коэффициент раогвориыооти газов: » - для ГО; о - для ПП/ПЭ; & - для ПС,

<S- jffUJftrr. uina)

; ю pjr*<&

Рио. 6. Влияние химической природы полимера на коэффициент растворимости газов .

щмроды полимер!ой матрицы. При втом вязкость полимера не оказывается на величине а (точки для ГО 15803-020 и ПЭ 168-03-070) практически совпадают. Основное влияние на растворимость газов оказывает полярность в уровень мокмолекулярного взаимодействия полимерных макромолекул.

Наиболее полно вта свойства полимеров описываются величиной параметра растворимости (6). Бола сделана попытка сопоставить определенные величины а о табличными значениями (Í] (рио. 6).которые представлены в виде интервала и взяты из справочников. Отсюда могдю сделать выводы о связи величины коеф-фщиента рвотвориыоетя га-

зов с параметром растворимости полимера матрицы:

а => 340 (10,2 - 15)) . . (3)

Установленная зависимость позволяет сделать предположение о уменьшении величины 0 при переходе к неисследованным в данной

работе полимерам (ПЕК, ПА, ПЭТФ) к др. и следовательно к повышению давлений, необходимых для растворения в них газов.

Исследование процесса екструзии и свободного вспенивания планок (двухстадиВний процесс)

При екструзии механических смесей ПП и ЧХЗ-21 получ"ни пленки о плохим качеством. Разлокения ЧХЗ-21 здесь происходило до того, как в цилиндре екструдера образовалась пробка из расплава ПП. В результате прогрева материала из-за трения связанного с повышенной вязкостью распрвва при температуре близкой к температуре плавления ПП, разложение ЧХЗ-21 в данной ситуации происходило в соответствии о кинетикой разложения (ЗОЙ концентрата ЧХЗ-21) в ПЭНП, где частицы ЧХЗ-21 до плавления ПП у«е били окружены расплавом ПЭНП (рис. 1, линия 5). Решение данной проблемы было найдено о помощью использования полиэтилена НП в виде легкоплавкой добавки не менее 30% ыаоо. Полученная пленка была использована в дальнейшем для термообработки.

Таким образом, могсно рекомендовать для двухстадийного процесса получения газонаполненных пленок екструзии смеси ПП и ПЭНП при температуре швее температуры разложения порообрвзователя.

Было обнаружено большое влияние исходной толщины пленки на процесс вспенивания. Отметим, что при исходной толщине пленки менее 100 ыкм вспенивание вообще не происходит. Стабильных результатов удалось достичь при исходной толщине пленки более 300 мкм. В дальнейшем для свободного вспенивания были использованы пленки с исходной толщиной 350-400 ыкм.

При исследовании структуры пленок обнаружена их слойная структура. При втом внешние слои не содержат пор в связи с даффу-

п

^irax

1

че

03 0,3.

зиеЯ газов, для расчета лораотоотн в зависимости от походной ю-, щшш была выведеяе оледувдвя формула!

2 Л 6

где А - толцкнв слоя свободного от пузырька 8 б - походная толщина пленки; П - максимальная псраотооть.

При свободном вспена-

, ваши (рао. 8) наблюдакгся

кнветичеокка оавноимости, представленные На рао. 1; В соответствии о втими зависимостями в данной случае начальная отвдия вспенивания характеризуется индукционным периодом,когда плотность пленок (по-риотость) не изменяются. 0.4 ¿[ни Продолжительность в того

If 0,i Q3 Рис. 7. Влияние толщины пенки, содержащей ЧХЗ-21 (0.5S маоо) не ее пористость после термообработки при температуре Т = 190 *С и времени 20 uta

периоде четко соответствует времени начала процессе вспенивания не соответствующих кинетических кривых.

¡ООО ййО $00 т

боо 500

ЗЬо

б з а? 11 н {6 Тмил

Рио. 8. Изменение плотности пленок, содержащих Т!ХЗ-21 (1,0$ ыасо) яри термообработке: 1 - при температуре Г = 190 *С; 2 - при 1 = 200 °С; 3 - при Т 210 "С; 4 - при Т = 220 "С

Рио. 9. Изменение размера пор в пленках, содержащих ЧХЗ-21 (13 месс) при те^у-мообработке! 1 - при температуре Г = 190 *С; 2 -при Т = 200 °С;3 - при Т = 210 *С{. 4 - при Т « 220 "С

Исследование технологии экструзии газонаполненных планок (одностадийный процесс)

В двннсы; разделе приводятся данные о влиянии состава коипо-зигдаи я" технологических параметров процессе вкструзии на микроструктуру и свойства сформованных газонаполненных пленок. Пол

микроструктурой подразумеваются параметры пор, а именно размеры и фор'я последних, общая пористость системы, доля открытых пор и т. д. Рродаррительные исследования показали, что вкетрузия механической смеси ПП о порошком ЧХЗ-21 не позволяет получить удовлетворительные однородны? г"^ ннчем'ву газонаполненные пленки.

Был нроведен эксперимент для выбора полимера — пригодного в кнчеотве основы концентрата. Результаты эксперимента показали, что наилучшим сочетанием пористости и размеров пор обладает ПЭНП, который и был выбран в качестве основы концентрата. Текке было показано, что газы хорошо растворяющиеся в ГО легко диффундируют из него. Это позволяет предположить, что в состав стенок пор входят как полимер-основа пленки, так и полимер-основа концентрата.

Для более детального исследования влияния технологических паряметрсш на свойства газонаполненных пленок в качестве базового полимера был выбран ПП (21050), что позволяет в дальнейшей проводить ориентационную вытяжку пленок. Кроме того, по ряду параметров (рост и конденсация газов) он близок к ПЭ (15803-020) (см. табл. 1), что позволяет с учетом различной Тпд в некоторой степени распространить полученные выводы и на этот крупнотоннахный по-лиолефиь. Отметим увеличение среднего диаметра пор с увеличением температуаы экструзии и его рост также с уменьшением скорости вращения шнека. С увеличением содержания порообразоветеля размер пор уменьшается, что нельзя объяснить, исходя из влияния содержания ЧХЗ-21 на кинетику его разложения и рост давления растворимости Р . В этом олучве наблюдается увеличение количества однов-р

ременно растрдах пузырьков газа и повышенное давление в цилиндре, при втом. При меньших содержаниях ЧХЗ-21 пузырьки растут более свободно и за тоже время достигают больших размеров.

Большое значение при проведении екструзии газонаполненных пленом имеет температура екотрузяонноЯ головки. Этот параметр имеет самостоятельное значение в овязи о тем, что в головке начинается рост пены (конденсация газов). За небольшое время на-хоадения расплава в головке должна' сформироваться в основном макроструктура яленки. Креме того меняя мо*н° изменять давление в цилиндре

Таблица 1. Влияние природы полимера — обновы пленки на структуру газонаполненных пленок (содержании ЧХЗ-21 в ПЭ концентрате ЗОЯ масс), содержании концентрате в композиции 0,5%, тг 20 о, и Ч2 и 190 *С

охл

Показатели

Материал основы пленки

ПЭ-15803-020

ПЭ-16803-070

ПП-21030

ПП-21050

ПС

ПММА

1

3

ПТР,

г/10 мин ИГР*, см3/Ю ыин

^разб 0-10 .

ма/(кг МПа)

о

Р , МПа Рв. №а

VPp

V с

V о

2.1

2Л

1,9 7,0

6,5 1,45 15 10,3 63

10 0,22

7,5 8,0

1.8

7,0

2,5 1,45 7

4,8 24

10 0,19

2,5 1,1

1,5 6.5

1.55

20

12,9

10 0,20

5,6

2,3

1.5

6,5

7,0 1,55 16

10,3 68

10 0,26

5,8

1.5

1.2

4,0

8,5 2,5 20 8,8 83

Ю 0,25

2,0

5,0 25 5

10 0.32

6

2

4

5

7

Продолжение твбл. 1

1 2 3 4 5 6 7

d, мм 100 250 80 150 80 120

Sap 1.5 • (*) 2,5 3,0 2,0 (»)

Примечание: * - бимодальное распределение частиц по размерам Т,

Н

130 *С, Т, = 10 о, т в 20 о.

к Яр

9оо ?00

WO Goo

Так, уменьшая Т^ в сравнении о !Г0 о 220 до 190 *С можно повысить давление перед головкой в 2-2,5 раза, обеспечив таким образом, более полное растворение газов в полимере при увеличении содержания ЧХЗ-21 и избежать появления открытой пористости. На

рис. 10 представлены данные о влиянии температур; вкструзионной головки на .плотность газонаполненных пленок. Естественным является рост пористости о уменьшением числа оборотов , шнека и увеличением температуры головки.

Таким образом, исходя из данных, приведенных в табл. ^.можно прогнозировать влияние природа полимера на структуру газона-

/?о № 19о Z/a ало ¿3o Г, 'с

Рис. 10. Зависимость плотности Ш пленок от температуры вкструзионной головки: при температуре экструзии 200 "С и содержании ЧХЗ-21 - 1% масс ? - при скорости вращения met г V я 50 об/мин;2 - при V я 100 об/ыия; 3 - при V а 150 об/мин.

полненных пленок.

Исследование процесса ориеятяционяоЗ вытяяки газонаполненных волнолафановш. пленок

Исследование газонаполненных пленок проводилось на вкстру-зионных вспененных ПП образцах, полученных при различных режимах вспенивания, обеспечиввшдх однородную структуру пленок о звкрц-тымн оферическими порами о средним диаметром <1 * 0,1 +0,15 ш<и и различными значениями закрытой пористости до П * К2%. При больших значениях пористости наличие дефектов в виде открытых пор приводит к быстрому разрушению пленок при ориентационной вытякаед. Было установлено, что при раотяйенни пленок до различных кратностей вытяазш изменение размеров отдельных пор соответствует изменении размеров образца в целом. Это позволяет сделать вывод о том,, что уоредненная ориентация прослоек пор такке совпадает по величине о деформацией' образца. Это п позволяет применить для инкенерных расчетов простые методы, учитывавдие наличие в образце однородно несущей нагрузку полимерной матрицы (содержание которой равно 1-П) и ненесущей ее газовой фазы (П).

Интересные результаты были получены при изучении прочностных характеристик ориентированных газонаполненных пленок (рис. 11).

Если для походных неориентированных пленок наблюдается легко предсказуемое падение прочности при растяжении о увеличением по-раотооти (что обусловлено уменьшением доли полимера в сечении образца) и вто падение близко к аддитивному 0Ц * о (1 - П), то для ориентированных образцов ета зависимость оптимальна. У«е при небольших значения прочности газонаполненных пленок превышают аддитивные значения, и это увеличение становится более значитель-

нш при больших К„. Так

Л

при Кв близких к предельным дня данных композиций наблюдается возрастание прочности. При пересчете прочности на реальное по-^ лимерное сечение

получаются результаты,

5/у свидетельствующие о близ-

<2/ цх аз

Рио. 11. Влияние пористости на прочность при растяжении вдоль направления вытяжки газонаполненных пленок для вчопериментальных (1, 2, 3) и расчетных (1', 2', Э') значений, а также рассчитанных по матрице (1я, .2", 3") при температуре вытяжки 130 1, 1/, 1" - при кратности вытяжки к = 1,0; 2, 2', 2" - при к е 4,0; 3, 3', 3" - при к = 8,0 .

0) 0 ких к предельным значениям ориентации макромолекул полимера в прослойках пор . (ор до 300 МПа), Объяснение данного явления состоит в предположении (Вит-тигрена В. И.) о существо- . вании в пленках из кристаллических полиолефинов поверхностных слоев о, по-

вышенной в сравнении с объемом молекулярной ориентацией (как в кристаллических, тек и в аморфных областях). Протяженность втих слоев достаточно велика (1-3 «КМ/, чтобы влиять на свойства пленок, и особенно тонких образцов. Если к втому добавить известные данные о влиянии предварительной молекулярной ориентации на . повышение прочности растянутых полимерных пленок, то обнаруженный, вффект упрочнения получает достаточное обоснование. Прослойки мевду порами (оболочки пор) представляют собой аналогичные тонкие пленки из смеси ПП/ПЭ (при конденсационном механизме порообразования), толщину

которых для сферических пор иокно оценить в соответствии с зависимостью

V г

-о

------ó

где 7, 3 - средние значения соответственно толщины стенки и диаметра поры; П - пористооть образца; -предельная степень заполнения объема порообразным

пора (р ~ 0,6) при слуга

чайном распределении. Это дает возлокность оапоота-

Ь lo ¡to 60 ¡o {00 ka i4¿Tcf««« вить данные по монолитным

Рис. 12. Влияние походной толацшы оболочек пор при раотяаешш при температуре вытяжки 130 'С при кратности вытягки 4 (1, 2) и 8 (3, 4)! 1, 3 - для тонких; 2,4 - для оболочек пор в газонаполненных пленках

п газонаполненным пленквм (рио. 12).

Деформация пор приводит к созданию из газонаполненных пленок структуры чередующихся воздушных по-лимершх прослоек о толщиной при болызих крагносгях вытягает) около 1 мкм и менее. Такая слоистая структура со слоями, имеющими различные показатели преломления и толщины близкие по протяженности к длине волн видимого света обеспечивает пленка так называемая «перламутровый блеск», что делает указанные пленка упаковочным материалом о декоративным аффектом (пленки, ленты и т. д.).

- 20 -вывода

1. Отработан комплекс методик оценки технологических характеристик вспенивающихся композиций (кинетики разло&вния порообра-: зователя, рост пены, раствохимости и конденсации газов разложения лорообразовагеля).

2. Установлены количественные закономерности, связывающие растворимость газов разложения ЧХЗ-21 в полимерах различной природы с величиной параметра раотворамостп полимера.

3. Предложено математическое описание процессов протекания конденсации (выделения) и раствореная газов с учетом индукционного периода втт. процессов. Установлена связь величин индукционного пег с вязкостью вспениваемых полимеров.

4- Проведено' сопоставление расчетных параметров процесса вкструзии на стационарном одношнековом вкотрудере с технологическими характеристиками вспениващяхся компаззщяй, содериадах поро-образователь ЧХЗ-21. Выявлены пределы технологических параметров процесса вкструзии, обеспечиващях вспенивание композиции по конденсационному механизму.

5- Исследована структура пленок вспененных в свободном состоянии, установлены причины неоднородности их структуры (двухста-дийный процесс), обусловленные разной толщиной пленок и разной способностью диффузии газов из пленки.

б. Отработаны технологические режимы вкструзии полипропиленовых пленок, содержащих концентрат ЧХЗ-21 на основе ПЭ. Установлена корреляция структуры полученных пленок о соотношением временных параметров вкструзии и охлаждения пленок и давления в зоне дозирования с технологическими характеристиками вспениваемых композиций (временами разложения ЧХЗ-21, растворения и конденсации

- 21 -

газов, давлении необходимом для растворения газов.

7- Исследована ориентационная вытяжка екструзионных полипропиленовых пленок о различной пористостью. Установлено, что во всем диапазоне кратностей вытяжки поры деформируются без изменения объеме°(пористость постоянная) аналогично деформации всей пленки в целом.

8. Установлено аномальное повышение прочности пленок при вытяжке, которое объясняется повышенной ориентацией кристаллизующихся полиолефинов при растяжении тонких монолитных пленок, образующих стенки пор.

9- В результате работы предложены технология и вкструзионная композиция для изготовления высокопрочных полиолефиновых упаковочных пленок и лент с декоративными свойствами («перламутровым блеском»).

Основные положения диссертации опубликованы в следуицих работах:

1. Салман И. А., Марков А. В. Особенности экструзии газонаполненных полиолефнновых пленок. Сборник тезисов Всероссийской конференции «Новые материалы и технология». М., МАТИ, 1994 г.

2. Салман И. А., Марков А. В., Кулезнев В. Н. Исследование процесса вспенивания полимерных смесей. Сборник тезисов «Промышленная нефтехимия ярославского региона», Ярославль, ЯШ, 1994 г., с. 110.

3. Салман И. А., Марков А. В., Кулезнев В. Н., Власов С. В. Исследование технологии изготовления газонаполненных полимерных пленок. Сборник трудов «Наукоемкие технологии». Ы., МИТХТ, 1995-