Пленки полимерные
ПЛЕНКИ ПОЛИМЕРНЫЕ, сплошные слои полимеров толщиной, как правило, менее 0,5 мм. Изготовляют гл. обр. из синтетич. полимеров (соответствующие пленки, имеющие наиб. практич. значение, рассмотрены в данной статье). Получают пленки полимерные также из прир. полимеров (напр., белков, HK, целлюлозы; наиб. распространение получили гидрат-целлюлозные пленки, из к-рых широко известен целлофан) и искусственных (из простых и сложных эфиров целлюлозы, т. наз. эфироцеллюлозные пленки, напр. ацетатные).
Большое значение приобрели многослойные пленки из синтетич. полимеров, состоящие из двух, трех, пяти и более монослоев разл. природы (одним слоем м. б. фольга, ткань, бумага).
В зависимости от способа и технологии получения пленки полимерные подразделяют на неориентированные (изотропные), слабоориентированные и двухосноориентированные.
Получение. В пром-сти для получения пленок полимерных (монопленок) используют след, методы: 1) экструзия расплава полимера-наиб. экономически выгодный и технологически рациональный способ произ-ва пленок. Этим методом перерабатывают термопластичные полимеры в вязкотекучем состоянии. Полимер в экструдере расплавляется, гомогенизируется, и расплав продавливается через формующую головку. При экструзии через кольцевую головку пленки полимерные получают в виде рукава. Пленочный рукав в вязкотекучем состоянии после выхода из формующей головки подвергают пневма-тич. раздуву сжатым воздухом и продольной вытяжке тянущими валками (слабоориентированные пленки полимерные). По др. варианту, пленочный рукав предварительно резко охлаждают водой с внутр. и внеш. сторон, после чего осуществляют одновременную двухосную (в продольном и поперечном направлениях) ориентацию в высокоэластич. состоянии (ориентированные пленки полимерные). Через плоскощелевую головку расплав экструдируется на приемный (поливной) барабан, на к-ром охлаждается (неориентированные пленки полимерные), а затем может подвергаться двухосной ориентации - раздельной (сначала вытяжка в продольном, а затем в поперечном направлении) или одновременной. В случае раздельной ориентации продольную вытяжку проводят на валковых установках, поперечную вытяжку, а также одноврем. ориентацию-на спец. раме (клуппной).
Ориентир. пленки для снятия напряжений, возникших при ориентации, повышения степени кристалличности и придания стабильности размеров при повыш. т-рах эксплуатации (для снижения усадки) подвергают термич. обработке (термофиксации) при т-рах на 30-70 0C ниже т-ры плавления полимеров (см. также Ориентированное состояние полимеров). Полимеры, обладающие высоким водопоглощением (полиамиды, поликарбонаты, полиэтилентерефталат), перед экструзией сушат до содержания влаги < 0,03%. Преимущества метода: высокие технологичность и скорость процесса (до 250 м/мин ориентированной пленки).
Методом экструзии пленки полимерные изготовляют, напр., из след. полимеров: полиолефинов-полиэтилена высокой и низкой плотности, линейного (мол. м. до 300· 103, 100· 103 и 200· 103 соотв.), полипропилена [мол. м. (440-500)· 103], сополимеров этилена с винилацетатом или виниловым спиртом (мол.м. до 100 · 103); пластифицированного полиеинилхлорида [мол. м. (50-75)· 103]; полиэтилентерефталата [мол. м. (23-26)· 103]; линейных алифатич. полиамидов (мол. м. не менее 17·103), напр. из поли-e-капроамида, полигексаметиленади-пинамида, поли-w-ундеканамида, полидодеканамида; сополимеров винилиденхлорида (75-90%) с винилхлоридом (мол.м. 100·103; см. Винилиденхлорида сополимеры); поли-винилиденфторида (мол. м. 100·103; см. Фторопласты); блочного полистирола (мол. м. 331 · 103); полиамидоимидов, полисульфонов, полиэфирсульфонов и др. термостойких термопластов.
2) Полив р-ра или суспензии (напр., латекса) полимера. Один из старейших пром. способов; включает три после-доват. операции: приготовление р-ра (или суспензии) полимера; полив на холодную или нагреваемую полированную пов-сть (бесконечная металлич. лента или барабан); отделение р-рителя. Во мн. случаях для повышения физ.-мех. характеристик и снятия внутр. напряжений пленки полимерные подвергают термич. обработке. Этим способом получают пленки, напр., из поликарбоната (мол.м. 75·103), полиарилатов, ацетатов целлюлозы (см. Целлюлозы эфиры), поливинилфто-рида.
Пленки полимерные из термостойких гетероциклич. полимеров изготовляют поливом р-ра форполимера с послед. его циклизацией при нагревании. Этим методом получают полиимидные пленки (поли-4,4'-дифениленоксидпиромеллитимидную пленку-поливом р-ра соответствующей полиамидокислоты в ДМФА; см. также Полиимиды).
3) Каландрование. Пленка полимерная образуется при проходе пластич. массы полимера через неск. зазоров между последовательно расположенными валками. Имеются также приспособления для одно- и двухосной вытяжки пленки, ее термофиксации и др. Каландрованием получают пленки из жесткого и полужесткого ПВХ, ацетатов целлюлозы, полистирола ударопрочного, полиуретанов.
4) Строгание, прокатка. Применяются в осн. для изготовления пленок полимерных из неплавких полимеров, напр. из политетрафторэтилена.
5) Сочетание разл. методов. Напр., экструзией и ка-ландрованием получают толстые пленки полимерные (0,2-2,5 мм) из ударопрочного полистирола, АБС-пластика, полипропилена, к-рые подвергают глубокой вытяжке, и пленки полимерные из нек-рых термостойких термопластов.
Многослойные пленки полимерные изготовляют: а) соэкструзией расплавов разл. полимеров через кольцевую или плоскую многоканальную головку (число каналов определяется числом слоев); в формующей головке потоки расплавов соединяются, не перемешиваясь, в результате на выходе из нее получается многослойная пленка полимерная; для улучшения адгезии между разнородными расплавами полимеров м. б. использован синтетич. клей, поступающий в канал формующей головки в виде потока расплава полимера; б) каширова-нием-соединением разл. готовых пленок полимерных между собой или с бумагой, фольгой, тканью при помощи клея-расплава. Процесс нанесения на готовую пленку (или бумагу) слоя расплава др. полимера с послед. охлаждением наз. ламинированием.
Изготовленные пленки полимерные разрезают в соответствии с требуемой шириной в процессе их получения или на спец. резательных машинах и сматывают в рулоны. Для получения высококачественных пленок полимерных технол. линии оснащены толщиномерами и системой автоматич. управления с микропроцессорной техникой.
Табл. 1.-ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК
| Пленки | Толщина, мкм | Плотн., г/см3 | sразр МПа | Относит. удлинение, % | Модуль упругости, МПа· 10-3 | Макс. температура эксплуатации, 0C | Морозостойкость, 0C | Влагопо-глощение за 24 ч, % | Газопроницаемость по O2 м3/с х х м2 х Па х х 10-7 | Паропроница-емость (для 25 мкм; 38 0C, 90% H2O), г/с ·м2 ·10-4 | ||
| Полиэтиленовые | 10-300 | 0,919-0,965 | 10-50 | 100-1000 | 0,1-1,0 | 70-120 | от -40 до -70 | 0,01 | 300-1150 | 0,5-2,0 | ||
| Поливинилхлоридные | | | | | | | | | | | ||
| жесткие | 50-250 | 1,30-1,45 | 45-120 | 5-100 | 1-2 | 70 | -15 | 0,1-0,5 | 120-180 | 3,0-4,0 | ||
| мягкие | - | 1,25-1,50 | 14-35 | 200-500 | 0,1-0,5 | 70-90 | -60 | 0,5-1,0 | 200-300 | 1,5-4,0 | ||
| Полипропиленовые | 2-400 | 0,9-0,91 | 21-280 | 40-800 | 1,0-4,0 | 130 | от -15 до -50 | 0,005 | 170-270 | 0,8-1,4 | ||
| Полиэтилентерефталатные | 1-350 | 1,35-1,40 | 140-290 | 60-140 | 3,4-5,5 | 130 | -60 | 0,4-0,5 | 10-15 | 2.5-3,0 | ||
| Полиамидные | 12-200 | 1,02-1,15 | 60-350 | 60-450 | 0,6-2,8 | 120-220 | от -30 до -60 | 1-9 | 5-60 | 4,0-8,0 | ||
| Полиимидные | 7,5-125 | 1,25-1,47 | 100-400 | 30-130 | 3-9 | 200-250 | -60 | 2,9 | - | - | ||
| Полистирольные | 4-500 | 1,05 | 49-80 | 3-8 | 2,7-3,7 | 70 | -50 | 0,04-0,06 | 236-665 | 8,0-17,0 | ||
| Поливинилиденхлоридные | 40-150 | 1,59-1,71 | 56-140 | 40-100 | 1,1-1,2 | 140 | от -15 до -35 | 0,01 | 1,4-1,9* | 0,1-0,5 | ||
| Поликарбонатные | 2-800 | 1,2 | 58-62 | 85-105 | 2300 | 135 | -100 | 0,35 | 500-700 | 9,0-10,8 | ||
| 15-200 | 0,915-0,950 | 10-21 | 300-700 | | 65 | -75 | 0,01 | (6-17)·102 | 5-6 | |||
| Целлофановые | - | 1,45 | 50-130 | 15-25 | 1,4-3,1 | 150 (обугливается) | -15 | 45-115 | 40-80 | 0,6-3,0 | ||
| Ацетатные | 17-250 | 1,25-1,35 | 49-105 | 15-50 | 2,4-3,1 | 95 | -20 | 2,5-4,5 | 200 | 11-33 | ||
| Полисульфоновые | 25-250 | 1,24 | 50-70 | 60-130 | 1,8-2,0 | 150 | -60 | 0,13-0,20 | - | — | ||
* Наименьшей газопроницаемостью по O2 обладает сополимер этилена с виниловым спиртом-(0,3-0,4)· 10 -7 м3/с·м2·Па.
Табл. 2.-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК
| Пленки | Элект-рич. прочность при 50 Гц, к В/мм | e при 50 Гц и 250C | tg d , при 50 Гц и 250C | rn , Ом·см | rs , Ом | ||
| Полиэтилентерефталатные | 120-300 | 3,0-3,3 | (2,5-5)· 10-3 (от 50 до 1 МГц) | 101б-1018 | 1012-1016 | ||
| Полипропиленовые | 120-600 | 2,0-2,3 | (2-3) ·10-4 | 1017-1019 | 1014 | ||
| Полистирольные | 200-300 | 2,4-2,6 | (2-3)· 10-4 | 1015-1018 | 1016 | ||
| Поликарбонатные | 60 | 2,9-2,99 | (0,15-5)·10-4 | 1014-4·1015 | 8·1012-1,2·1016 | ||
| Полиимидные | 210-270 | 3,0-3,5 | (2,5-3)· 10- 3 | 1014-1017 | 1016 | ||
| Полиамидные | 60-80 | 3,5-3,7 | 0,012-0,025 | (3-8)· 1014 | 108-1010 | ||
| Полиэтиленовые | 20 | 2,2-2,3 | (1-2)· 10-4 | 1014 | 1014-1016 | ||
| Поливинилхлоридные | 10-40 | 3,0-4,5 | 0,01-0,1 | 1011-1015 | 1014 | ||
| Поливинилиденхлоридные | 120-280 | 7,4-8,5 | (5-8) ·102 | 1010-1013 | 1014 | ||
| Целлофановые | 80-100 | 3,2 | 1,5·10-2 | 109-1011 | 108-1010 | ||
| Ацетатные | 200 | 4,5 | 2·10-2 | 1016 | 1012-1014 | ||
| Полисульфоновые | 200 | 3,3 | 2,5· 10- 3 | 1017 | 1015 | ||
| Полиэфир-эфиркетоно-вые | 180 | 3,3-3,4 | (1,3-1,5)·10-3 | 1017 | 1015 | ||
Свойства. Пленки полимерные-прозрачные эластичные материалы. Основные физ.-мех. и электрич. св-ва их приведены в табл. 1 и 2. Наиб. уникальным комплексом св-в (высокие диэлектрич. и физ.-мех. св-ва, термостойкость, низкая газопроницаемость) обладают полиэтилентерефталатные пленки. Полистирольные и поликарбонатные пленки отличаются очень хорошими оптич. св-вами, полиамидные, поливинилхлорид-ные и пленки из сополимера этилена с виниловым спиртом -жиро- и маслостойкостью, газо- и запахонепроницае-мостью, полиолефиновые - водо- и хим. стойкостью, поли-имидные, полиэфирсульфоновые и полиэфирэфиркетоно-вые-высокой термо- и радиац. стойкостью.
Многослойные пленки обладают, как правило, комплексом положит. св-в, присущих монопленкам, и не имеют их недостатков (это осн. принцип создания многослойных пленок).
Большое значение приобрели термоусадочные пленки, к-рые под тепловым воздействием сокращаются (усадка), принимая форму упаковываемого или герметизируемого продукта либо изделия. Эффект усадки обеспечивается ориентац. вытяжкой пленки без последующей ее термофиксации. Для термофиксированных пленок из полиэтилен-терефталата и полиимидов, неориентиров, пленок из поли-эфирсульфонов и полиэфирэфиркетонов характерны безуса-дочность и высокая стабильность размеров при повышенных т-рах.
Пленки полимерные можно сваривать, склеивать, они м. б. окрашены в разл. цвета введением красителя на стадии синтеза полимера или переработки его в пленку (см. также Крашение пластических масс).
Применение. В основном пленки полимерные (полиолефиновые, поли-винилхлоридные, Поливинилиденхлоридные, полиамидные и многослойные) применяют как упаковочный материал для пищ. продуктов (мясных, рыбных полуфабрикатов, сосисок, колбас, вторых блюд, масла, молока, соков и др.), товаров широкого потребления, жидких и сыпучих хим. и нефтехим. товаров, для бытовых целей.
Полистирольные, поликарбонатные, полиэтилентерефта-латные, полиимидные, полипропиленовые и полиамидные пленки широко используют для электроизоляции обмоточных и монтажных проводов, кабелей, обмоток трансформаторов, двигателей и др. электрич. машин. Эти пленки полимерные в сочетании с фольгой-диэлектрики для конденсаторов. Перечисленные выше пленки полимерные, подвергнутые металлизации (см. Металлизация полимеров), применяют в конденсаторах; они служат также световодами, регуляторами солнечной радиации в помещениях.
Полиэтилентерефталатные пленки, кроме того, используют при изготовлении кино-, фото- и рентгеновских пленок, магн. носителей информации, фотоматриц миниатюрных печатных плат, полупроводниковых переключателей, фоторезисторов, для замены кальки и ватмана (матовая пленка), как чертежные пленки в компьютерно управляемых системах черчения. Для этих же целей при т-рах выше 1300C используют пленки из полиимидов, полифениленсульфидов, полисульфонов.
Полиамидные и полиимидные пленки применяют для автоклавного прессования крупногабаритных деталей, поли-стирольные-как облицовочный материал для панелей холодильников, прозрачные "окна" в упаковке, полиолефиновые пленки применяют для укрытия теплиц, пропаривания и мульчирования почвы.
Первые пром. пленки были изготовлены из нитратов целлюлозы, а затем из регенерир. целлюлозы (целлофана) в Великобритании (1899). Первые пленки из синтетич. полимеров появились в США (1946; полиэтиленовая пленка). В 1946 были получены и первые образцы пленок из поли-этилентерефталата (Великобритания). В 1946-49 появились и первые машины для экструзии термопластов и формования пленок поливом на барабан и раздувом рукава.
Пленки полимерные производят в СССР, США, Японии и странах Западной Европы и выпускают, напр., под след. торговыми названиями: полиэтилентерефталатные-лавсан, май-лар, лумиррор, тетерон, эстар, хостафан, мелинекс, терфан; полиэтиленовые -дау, тейлекс, новатекс, хостален, весто-лен, лойрен, моплен, элатон, асахи и мн. др.; поливинил-хлоридные-коопани, калистрон, сумилайт, фаблон, тут-тадерма; поливинилиденхлоридные -саран, крайовак, курехален, вестан, иксан; полиамидные-ипплон, дайами-рон, бонил, эмблема, рильсан, саданил; полиимидные-каптон, юпилекс; полипропиленовые-торейфан, мирэй-оан, треспофан, капафильм; полистирольные-поли-олекс, стилекс, стирофлекс, стирониль; фторопластовые -оторлон, кайнар, тедлар, теслар, тефлон, полифлон, хоста-олон; сополимер этилена с винилацетатом-адмер, эвафильм, целофлекс; сополимер этилена с виниловым спиртом-селар-ОН, эвал, эксид; поликарбонатные-лексан, мерлон, пенлайм, юпилон, макролон; термостойкие полиэфирсульфоновые, по-лиамидоимидные, полиэфирэфиркетоновые -ста-бар, тальпа, литрекс; полифениленсульфидные-торелина.
Мировое произ-во основных пленок полимерных составляет (без СССР) 14,4 млн. т/год (1986), из них самые крупнотоннажные: полиэтиленовые 10, поливинилхлоридные 1,2, полипропиленовые 0,745, полиэтилентерефталатные 0,730 млн. т/год.
Лит.: Козлов П. В., Брагинский Г. И., Химия и технология полимерных пленок, M., 1965; Такахаси Гисаку, Пленки из полимеров, пер. с япон., Л., 1971; Энциклопедия полимеров, т. 1-2, M., 1974; Л евина T. Г., Кнельц К. Ф., Константинов В. H., Переработка полиэтилентерефталата в пленку, ч. 1, M., 1976; Фридман M. Л., Технология переработки кристаллических полиоле-финов, M., 1977; Нелсон У. E., Технология пластмасс на основе полиамидов, пер. с англ., M., 1979; Каган Д.Ф.. Гуль В. E., Самарина Л. Д.. Многослойные и комбинированные пленочные материалы, M., 1989; Seifrid W., "Kunststofie", 1985, Bd 75, № 10, S. 773-77; Encyclopedia of polymer science and technology, v. 7, N. Y., 1987; Briston J. H., Plastics films, 2 ed., Harlow (Essex), 1986.
Э. П. Донцова, Л. Г. Райз. А. М. Чеботарь.