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.