Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ проблем и методов повышения качества упаковки из полиэтилена 12
1.1 Пленки полиэтилена 12
1.2 Получение пленок полиэтилена методом экструзии с раздувом 14
1.3 Взаимосвязь режимов получения пленок методом экструзии с раздувом и свойств полиэтиленовых пленок 18
1.4 Требования, предъявляемые к качеству полиграфической продукции для производства упаковки из полиэтилена 26
1.5 Методы повышения качества печати 30
ГЛАВА 2 Объекты и методы исследований 36
2.1 Теоретическое исследование технологических свойств полимерных материалов, применяемых в производстве мягкой тары на фасовочно упаковочных автоматах 36
2.2 Пленки полиэтилена, исследуемые в работе 51
2.2.1 Разработка методики определения комплексных факторов для исследований процесса экструзии рукавных пленок полиэтилена 51
2.2.2 Выбор методики исследования влияния параметров процесса экструзии на свойства пленок полиэтилена 57
2.2.3 Нахождение параметров установки, определяющих значение комплексных факторов. Определение диапазона изменения комплексных факторов 59
2.3 Печатные краски 67
2.4 Методика определения оптимального режима обработки пленки полиэтилена коронным разрядом 67
2.4.1 Установка для активации полимерных пленок коронным разрядом67
2.4.2 Режимы обработки пленок полиэтилена коронным разрядом 69
2.4.3 Методика оценки интенсивности обработки коронным разрядом .70
2.5 Методика исследования поверхностных и печатных свойств полиэтиленовой пленки 71
2.5.1 Исследование топологии поверхности пленки 71
2.5.2 Определение гидрофильности полимерных пленок 72
2.5.3 Методика ИК-спектроскопических исследований с использованием приставки МНПВО 73
2.5.4 Методика нанесения печати на образцы 74
2.5.5 Методика измерения адгезионных свойств краски к пленке 76
2.6 Методики исследования технологических свойств пленки для работы на
фасовочно-упаковочном и печатном оборудовании 78
2.6.1 Анализ толщины и разнотолщинности пленок 78
2.6.2 Определение статического и динамического коэффициентов трения 78
ГЛАВА 3 Результаты научных исследований 80
3.1 Исследование влияния технологических факторов производства пленки полиэтилена на толщину и разнотолщинность 80
3.2 Оптимизация процессов обработки коронным разрядом 89
3.2.1 Анализ ИК — спектров обработанной коронным разрядом полиэтиленовой пленки :. 89
3.2.2 Определение гидрофильности полимерных пленок 90
3.2.3 Анализ интенсивности обработки поверхности пленки полиэтилена коронным разрядом 92
3.2.4 Исследование равномерности запечатывания 93
3.2.5 Исследование адгезионной прочности соединения краски к пленке полиэтилена 95
3.2.6 Исследование красочного слоя на стойкость к истиранию 97
3.3 Исследование влияния технологических факторов производства пленки на поверхностные и адгезионные свойства 99
3.3.1 Исследование влияния технологических факторов производства на топологию поверхности полиэтиленовой плёнки 99
3.3.2 Исследование влияния технологических факторов производства на интенсивность обработки коронным разрядом полиэтиленовой плёнки 104
3.3.3 Исследование влияния технологических факторов производства на адгезионную прочность красочного слоя к пленке полиэтилена 108
3.4 Исследование влияния технологических факторов производства на статический и динамический коэффициент трения полимерных пленок „110
3.4.1 Исследование зависимости статического и динамического коэффициентов трения «полиэтилен-сталь»
3.4.2 Исследование зависимости статического и динамического коэффициентов трения «полиэтилен-полиэтилен» 115
3.4.3 Исследование зависимости статического и динамического коэффициентов трения «полиэтилен—фторопласт-4» 120
ГЛАВА 4 Обсуждение результатов и разработка практических рекомендаций 126
Заключение 130
Библиографический список использованной литературы 132
- Требования, предъявляемые к качеству полиграфической продукции для производства упаковки из полиэтилена
- Выбор методики исследования влияния параметров процесса экструзии на свойства пленок полиэтилена
- Анализ ИК — спектров обработанной коронным разрядом полиэтиленовой пленки :.
- Исследование зависимости статического и динамического коэффициентов трения «полиэтилен-сталь»
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В современном мире значимость и объемы производимой упаковки все время возрастают. Она является мощным средством продвижения товара на рынке, но вместе с этим увеличивается роль ее качества.
Одним из показателей качества продукции является стабильность всех ее свойств в рамках одного тиража, а также производства в целом.
На качество мягкой полимерной упаковки оказывают влияния исходные свойства полимерных пленочных материалов, конструкция пакета, а также технологические режимы и стабильность работы печатного и фасовочно-упаковочного оборудования.
Она должна быть привлекательной для покупателя и удобной в использовании на всех этапах жизненного цикла. При существующем многообразии идентичных продуктов выигрывает тот производитель, чья упаковка наиболее оптимально и гармонично сочетает в себе функции защиты и продвижения товара на потребительском рынке. Упаковка играет основную роль при решении задачи «узнаваемости» продукта. Согласно статистике, 70% покупок совершаются спонтанно, непосредственно в местах продаж. Часто потребители составляют мнение о продукте, исходя в первую очередь из привлекательности упаковки. То, что упаковка стала играть сразу несколько ролей, привело к усложнению ее дизайна и структуры, и повысило требования к качеству.
Работа печатного, отделочного и фасовочно-упаковочного оборудования находится в прямой зависимости от вида и качества полимерного пленочного материала. К упаковочной продукции, изготавливаемой на высокопроизводительном оборудовании, предъявляются жесткие требования по технологическим параметрам (толщина, шероховатость, коэффициент трения, коэффициент усадки, деформационные и прочностные свойства и др.), разброс которых должен быть минимальным, чтобы исключить возможные остановки
машин. При дальнейшей эксплуатации упаковки важным ее показателем является адгезионная прочность соединения краски с полимерной пленкой.
Следует заметить, что существующие в нормативной документации (ГОСТы, ОСТы и ТУ) требования к полимерным пленочным материалам не учитывают специфических особенностей работы полиграфического и упаковочного оборудования. Поэтому на практике часто возникают проблемы с приводкой изображения, случаи проскальзывания и торможения пленочного материала при прохождении секций в печатных и упаковочных машинах. Этим же вызвано низкое качество сварного соединения, а также его деформация в результате усадки и другие дефекты упаковки.
Большинство производителей полиэтиленовых пленок не учитывают влияния на свойства материала режимов процесса экструзии и лишают себя возможности скорректировать их в нужном для заказчика направлении.
Одним из путей повышения качества упаковки может быть использование полимерных пленочных материалов с комплексом прогнозируемых свойств. Использование таких материалов при производстве поможет стабилизировать процессы, протекающие в оборудовании, и тем самым позволит повысить производительность и качество упаковки.
Цели и направления исследования. Целью работы является выработка рекомендаций по повышению качества упаковки путем получения пленок полиэтилена методом экструзии с раздувом с комплексом прогнозируемых свойств, определяющим поведение материала в печатной и упаковочной машинах, а так же влияющим на повышение адгезионных свойств к печатным краскам.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Анализ существующих научно-технических материалов, освещающих процесс экструзии полиэтиленовых пленок, свойства пленок, проблемы печати и эксплуатации в фасовочно-упаковочных автоматах;
Анализ существующих математических моделей движения материала в машинах и разработка новой модели для фасовочно-упаковочных автоматов вертикального и горизонтального типов;
Выбор комплексных факторов, наиболее полно описывающих процесс экструзии с раздувом и определяющих качество получаемой полимерной пленки;
Разработка методики проведения исследования;
Тарирование экспериментального оборудования;
Математическое планирование и исследование многофакторного процесса получения пленок полиэтилена методом экструзии с раздувом;
Разработка методики оценки интенсивности обработки пленок полиэтилена коронным разрядом, позволяющей количественно оценивать качество подготовки поверхности перед нанесением печати;
Разработка методики количественной оценки адгезионных свойств краски к поверхности пленки;
Разработка программной оболочки, использующей результаты исследования;
10. Составление рекомендаций по технологии получения пленок
полиэтилена с прогнозируемыми свойствами для повышения
качества упаковки, производимой на фасовочно-упаковочных
автоматах.
Научная новизна работы.
Модифицирована методика планирования многофакторного эксперимента с зависимыми переменными, объединенными сложными зависимыми факторами, позволившая использовать ее для исследования процесса получения пленок методом экструзии с раздувом.
Предложен аппарат комплексного прогнозирования свойств при производстве пленок полиэтилена методом экструзии с раздувом.
Определен комплекс свойств пленок полиэтилена, обеспечивающий повышение качества работы печатного и упаковочного
оборудования.
Впервые получена математическая зависимость между сложными технологическими факторами получения пленок и их поверхностно-адгезионными свойствами.
Практическая ценность работы состоит в разработке аппарата комплексного прогнозирования свойств производимых методом экструзии с раздувом пленок полиэтилена, открывающего возможность целенаправленного повышения качества упаковки за счет улучшения адгезионных свойств к печатным краскам и обеспечения стабильной работы печатного и фасовочно-упаковочного оборудования.
Создана математическая модель работы фасовочно-упаковочных автоматов вертикального и горизонтального типов и выведена зависимость условия прохождения пленки по рабочим узлам от конструкции автоматов, свойств упаковочного материала и конструктивных особенностей упаковки, обеспечивающая стабильную работу оборудования.
Разработана методика количественной оценки эффективности обработки пленки коронным разрядом, позволяющая объективно и целенаправленно управлять адгезионными свойствами к печатным краскам.
Модернизирована методика оценки адгезионных свойств полимерных пленок к печатным краскам методом нормального отрыва с использованием машины для тампонной печати, повысившая объективность количественной оценки.
Разработано программное обеспечение, использующее результаты исследования и позволяющее устанавливать количественную взаимосвязь между конструктивными особенностями фасовочно-упаковочных автоматов и получаемой упаковки, свойствами пленок полиэтилена и технологическими режимами их получения.
Результаты исследований были внедрены на предприятии ООО «ЛиматонУпаковка».
Результаты исследования использованы в учебном процессе специальности 261201 «Технология и дизайн упаковочного
производства», подготовлены к печати сборник лабораторных работ и учебное пособие, которым присвоен гриф УМО. Положения, выносимые на защиту
Качество упаковки может быть обеспечено путем применения аппарата комплексного прогнозирования свойств при получении пленок полиэтилена по разработанным в диссертационной работе формулам;
Работоспособность полиграфического и упаковочного оборудования и качество упаковки зависят от топологии поверхности, разнотолщинности, коэффициентов трения, адгезионных свойств к печатным краскам пленок полиэтилена, и определяется конструктивными особенностями оборудования и упаковки;
Модифицированная методика планирования много факторного эксперимента с зависимыми переменными, объединенными сложными комплексными факторами, применима для исследования процесса получения пленок методом экструзии с раздувом.
Апробация работы. Научные результаты, полученные в работе докладывались на VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» в 2007 году в Казани, на Международной студенческой научно-практической конференции упаковочной индустрии в 2007 году в Киеве, Украина, на 2-ой Международной студенческой конференции Print and Media Technology в 2007 году в Хемнитце, Германия, на Международной конференции молодых ученых Print-2009 в Санкт-Петербурге, на первой научно-практической конференции с международным участием «Тара и упаковка пищевых продуктов. Коммуникативные технологии пищевых производств» в 2009 году в Москве, на научной конференции «Пищевая техника и технологии 2009» в Пловдиве, Болгария, на Республиканской научно-практической конференции в 2009 году в Каунасе, Литва и на ежегодной конференции молодых ученых МГУП в 2009 году.
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 15 работ.
Структура и объем работы. Представляемая диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического
списка использованной литературы из 86 наименований, изложена на 149 страницах машинописного текста и содержит 82 рисунка и 36 таблиц.
Требования, предъявляемые к качеству полиграфической продукции для производства упаковки из полиэтилена
Пленка из полиэтилена может быть получена тремя методами: 1. экструзией через кольцевое сечение с последующим раздувом фиксированным объемом воздуха до получения пленки нужной толщины; 2. экструзией через щелевое сечение с последующим контактированием полотна, выходящего из головки экструдера, с охлажденными высокополированными вальцами; 3. экструзией через щелевое сечение с быстрым охлаждением пленки в закалочной ванне с холодной водой [28]. Наиболее распространенным способом производства пленок является экструзия с раздувом; с ее помощью производится около 85% всей пленочной продукции. Щелевая экструзия пленок — это второй основной технологический процесс, и он охватывает 10—12% от всего производства экструдированных пленок из ПЭ [33].
Агрегат для экструзии пленки включает в себя экструдер, снабженный соответствующей головкой (фильерой), узел охлаждения расплавленной пленки, тянущий механизм и наматывающее устройство. . Для разных методов экструзии используют различные конструкции экструзионных головок и типы охлаждения пленки. Тянущие устройства и узлы намотки также различаются [1].
При экструзии с раздувом пленка формуется посредством экструзии из, расплава. Экструзионный процесс включает в себя серию операций, каждая из которых влияет на стабильность и устойчивость экструдата, а следовательно, и пленки. Процессы, происходящие в экструдере, - это загрузка, плавление, смешение и фильтрация. В процессе изготовления ПЭ-пленки гранулированное сырье поступает в загрузочный бункер. Гранулы ПЭ захватываются вращающимся шнеком и перемещаются вдоль оси материального цилиндра экструдера по винтовому каналу шнека. Там материал разогревается за счет тепла, подводимого от расположенных на цилиндре нагревателей и за счет тепла, выделяющегося при вязком трении, и превращается в гомогенный расплав, который подается к головке экструдера. Далее расплав проходит через распределительную решетку с пакетом фильтрующих сеток в головку. Сетки предотвращают попадание крупных загрязнений, и непроплавов в пленку, что стабилизирует процесс. Решетка также способствует усилению противодавления в цилиндре экструдера и улучшает перемешивание расплава. Кольцевая экструзионная головка формует полимерный рукав, который раздувается воздухом, поступающим в головку. Раздув рукава увеличивает размер пленки и ориентирует полимер и управляет кристаллизацией [33] .
Расплавленная пленка выходит из экструдера через кольцевую головку, в результате чего образуется полимерный рукав.
При прохождении через прижимные валки верхнее отверстие рукава закрывается. Рукав раздувается с помощью подаваемого под давлением воздуха. Существенное расширение рукава возможно лишь пока полимерный материал расплавлен. Скорость, с которой рукав выходит из головки экструдера, давление воздуха и направление обдува наружным охлажденным воздухом определяют коэффициент раздува. Коэффициент раздува - это отношение конечного диаметра рукава к диаметру кольца экструзионнои головки. Это отношение вместе с шириной щелевого зазора головки определяет толщину пленки и ее поперечную ориентацию. Пленка также ориентируется в продольном направлении за счет различия между скоростью выхода из головки и скоростями прижимных валков, отжимающих рукав и подающих его на вспомогательное оборудование. Поперечная ориентация продолжается до затвердевания и часто является преимущественной ориентацией для свойств пленки.
Такая технология имеет ряд преимуществ: с помощью одной головки можно получить пленки различной ширины и толщины. Можно получить очень широкую пленку (прорезав рукав), используя оборудование, ширина которого равна лишь половине ширины пленки. В то же время недостатком технологии является то, что скорость, охлаждения пленки довольно низка, в особенности при использовании воздушного охлаждения. При высоких скоростях выхода возникают трудности с управлением движениями пузыря, что необходимо для поддержания толщины пленки в установленных пределах. Далее, ввиду того что пленка на одном конце рукава зажимается между двумя валками, температура в этой точке должна быть достаточно низка, чтобы предотвратить слипание. Использование добавок, предотвращающих слипание, может способствовать увеличению скорости выхода продукции, а улучшение техники отвода пленки позволит лучше контролировать раскачивание и вибрацию пузыря.
Коэффициент раздува, который можно получить, ограничен прочностью полимерного расплава. Линейные полимеры более склонны к разрыву пленки в расплавленной части рукава. Полимеры с длинными ветвями имеют большую прочность расплава и поэтому более подходят для переработки пленок раздувом рукава. Реологические свойства полимера важны в других аспектах, поскольку рукав может быть нестабильным. Рукав должен быть симметричен относительно центральной оси экструзионнои. головки и в направлении! прижимных валков. Если пленка неравномерна по . толщине или затвердевает,,то симметричность контролировать,трудно. Более толстые участки пленки прочнее, будут сопротивляться раздуву и оставаться более толстыми: Тонкие-участки будут легче расширяться и истончаться? так что эта- часть рукава может порваться: Для осуществления: точной; регулировки температуры, пленки по мере ее расширения можно поместить вокруг пленки нагреватели (вблизи еевыхода из экструдера) нагреватели:
Линия кристаллизации — это, граница, после: которой полимер; затвердевает благодаря кристаллизации: При. кристаллизации прозрачность полимера падает, и это хорошо заметношо резкому помутнению;пленки нал некотором расстоянии от головки экструдера: Линия кристаллизации зависит от скорости экструзии и температуры,; а также от воздушного охлаждения; осуществляемого обдувом рукава; снаружи. Температура скорость-и угол попадания? на пленку воздушного1 охлаждения могут изменяться. Быстрая кристаллизация- дает более мелкие кристаллы: при этом/ пленка; будет прозрачнее, менее мутной на вид, и иметь более гладкую поверхность с сильным блеском.
Пузырь можно охлаждать снаружи с помощью воздушного кольца, циркулирующего у его основания. Воздух распределяется равномерно и вызывает затвердевание или "закалку" рукава. Складывающиеся щеки служат для; складывания рукава, когда1 он выходит на приемные валка; для конечного уплощения.
Выбор методики исследования влияния параметров процесса экструзии на свойства пленок полиэтилена
В рамках работы в качестве сырья для получения полимерных пленок использовался ПЭВД 15803-020 ГОСТ 16337-77 [21]: плотность 0,919 г/см3, ПТР 2,0 г/10 мин, предел текучести при растяжении не менее 93ТО5 Па (95 кгс/см2), прочность при разрыве не менее 113-Ю5 Па (115 кгс/см2), относительное удлинение при разрыве не менее 600%. Рекомендуемые режимы переработки указаны в таблице 2.2.1.
На свойства полимерных пленок, помимо характеристик сырья, огромное влияние оказывают технологические режимы производства самой пленки.
Поэтому для проведения исследований были получены при различных режимах 25 образцов пленки из полиэтилена высокого давления.
Самый распространенный процесс производства полимерных пленочных материалов — методом экструзии с раздувом. Получение этим методом пленок с комплексом прогнозируемых свойств является необыкновенно сложной задачей.
Во-первых, существует огромное количество факторов, влияющих на процесс производства. Но самое главное, что эти факторы являются взаимозависимыми: изменение одного из них влечет изменение другого, что неоднозначно сказывается на качестве пленки. До настоящего времени исследования этой технологии проводились только с помощью однофакторного эксперимента, что не отображает полную картину процесса производства. Поэтому технологические рекомендации на практике зачастую оказывались мало эффективными, а свойства пленок имели недопустимый разброс значений для успешной работы высокопроизводительного упаковочного оборудования .
Для решения этой проблемы проведены комплексные исследования с использованием методик многофакторного планирования эксперимента с целью создания технологии полученшг упаковочных материалов и мягкой тары с прогнозируемыми свойствами.
В рамках исследования предполагается выработка разумного количества сложных, комплексных факторов, способных наиболее полно описать процесс получения пленок методом рукавной экструзии с раздувом и проверить работоспособность методики многофакторного эксперимента при применении подобных факторов.
Первый фактор должен описывать кинетику прохождения» материала по зонам экструдера, а значит, интенсивность протекания процессов плавления и гомогенизации расплава, ориентирования расплава в каналах головки и выход его из формующей щели.
Таким комплексным фактором можно считать частоту вращения шнека экструдера п. Этот фактор определяется по формуле: « = -%, (2.2.1) п -а где п— частота вращения шнека, Vn— скорость вращения внешней поверхности гребня шнека, d— диаметр шнека. Этот фактор не зависит от индивидуальных конструктивных особенностей производственной установки и, следовательно, возможно его применение для задач исследования.
Второй фактор должен определять температурный режим в экструдере, обеспечивающий плавление полимера и поведение расплава в экструдере и на выходе из формующей щели. Таким фактором вполне может быть температура на головке экструдера. Эта температура, испытывая влияние как температур, установленных по зонам регулирования материального цилиндра, так и скоростей продавливания материала через головку, также является сложным комплексным фактором.
Поведение пленочного материала в вязкотекучем и. высокоэластическом состоянии определяют третий и четвертый комплексные факторы - кратность вытяжки iv и кратность раздува / .
Кратность вытяжки рассчитывается с использованием скорости выхода полимера из головки экструдера и линейной скорости приемных валов по формуле: расш где V— линейная скорость валов; а Vшст— линейная скорость выхода расплава. Фактор iv учитывая конструктивные особенности установки, описывает растяжение кристаллизующегося материала в рукаве в продольном направлении. Также для его определения необходимо знание величины V аспл, которая определяется первым комплексным фактором п.
Четвертым комплексным фактором предлагается использовать кратность раздува рукава— і , определяемую по формуле: ір=Ц (2.2.3) где d— внешний диаметр кольцевой щели, м; В — ширина сложенного рукава, м [57]. Этот фактор описывает растяжение кристаллизующегося материала в поперечном направлении, с учетом конструкции головки экструдера. Для того, чтобы охарактеризовать поведение полотна материала в высокоэластическом состоянии, введем комплексный фактор холодной вытяжки материала— іхв: і,.=у (2-2.4) где V2— линейная скорость приводного барабана намотчика; a Vx— линейная скорость приемных валов. Этот комплексный фактор опишет растяжение полотна аморфно-кристаллического полимера в продольном направлении на конкретной производственной установке. Фактором, непосредственно влияющим на надмолекулярную структуру и степень кристалличности полимерной пленки, является положение линии кристаллизации рукава.
Анализ ИК — спектров обработанной коронным разрядом полиэтиленовой пленки :.
Для анализа адгезии покрытия применялся тест с использование липкой ленты. На тестовый образец наклеивают липкую ленту, обеспечивая полный контакт поверхностей. Далее нижнюю часть ленты отделяют от субстрата на 5 мм, зацепляют отделенную часть и производят отрыв. Затем проводят оценку количества красочного слоя, отошедшего от субстрата вместе с лентой. Получают фотографии образцов и посредством программы Photoshop оцениваются значения площадей, с которых красочный слой «перешел» на липкую ленту.
Для проведения эксперимента использовалась липкая лента Scapa Tapes с липкостью 45,5 см, измеренной no ASTM D3121.
К сожалению, ни в российской, ни в зарубежной флексографской промышленности не существует общепризнанного стандарта, детально описывающего методику проведения указанного теста, а также методику оценки его результатов. Во многом это обусловлено большим разнообразием используемых красок и субстратов. В то же время большинство крупных поставщиков красок имеют собственные версии указанного теста.
Для оценки адгезионных свойств был модифицирован стандартный метод нормального отрыва при помощи липкой ленты (скотч-тест). Предварительно запечатанный образец полиэтиленовой пленки располагался на неподвижной основе устройства 4, липкую ленту 3 закрепляли в зажимах эластичного пуансона 2, соединенного с устройством вертикального перемещения 1 (рисунок 2.5.7). Рисунок 2.5.7 - Схема модифицированного способа оценки адгезионных свойств печатных красок к полимерным пленкам методом нормального отрыва липкой лентой В качестве устройства в работе был использован станок тампонной печати. Полученные образцы сканировали и обрабатывали в программе Adobe Photoshop с помощью функции Histogram для определения площади оставшейся на поверхности краски. Данный метод позволяет сохранять постоянными скорость, усилие прижима и отрыва липкой ленты к/от поверхности краски при нормальном отрыве.
Для качественного проведения исследования необходимо прочно закреплять образцы на подложке. Наиболее тонкие плёнки могут испытывать деформацию во время проведения эксперимента, тем самым меняя условия отрыва красочного слоя. Для решения данной проблемы предлагается наклеивать тонкие образцы на двустороннюю липкую ленту. 2.6 Методики исследования технологических свойств пленки для работы на фасовочно-упаковочном и печатном оборудовании
Измерение толщины пленки проводят по ГОСТ 17035-71. От каждого рулона пленки, отобранного для испытаний, отрезают по всей ширине рулона 2 образца не менее 2 м. Затем проводят по 10 измерений в двух направлениях на каждом образце. Измерения по ширине пленки проводят на расстоянии 10 мм от края, последующие - через каждые 50 мм для пленки шириной до 500 мм, через 100 мм — для пленок шириной от 500 до 5000 мм, через 300 мм -для пленок шириной св. 5000 мм. Измерения вдоль пленки проводят на расстоянии 50 мм. Затем все результаты сводят в таблицу, находят математическое ожидание, характеризующее среднюю толщину образцов, и среднее квадратическое отклонение — разнотолщинность.
Динамический и статистический коэффициенты трения определялись на специальной установке, внешний принципиальная схема которой представлена на рисунке 2.6.1. Исследование коэффициентов трения проводилось по методике стандартных испытаний статического и динамического коэффициента трения полимерных пленок и листов, приведенной в ASTM [80]. Тест включает определение коэффициента трения при начале скольжения и при скольжении полимерных пленок и листовых материалов относительно других материалов при стандартных условиях испытания. Процедура допускает использование неподвижных салазок с двюкущеися плоской пленки или движущихся салазок и неподвижной плоской пленки. Статический или начальный коэффициент трения, fs, связан с силой, измеренной в начале движения поверхностей одна относительно другой. Динамический коэффициент трения (или коэффициент трения скольжения), fd, относится к силе, необходимой для поддержания этого движения.
Исследование зависимости статического и динамического коэффициентов трения «полиэтилен-сталь»
В результате проведенных исследований была получена система уравнений: АНП0Перек = - 0,018Т2 + 5,65Т + 2,90іхв- 3,66ір - 426,59 АНпрод = 0,03Т2 - 9,46Т + 744,31 Ra = 1,1 In + 0,64iv + 0,003hk + 2,93 S =- 0,055T2 + 16,75T- 31,08n2 + 101 ,ln - 0,112 hK- 1282,99 S0iV = - 25,32n2 + 87,24n + 8,685 іи 2 - 27,17 iXB + 3,751 ip2 - 17,5 ip -0,124hK+ 118,36 fsn-c поп = - 0,005T + 0,002hk + 4,71 fdn-cnon = -0,005T + 0,002hk+ 1,01 fsn-спрод = 0,0004T2 - 0Д38Т + 0,016iv +11,85 fdn-CnPofl = 0,0004T2-0,13T + 0,001hk + 10,74 fsn-ппоп = 0,0004T2 - 0Д35Т + 0,250iXB2 - 0,775iXB - 0,077ip2 + 0,461ip + 0,002hk+11,93 fdn-п поп = 0,0005T2 - 0,15T + 0,232iXB2 - 0,73iXB - 0,076ip2 + 0,45ip + 0,002hk + 11,79 fsn-ппрод = - 0,076n + 0,033ip2 - 0,123ip + 0,32 fdn-п прод = 0,0068n + 0.038ip2 - 0,15ip + 0,32 fsn-o „on = - 0,015n - 0,015iv2 + 0,177iv - 0,0065 fdn-п поп = - 0,01 On - 0,014iv2 + 0,164iv - 0,29 fsn-Ф прод = 0,076n2- 0,25n + 0,009 + 0,018ip + 0,00 lhk + 0,22 fdn-п прод = 0,075n2 - 0,241n + 0,014iv2 - 0,176iv + 0,022 + 0,0001hk + 0,82 где Ra - среднее квадратичное отклонение профиля, мкм; S — интенсивность обработки коронным разрядом, %; Somp — относительная площадь оставшейся краски на поверхности после отрыва липкоишенты, %\fsiA:fd — статический и динамический коэффициенты.трения соответственно, индексьіііІ-С, П-П wR-Ф обозначают исследуемые поверхности — полиэтилен-сталь, полиэтилен-полиэтилен; полиэтилен-фторопласт, индексы, проб иг поп: обозначают исследуемое; направление пленки; п, Т, iv, іхв, ip, hk .— технологические режимы производства пленки? методом экструзии с раздувом — частота вращения шнека,, с"1, температура на головке; С, кратность вытяжки, кратность холодной вытяжки, кратность раздува; и высота линии кристаллизации; мм, соответственно.
Анализ этих зависимостей показывает, что топология; поверхности во многом зависит от технологических режимов экструзии: Основными факторами, влияющими; на топологию поверхности являются параметры вытяжки, а также высота: линии кристаллизации, отвечающая за рост и; процентное соотношение кристаллической) фазы в полимерной пленке (рисунок 3.3.5 и 3.3.9): .
При; анализе интенсивности обработки коронным разрядом было установлено, что обработка идет по? аморфной фазе (рисунок 3.3.13). Но оптимальные адгезионные свойства красочного слоя к пленкам полиэтилена, полученным при различных технологических режимах, достигаются только при определенном соотношении кристаллической и аморфной фазы.
Полученная система уравнений; является универсальной и. результаты могут быть перенесены на промышленные экструзионные установки с учетом масштабного фактора. Для, ее решения была составлена программа,(блок-схема приведена на рисунке 4.1). Прежде чем рассчитать оптимальные режимы процесса получения пленок экструзией с раздувом, необходимо определить требуемый комплекс свойств пленки полиэтилена. Для этого рекомендуется учитывать как свойства самого продукта, так и требования, предъявляемые со стороны применяемого технологического оборудования.
В каждом конкретном случае, необходимые требования к упаковочному материалу будут различны. Поэтому при расчете требуемых параметров процесса получения пленок нужно учесть значимость различных свойств упаковочного материала, то есть провести ранжирование.
Однозначного-решения полученной системы уравнения нет, поэтому в программу вводятся необходимые допуски и затем рассчитываются режимы и происходит проверка свойств. Если полученный .результат удовлетворяет всем требованиям, режимы задают на .установке получения пленок методом экструзии с раздувом.
Имея эти данные и математический аппарат их расчета, технолог на производстве получает механизм комплексного проектирования технологического процесса получения» пленок с заданными свойствами.
При реализации спроектированного технологического процесса получения пленок с заданными свойствами открывается возможность. значительного сокращения припадочных работ, что влечет за собой большой экономический эффект. Разработанная методика комплексного прогнозирования свойств производимых методом экструзии с раздувом пленок полиэтилена открывает возможность целенаправленного повышения качества упаковки за счет улучшения адгезионных свойств к печатным краскам и повышения технологических свойств пленок, обеспечивающих стабильность работы печатного и упаковочного оборудования.
Для реализации разработанной методики была создана программная оболочка, позволившая автоматизировать процесс производства упаковочных материалов с комплексом прогнозируемых свойств
Похожие диссертации на Повышение качества упаковки из плёнок полиэтилена с прогнозируемыми свойствами
