Юркин А.А.

Кафедра химии и технологии переработки пластмасс и полимерных композитов, Московская государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова

Ориентация лент из бимодального и сверхвысокомолекулярного полиэтилена

На сегодняшний день на российском рынке актуальным является открытие новых производств многих видов пленок. Отечественный рынок обладает высокими темпами роста и значительной потенциальной емкостью, позволяющей прогнозировать и в дальнейшем сохранение высокой динамики развития. Рынок полиэтиленовых пленок хорошо развит и является самым емким на российском рынке полимерных пленок (632 тыс. тонн или 1,419 млрд. $). Средний темп роста рынка находится на уровне 8,2%. Основной объем спроса удовлетворяется за счет отечественного предложения. Доля импорта в общем объеме потребления полиэтиленовых пленок в 2006 году составляла 15%.  На сегодняшний день в качестве наиболее перспективных направлений в производстве полиэтиленовых пленок можно обозначить термоусадочные полиэтиленовые пленки, многослойные молочные пленки и  ориентированные пленки. В настоящее время в  России производятся буквально все виды пленок за исключением ориентированных, где импорт составляет 100%.  Эта ситуация и обусловила тему данного исследования -  исследование ориентации лент из бимодального  и сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

Целью исследования является выявление зависимости прочности полиэтиленовых плёнок от степени ориентации на стадии растяжения расплава-заготовки и на стадии вытяжки сформированных плёнок в условиях, оптимальных для ориентации макромолекул. Для реализации цели были поставлены и последовательно решены следующие задачи: исследование реологических характеристик исходного сырья; получение образцов для экспериментальной работы; изучение характеристик полученных образцов; изучение физико-механических свойств ориентированных образцов в зависимости от степени ориентации; обработка и обобщение экспериментальных данных.

Объёкт исследования – зависимость прочности от степени ориентации.

Предмет исследования – изучение прочности полиэтиленовых лент с различной степенью ориентации.

Конкретной моделью исследования являются  5 марок полиэтилена. Чёрные, трубные, бимодальные: Ставролен PE4PP 25B; Korea Petrochemical P301E BL; Korea Petrochemical P600 BL. Сверхвысокомолекулярный Казань ПЭ80Б и привитой сополимер октена с этиленом Dowlex 2388.

В процессе работы использованы следующие методы и методики: Измерение показателя текучести расплава на приборе       ИИРТ-АМ;Получение исследовательских образцов - лент, на брабендере; Получение образцов из сверхвысокомолекулярного полиэтилена методом прессования; Исследование степени ориентации образцов методами: оптическими, теплофизическими и физико-механическими;

Таблица 1. Основные свойства исследованных марок ПЭ

 

ПТР (190oC, 5kg)  g/10min

Плотность

g/cm3

Ставролен PE4PP 25B

0.305

0.95

Korea Petrochemical P600 BL

0.184

0,96

Korea Petrochemical P301E BL

0.674

0.958

Казань ПЭ80Б

0.016

0.96

DOWLEX 2388

0.85

0.941

 

Так как данные приведённые в паспортах полимеров были получены при разных условиях, были проведены испытания для определения свойств при одинаковых условиях. Результаты приведены в таблице 1.

Для эксперимента были получены ленты на  брабендере с различной степенью вытяжки из расплава и  разделены на группы в зависимости от толщины и ширины, для визуального различения степени вытяжки

Для сверхвысокомолекулярного ПЭ и ПЭ марки DOWLEX образцы были получены методом горячего прессования. Прессованные пластины были разрезаны на ленты.

Для определения прочности ленты проведены испытания на разрывной машине. По полученным данным построены зависимости прочности σр от степени вытяжки λ , представленные на графике 1. Они показывают увеличение прочности при увеличении степени вытяжки из расплава для всех трёх марок.


График 1. Зависимость прочности от степени вытяжки из расплава

Образцы из сверхвысокомолекулярного полиэтилена «Казань ПЭ80Б» и бимодального «DOWLEX 2388» показали прочность не больше 40МПа.

Далее ленты были подвергнуты ориентационной вытяжке на ориентационной машине при температуре 95-100 оС (для материала «Казань ПЭ80Б» температура была поднята до 115-120 оС).

Ориентированные таким образом образцы были испытаны на разрывной машине. По полученным данным построены зависимости прочности σ от степени вытяжки λ, представленные на графиках 2, 3, 4, 5. На этих графиках виден рост прочности с увеличением степени вытяжки до определённогоо предела, соответствующего предельной вытяжке. Пунктир обозначает растяжение с образованием шейки.

График 2. Зависимость прочности от степени вытяжки Korea Petrochemical P600 BL

 

 

График 3. Зависимость прочности от степени вытяжки Korea Petrochemical P301 BL

 

 

 

 

График 4. Зависимость прочности от степени вытяжки Cтавролен PE4PP 24B

 

 

График 5. Зависимость прочности от степени вытяжки

 

На основе нашего исследования были сделаны следующие выводы:

·       Небольшая вытяжка расплава не приводит к существенному увеличению прочности. При вытяжке 20-30 прочность значительно возрастает за счёт, того что при увеличении поверхности контакта  ориентация сохраняется из-за быстрого охлаждения.

·       Ориентационная вытяжка в эластическом состоянии при   Т=90-110 оС приводит к значительному увеличению прочности у всех марок полиэтилена,  общий уровень составляет 350-400 МПа. Одновременно резко уменьшается относительное удлинение при разрыве.

·       Для всех марок кроме Dowlex была достигнута предельная степень вытяжки, о чём свидетельствует большее по сравнению с другими марками относительное удлинение при разрыве.

·       Было выявлено, что возможности ориентации в эластическом состоянии улучшаются с увеличением степени предварительной вытяжки из расплава.

·       Сверхвысокомолекулярный полиэтилен не показал неординарного усиления прочности, вероятно вследствие того, что в условиях эксперимента не удалось полностью расправить макромолекулы и сверхвысокая молекулярная масса не повлияла на прочность.

·       Более детальное описание затруднено из-за недостаточной  информации предоставленной фирмами производителями использованных марок полиэтилена.

Библиография:

1.       Власов С.В., Кандырин Л.Б., Кулезнев В.Н. и др., Основы технологии переработки пластмасс. М.: Химия, 2004. 596 с.

2.       Власов СВ., Кулезнёв В.Н. Ориентированное состояние полиме­ров. Химия. -      Знание, 1987. -№ 5. – 42c.

3.       Николаев А.Ф. Пластмассы, их настоящее и будущее // Химичес­кая технология, свойства и применение пластмасс: Межвузов­ский сборник. - Л.: Наука и техника, 1986. - С.3-12.