341209

341209 ОП ИСАН ИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК ПАТЕНТУ Союз Советских Социалистических РеспубликЗависимый от патентаКл. В 290 7/О Заявлено 20.7.1970 ( 143921023-5) Приоритет 20 Л.1969,38960,69, Яп Комитет по делам зобретеииЯ и открытиЯ при Совете Мииистров СССР(Япония)ная фирбуси киония) симо, Сигеки Бан Куга,кич маКайш Иностран иитика Кавител СОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛ ИАМИДНОЙ ПЛЕНКИ Изобретенйе относится к области производства полиамидных пленок,Известный способ получения полиамидной пленки состоит в экструзии расплава поли- амида на поверхность охлаждающего ролика, обеспечивающего быстрое отверждение экструдируемого материала, с последующим удалением пленки с поверхности ролика, До настоящего времени считалось, что для получения высококачественной пленки она должна находиться в тесном контакте с поверхностью охлаждающего ролика.ЦелЬ изобретения - разработка способа производства экструдированной и ориентированной пол и амидной пленки, обладающей удовлетворительными анти адгезион ными характеристиками.Установлено, что в противоположность известному способу ее производства, когда расплавленный материал экструдируют для отверждения через Т-образный мундштук на поверхность охлаждающего ролика, пленку с указанными выше характеристиками можно получить, если при экструдировании между пленкой и поверхностью охлаждающего ролика нагнетают слой инертного газа определенной толщины, лучше в пределах 50 - 300 мк. К полиамидам; которые можно использовать для изготовления пленки предлагаемым способом, относятся, например, поли-е-капроамид, полигексаметиленадипамид, полигекса метиленсебацинамид, полиаминоундеканамид,полилауриламид или сополимер последнего, состоящий по меньшей мере из двух или нескольких его мономеров.Слой газа между пленкои и поверхностью 10 охлаждающего ролика должен иметь указанную толщину и ширину, равную ширине пленки. Такой слой газа можно получить, если экструдируемая пленка имеет утолщенные края, задерживающие газ под пленкой, 15 или посредством установки определенногоугла, под которым экструдируемая пленка соприкасается с поверхностью охлаждающего ролика, и соответствующей регулировки расстояния от выхода экструдера до поверхно сти охлаждающего ролика, что обеспечиваетувеличение потока газа, поступающего в зазор между поверхностью ролика и расплавленным или полурасплавленным экструдируемым материалом, Для образования газо вой прослойки можно нагнетать газ в зазормежду поверхностью ролика п пленкой под давлением, достаточно низким, чтобы это невызвало повреждения пленки при ее вздутии. Если нужно, поверхность охлаждающего ролика можно соответствующим образом обработать: например она может быть гофрированной, что способствует задержанию газа в зазоре между поверхностью ролика и пленкой. Подобные способы образования газовой прослойки можно использовать как раздельно, так и комбинированно. Газ для образования прослойки может быть любым инертным в отношении полиамидов газом, предпочтительно воздух, При замене газа, например воздуха, каким-либо другим газом, необходимо соответственно изменить технологический режим производства пленки.С целью более понятного описания принципов настоящего изобретения, оно рассматривается ниже применительно к случаю использования воздуха для образования газовой прослойки. Экструзию расплавленного поли- амида производят тангенциально к поверхности охлаждающего ролика. На поверхности экструдируемой пленки, которую охлаждают для отверждения полимера одновременно с образованием газовой прослойки определенной толщины, между пленкой и поверхностью охлаждающего ролика образуются сферические кристаллы, придающие пленке некоторую шероховатость, При вытягивании пленки в любом из двух взаимно перпендикулярных направлениях сферические кристаллы частично деформируются, превращаясь в волокна или образуя кольца, но сохраняют сферическую форму аналогично чешуйчатым моно- кристаллам и выступают из поверхности пленки, образуя тонкую сетку выступов, Шероховатая поверхность вытянутой пленки соответствует сферическим кристаллам неориентированной пленки, что способствует сохранению антиадгезионных характеристик пленки.Как было описано выше, для улучшения антиадгезионных характеристик ориентированной пленки следует контролировать образование, сферических кристаллов во время ее охлаждения, так как антиадгезионные свойства определяются образованием сферических кристаллов в неориентированной пленке,Газовая прослойка определенной толщины между пленкой и поверхностью охлаждающего ролика не дает оладиться пленке при ее непосредственном контакте с поверхностью ролика и, следовательно, замедляет процесс охлаждения. Оптимальную толщину прослойки можно определить измерением температуры пленки по следующему уравнению:Т - Т КЭ- сХгде Т - температура пленки в момент времени 1, где1 - время от начала охлаждения пленки на поверхности охлаждающегоролика;Т - температура охлаждающего ролика;15 4 - подставляют величины К, 1., 6 и с вприведенное ранее уравнение,Из уравнения видно, что эффективную толщину газовой прослойки определяют теорети 35 чески, однако ее можно изменять, например,при изменении длины и температуры экструдированной пленки во время охлаждения.Установлено, что указанную толщину прослойки можно поддерживать на заданном40 уровне независимо от изменений действительной ее толщины во время охлаждения приотверждении.Чтобы определить толщину прослойки поприведенному уравнению, необходимо темпе 45 ратуру пленки (Т) выбрать такой, при которой обеспечивается линейность характеристики, определяемой уравнением. Толщина газовой прослойки во время охлаждения пленкидолжна способствовать росту сферических50 кристаллов. 11 редпочтительно поддерживатьзаданное значение Х до тех пор, пока температура пленки не достигнет второй точки перехода полиамида, Практически время 1 должно быть не более 4 сек. Вследствие теорети 55 ческого характера приведенного выше уравнения толщина прослойки является теоретическим параметром, который можно легко изменять различными способами, например так,как это было описано выше.60 Для оцешси поверхностной структуры полиамидной пленки можно использовать коэффициент зеркального отражения (КЗО). Отражательная способность пленки связана с ееантиадгезионными свойствами и определяет65 шероховатость ее поверхностного слоя, выТ, - температура пленки в начальныймомент охлаждения после экструзиина газовой прослойке, отделяющейее от поверхности охлаждающего 5 ролика (т. е. с=О);К - теплопроводность газа, образующего газовую прослойку между пленкой и поверхностью охлаждающегоролшса;10 1. - средняя толщина экструдированнойпленки;б - плотность ее материала;с - удельная теплоемкость этого материала;Х - толщина газовой прослойки междуэкструдированной пленкой и поверхностью охлаждающего ролика.На практике эффективную толщину (Х)газовой прослойки можно найти так: 20 1 - сначала определяют температуру охлаждения плешси на охлаждающем ролике в функции времени;Т - Т2 - строят кривую зависимости 1 од 25 от времени 1;3 - по наклону вычерченной прямой линииопределяют величинуК1 ЯсХ30званную наличием в нем сферических кристаллов.В соответствии с методом АТтЧ-Д-65 Т коэффициент зеркального отражения определяют как отношение (в /,) количества отраженного от любой стороны пленки света, падающего на поверхность пленки под углом 20, к количеству света, отражающегося от поверхности черного стекла, имеющего коэффициент отражения 1,567 и измеряемого при аналогичных условиях. Очевидно, что меньшему значению КЗО соответствует большая шероховатость отражающей повепхности пленки и, следовательно, более высокие антиадгезионные свойства пленки при одной и той же толщине.Для получения полиамидной пленки с улучшенными антиадгезионными свойствами с хорошими блеском и прочностью целесообразнее, чтобы максимальные значения КЗО для пленок толщиной 50 и 250 мк не превышали 170 и 130 соответственно. Однако в зависимости от толщины пленки и газовой ппослойки между пленкой и поверхностью охлаждающего ролика величина КЗО может изменяться,Ппи увеличении толщины газовой ппослойки КЗО уменьшается, а следовательно, улучшаются антиадгезионные хапактепистики пленки. Низкие значения КЗО ппелпочтительны в тех случаях, когда блеск и ппозрачность пленки являются несущественными папаметрами. Однако наименьшее значение КЗО не должно быть ниже 10, так как ппи слишком большой толщине газовой прослойки расстояние пленки от поверхности охлажлаютцего ролика становится настолько большим, что это приводит к нежелательной пелаксации, к неравномерному охлаждению пченки и в пезультате к ухудшению характеристик и очноролности пленки.При слттшком тонкой газовой ппослойке тпудно обеспечить требуемое улучптение антиалгезионных характеристик пленки. Оптимальные ее показатели получают ппи эффективной толщине ппослойки более 50 мк. Несмотпя на то, что наилучшие результаты могут быть достигнуты ппи более тонкой газовой прослойке, максимальная эффективная толщина ее должна быть не больтпе 150 мк.Ппечлагаемый способ позвочяет получать неориентированную и ориентироваттттуто полиамичную пленку, облалатощуто улуттттенттьтмтт антиадгезионными характеристиками, без сколько-нибудь заметного ухулшения лругих физических характеристик пленки.Ниже ланы ппимепы осушествлеттия описываемого способа, не исчеппьтватоттттте, очнако. всех его возможностей. В таблице ппиведены температура и размепы пленки. используемые при расчетах в ппимерах. Величины с и К во всех примерах постоянны и равны соответственно 0,6 кал/г град. и 6,8 10 -кал/см сек град, Температура, С Пример 1 ЦоЕ, мк Х, мк То 80 125 110 100 120 65 100 1,13 1,12 1,12 1,12 1,13 1,13 1,13 252 150 150 150 150 252 50 45 35 30 90 40 30 40 270 270 270 300 270 260 270 10 Температура пленки чепез 4 сек после экструзии полиамида составляет 150 С, а темпепатуПа воздушной прослойки между пленкой 50 (на ролике) и поверхностью охлажлаюптегоролика - 100 С. Ппи с=0,6 кал/г гттад и К= =6,8 10 - " кал/см сек град Х= -80 мк, КЗО полученной пленки 40%.Полученную пленку выдерживают в воле 55 до тех пор, пока сочержание воды в ней недостигнет - 3 вес. %. После ппечвапительного нагревания пленки до темпепатупы 100 С ее олновпеменно растягивают в попеПечттом и ппопольном наппавленнях со ско постыл - 25000%/мин ппи темпепатпе 130 Сс поперечным расширением - в 3.5 раза и пполольньтм расшипением - в 3,2 паза, в результате чего получают олнополную пленку толшиной 24 мк. Ниже приведены хапак теристики полученной пленки: П р и м е р 1. Для получения неориентированной пленки толщиной 252 мтс и шириной15 300 мм поли-е-каттроамид (плотность пленки1,13) экструдируют при температуре 270 С сиспользованием экструдера диаметром 90 ммсо скоростью 20 м/мин. Расплавленный полиамид экструдируют на охлаждающий ролик,20 находящийся на расстоянии 100 мм от экструдера. Температуру охлаждающего роликас помощью водяного охлаждения поддерживают на уровне 45 С. Для образования воздуцтной прослойки между пленкой и поверх 25 ностью охлаждающего ролика под небольшим давлением вводят воздух, Во время экструзии, охлаждения и отверждения пленки еетемператупу измепяют радиационным пипометром. (Числовые значения измепенной тем 30 пературы см. в таблице). Толщину воздушной прослойки (80 мк) вычисляют с помощьюприведенного ранее уравнения, Давление воздуха полдепживают на уровне, исключающемвздутие экстпудипованной пленки.35 Благодапя охлаждению пленки воздухом,нагнетаемым между роликом и пленкой. температура пленки в момент впемени т=0 нижетемпературы экстпулипуемого расплавленного полиамила (270 С). Далее темпепатупа40 п.ченки изменяется следующим обр азомоколо 100 2500 2500 КЗО, %коэффициент статического трения около 0,8прочность на разрыв, кг/см:продольныйпоперечныйудлинение, %:продольное 50 поперечное 60.П р и м е р 2, Для получения неориентированной пленки шириной 750 люм поли-г-капроамид (плотность пленки 1,12) экструдируют с использованием экструдера диаметром 150 лм с Т-образным мундштуком со скоростью 20 л 4 мин. Расплавленный полиамид экструдируют на охлаждающий ролик диаметром 900 мм, находящийся на расстоянии 100 лм от экструдера. Температуру ролика с помощью водяного охлаждения (расход воды 400 л/мин) поддерживают на уровне 35 С, Ширину мундштука экструдера регулируют так, чтобы края пленки, экструдируемой на поверхность охлаждающего ролика шириной 20 лм, имели толщину 300 мк с постепенным уменьшением к середине ленты (ширина 540 мм) до 150 люк (среднее значение). Для образования воздушной прослойки между пленкой и роликом под небольшим давлением вводят воздух. Во время экструзии, охлаждения и отверждения пленки ее температуру измеряют радиационным пирометром (числовые значения измеренной температуры пленки см. в таблице). Толщину воздушной прослойки (125 мк) вычисляют с помощью приведенного ранее уравнения. Давление воздуха поддерживают на уровне, исключающем вздутие экструдированной пленки. КЗО в середине полученной пленки 40%, Отвержденную пленку 6 мин выдерживают в воде при температуре 42 С до содержания воды в ней 6 вес.%. Края полученной пленки обрезают на 20 мм, в результате чего получают пленку шириной 600 мм, которую нагревают до 130 С при пропускании ее через зону предварительного нагревания длиной 2 м, где пленка поддерживается множеством захватов, установленных на расстоянии 540 мм один от другого. После предварительного нагревания пленки ее одновременно растягивают в поперечном и продольном направлениях со скоростью 24000%/мин при температуре 120 С с поперечным расширением - в 3,5 раза и продольным расширением - в 3 раза. Растянутую пленку 5 сек нагревают при температуре 210 С под напряжением с усадкой 4% в поперечном направлении, после чего ее охлаждают на воздухе до 30 С. Полученная пленка имеет ширину 1814 мм и толщину 15 мк, Края пленки обрезают так, чтобы ее окончательная ширина составила 1730 мм. Ниже приведены характеристики полученнойпленки:КЗО, % около 120коэффициент статического трения около 1,010 усадка при нагревании(160 С) в направлении, %:продольном 1,2поперечном 0,55 плотность, г/см 1,155предел упругости при 20 Си относительной влажности 65% в направлении,кг/см:продольном 20000поперечном 16000прочность на разрыв при20 С и относительнойвлажности 65% в направ 15 ленни, кг/см:продольном 2600поперечном 2600удлинение при разрыве(20 С, относительная20 влажность 65%) в направлении, %:продольном 110поперечном 90.П р и м е р 3, Для получения неориентиро 25 ванной пленки поли-в-капроамид (плотностьпленки 1,12) экструдируют с использованиемэкструдера диаметром 90 мм с Т-образныммундштуком шириной 400 мм со скоростью10 м/мин. Расплавленный полиамид экстру 30 дируют на охлаждающий ролик диаметром700 мм, находящийся на расстоянии 90 ммот экструдера. Температуру ролика с помощью водяного охлаждения (расход воды70 л/мин поддерживают на уровне 30 С. ШиЗ 5 рину мундштука экструдера регулируют так,чтобы пленка на 20 мм от краев имела толщину 250 мк с постепенным уменьшением ксередине (ширина 220 мм) до 150 мк в среднем. Для образования воздушной прослойки40 между пленкой и роликом под небольшимдавлением вводят воздух. Во время экструзии, охлаждения и отверждения пленки еетемпературу измеряют радиационным пирометром (числовые значения измеренной тем 45 пературы пленки см. в таблице). Толщинувоздушной прослойки (110 мк) вычисляют спомощью приведенного выше уравнения. Давление воздуха поддерживают на уровне, исключающем вздутие экструдированной плен 50 ки КЗО в середине полученной пленки65%. Края ее обрезают так, чтобы ширина стала равной 280 мм. Обрезанную пленкунагревают до 180 С инфракрасным излучением при пропускании через зону предвари 55 тельного нагрева (длина 1 м), где пленкаподдерживается множеством захватов, расположенных на расстоянии 220 мм один отдругого. Далее пленку одновременно растягивают в поперечном и продольном направ 60 лениях со скоростью 20000%/мин с поперечным расширением в 3,5 раза и продольным расширением в 3 раза, Растянутуюпленку в натянутом состоянии 5 сек нагревают при температуре 200 С, после чего65 охлаждают воздухом (30 С). Полученнаяпленка имеет толщину - 15 мк и ширину 726 мм, Края пленки обрезают так, чтобы ее окончательная ширина составила 640 мм. Скорость намотки пленки 30 м/мин. Ниже приведены характеристики полученной пленки:КЗО, % около 150 коэффициент статическоготрения около 0,8плотность, г/см 2 1,150 прочность на разрыв при20 С и относительнойвлажности 65% в направлении, кг/см.продольном 2500 поперечном 2600удлинение при разрывеудлинение при разрые(20 С, относительнаявлажность 65%) в направлении, %:продольном 100 поперечном 80.Пример 4. Для получения неориентированной пленки полигексаметиленадипамид (плотность 1,12) экструдируют с использованием экструдера диаметром 65 мм с Т-образным мундштуком шириной 400 мм со скоростью 7 м/мин. Расплавленный полиамид экструдируют на охлаждающий ролик диаметром 700 мм, находящийся на расстоянии50 мм от экструдера, Температуру охлаждающего ролика с помогцью водяного охлаждения поддерживают на уровне 90 С. Ширину мундштука экструдера регулируют так, чтобы пленка на 20 мм от краев имела среднюю толщину 250 мк с постепенным уменьшением к средней части (ширина 300 люм) до 150 мк в среднем, Для образования воздушной прослойки между пленкой и роликом пол небольшим давлением вволят воздух. Во время экструзии, охлаждения и отверждения пленки ее температуру измеряют радиационным пирометром (числовые значения. изме- пенной температуры пленки см, в таблице). Толщину возлушной прослойки (100 мк) вычисляют с помощью приведенного ранее уравнения, Давление воздуха поддерживают на уровне, исключающем вздутие экструдированной пленки. КЗО полученной пленки - 70%. Края отвержденной пленки шириной 20 мм отрезают, в результате чего ширина пленки 340 мм, Полученную пленку выдерживают в воде (52 С) 6 мин, пока содержание воды в ней не достигнет 8 вес. %, Увлажненную пленку пропускают через зону ппелварительного нагрева с температурой 100 С и длиной 1 м со скоростью - 7 м/мин, причем пленка в зоне поддерживается захватами, установленными на расстоянии 280 мм один от другого. Затем пленку одновременно растягивают в поперечном и продольном направлениях со скоростью 17000 О/о/мин при 130 С с поперечным расширением в 3,5 раза и продольным в 3 раза. Растянутую пленку15 50100 в натянутом состоянии 6 сек выдерживаютпри 230 С, после чего ее края обрезают так,чтобы окончательная ширина составила840 мм. Скорость намотки пленки 21 м/мин,5 Ниже приведены характеристики полученнойпленки:КЗО, % около 130коэффициент статическоготрения10 плотность, г/смзпрочность на разрыв при20 С и относительнойвлажности 65% в напр авлении, кг/слР:продольном 1800поперечном 1900удлинение при разрыве(20 С, относительнаявлажность 65%), в на 20 правлении, %:продольномпоперечномэластичность при 20 С иотносительной влажности25 65% в направлении,кг/см.продольном 20600поперечном 20200усадка при нагревании30 (160 С) в направлении, %:продольном 0,1 - 3,0поперечном 0,3 - 0,5.П р и м е р 5. Для получения неориентиро 55 ванной пленки толщиной 150 мк поли-а-капроамид (плотность пленки 1,13) экструдируют при температуре 270 С с использованием экструдера диаметром 90 мм со скоростью 20 м/мин. Расплавленный полиамид40 экструдируют на охлаждающий ролик диаметром 900 мм. Температуру охлаждающегоролика с помощью водяного охлаждения поддерживают на уровне 40 С, Для образования стабильной воздушной прослойки между45 пленкой и роликом под небольшим давлением вводят воздух и экструдер настраиваюттак, чтобы на краях ширинои 30 мм пленкаимела толщину 450 мк с постепенным уменьшением ее к средней части до 150 мк. Темпе 50 ратуру пленки измеряют 4 сек от моментаначала охлаждения. Ширина воздушной прослойки 100 мм, толщина 120 мк. С помощьюэлектронного микроскопа устанавливают, чтоповерхностные слои полученной неориентипо 55 ванной пленки с КЗО - 70% образуютсясферическими кристаллами. Полученную пленкувыдерживают в воде ло тех пор, пока содепжание волы в ней не достигнет - 3 вес.%.После предварительного нагрева пленки до60 температуры - 80 С ее одновременно растягивают в поперечном и продольном направлениях со скооостью - 24000%/мин при температуре 130 С с поперечным расширениемв 3,5 раза и продольным расширением65 - в 3 раза. В результате получают однородРедактор Л, Ильина Заказ 1845/13 Изд. Жз 825 Тираж 448 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раугнская набд. 4(5 Типография, ир, Сапунова, 2 ную пленку толщиной 14 мк с КЗО около 120% и коэффициентом статического трения1,0.Для сравнения аналогичным образом, но без воздушной прослойки и при охлаждении пленки сжатым воздухом под высоким давлением изготовляют пленку, которая без растяжения имеет КЗО 190%. При наматывании такая пленка образует складки и слипается. После растягивания пленки с целью ее ориентации КЗО пленки 190 о/о,а коэффициент статического трения около 25. Пленка пригодна для печати, изготовления пакетов и других целей.П р и м е р 6, Поли-в-капроамид экструдируют обычным способом с использованием экструдера диаметром 65 люм на поверхность охлаждающего ролика для получения пленки плотностью 1,132 г/смз. Ролик диаметром 700 мм охлаждают внутренней циркуляцией воды с температурой 30 С. Экструдирование ведут при температуре материала 260 С на поверхность вращающегося охлаждающего ролика со скоростью 5 лг/мин, Между пленкой и роликом медленно вводят воздух. Экструдер настраивают так, чтобы толщина пленки в средней части составила 252 чк. Охлаждающий ролик во время экструзии перемещается в горизонтальном и вертикальном направлениях. Одновременно измеряют температуру пленки, Толщина воздушной прослойки между пленкой н роликом 65 лк, Толщина пленки на краях при ширине 20 ля500 мк, скорость движения пленки 10 м/мин, Полученная нерастянутая пленка имеет КЗО около 70% и весьма шероховатую наружную поверхность. С помощью электронного микроскопа устанавливают, что поверхностные слои пленки образуются сферическими кристаллами. Полученную пленку с целью ориентации растягивают одновременно в продольном и поперечном направлениях со скоростью около 20000% /мин при температуре 170 С с расширением в поперечном направлении - в 3,5 раза и продольном направлении в 3 раза. В результате получают одпородную пленку толщиной около 24 як с КЗО около 110/о и коэффициентом статического трения около 1,0,П р и м е р 7, Поли-в-капроамид экструдируют обычным способом с использованием экструдера диаметром 65 мм на поверхность охлаждающего ролика для получения пленки плотностью 1,13 г/смз. Ролик диаметром 700 лл охлаждают внутренней циркуляцией воды с температурой 40 С. Поверхность ролика с целью удержания воздуха мелко гофрируют, Экструдирование ведут при температуре материала 270 С на поверхность вращающегося охлаждающего ролика со скоростью 30 м/лаан. Эффективная толщина воздушной прослойки между пленкой и роликом 100 лк, толщина пленки около 100 мк, Полученная пленка имеет улучшенные антиадгезионные характеристики: КЗО около 170% и коэффициент статического трения около 5. Предмет изобретения1. Способ получения полиамидной пленки экструдированием расплавленного полиамида на цилиндрическую поверхность охлаждающего ролика, отличающийся тем, что, с целью улучшения антиадгезионных характеристик пленки, между экструдируемой пленкой и поверхностью охлаждающего ролика нагнетают инертный газ.2, Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина газовой прослойки между экструдированной пленкой и поверхностью охлаждающего ролика находится в пределах 50 - 300 мк,3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученную пленку подвергают одновременному растяжению в продольном и поперечном направлениях.4. Способ по п, 1, отличающийся тем, что полиамид представляет собой поли-в-капроамид, полигексаметиленадиламид, полигексаметиленсебацинамид, поли-аминоундеканамид, полилауриламид или сополимер последнего, состоящий по меньшей мере из двух его мономеров,