Полимерные пленочные материалы

Пленками называют материалы, представляющие собой сплошные тонкие слои вещества. Специфическим показателем для пленок является соотношение между массой и поверхностью. Для технических пленок характерно сочетание высокой прочности с гибкостью. Формально к пленкам относятся листовой и рулонный материал толщиной до 0,25 мм и шириной более 100мм. Узкие пленки называют лентами.

Классифицируют пленки по их химической основе (поли­этиленовые, полистирольные и т.д.), иногда в соответствии с распространенным фирменным названием (целлофан, саран, лофеон).

В пределах одного вида пленки подразделяют в зависимости от метода получения: отлитые из раствора, экструдированные, каландрированные, ориентированные.

Пленкообразующими свойствами обладают практически все полимеры, способные растворяться или переходить в вяз­котекучее состояние при нагревании.

Пленки, как правило, получают либо путем испарения рас­творителя из тонкого слоя раствора, нанесенного на подложку (иногда с разделяющим слоем подложки), либо путем формо­вания расплава в соответствующем формующем инструменте м последующим охлаждением полученного полотна (или рукава)пленки.

Для получения пленок используют полимеры линейного строения, макромолекулы которых представляют собой сово­купность одинаковых звеньев мономера, химически связанных в длинные цеди.

Степень полимеризации, т.е. количество однотипных зве­ньев, входящих в полимерную цепь, определяет молекулярную массу полимера.

Высокоэластическое состояние пленки достигается при некотором критическом значении молекулярной массы, характерном для полимерых пленок, обладающих достаточной механической прочностью и гибкостью. Так как молекулярная масса зависит от химического строения полимера, т.е. состава элементарного звена, правильнее оценивать критическую молекулярную массу степенью полимеризации.

Пленки из раствора полимеров получают поливом из дви­жущейся фильеры на неподвижный стол или из неподвижной фильеры на непрерывно движущуюся поверхность — бесконеч­ную ленту или вращающийся барабан. При этом основными стадиями процесса являются приготовление раствора, подго­товка раствора к формованию (фильтрование); формование пленки, сушка пленки, обрезка кромок и намотка на барабан. Из расплава пленки получают методом экструзии, при этом процесс формования изделия осуществляется непрерывным или периодическим продавливанием материала в пластическом или вязкотекучем состоянии через формующий инструмент-головку. Используют два способа: плоскощелевой - для нанесения покрытия па рулонные материалы, а также для получения аморфной пленки из крис­таллических полимеров; рукавичный, при котором трубчатая заготовка выходит из кольцевого отверстия головки и раздувается изнури сжатым воздухом.

К основным стадиям процесса относятся: получение рас­плава, формование полотна или трубчатой заготовки с раздувом ее по выходе из головки, охлаждение, отбор и намотка пленки на бобину. При деформационном способе (каландрировании) формообразование листа пли пленки осуществляется путем непрерывного продавливания термопластичного материала через зазор между валиками.

Из большом числа полимерных пленок, выпускаемых промышленностью, наибольшего внимании заслуживают полиэти­лентерефталатная (ПЭТФ или лавсан), полиимидная и поли­арилатная (ПА) пленки, которые относятся к жестким.

ПЭТФ-пленки получают исключительно из расплава с пос­ледующей вытяжкой и термообработкой. Механические харак­теристики ПЭТФ-пленки представлены в таблице 1.4.4. Техничес­кие свойства пленок не изменяются в пределах от 20^°С до 80^°С, хрупкость не обнаруживается даже при температуре ^-50 ^°С. ПЭТФ-пленки можно длительно применять при температуре до 170^°С. Они обладают малым коэффициентом теплопроводности, температура их плавления 250 ^°С, морозостойкость -155^°С. Линейная усадка этих пленок при температуре 150 ^°С равна 5 %.

Полиимидные пленки получают методом полива из расплава. По всем технически важным параметрам ПИ-пленки, особенно при низких и высоких температурах не имеют себе равных (см. таблицу 1.4.4).

Некоторые ПИ-пленки сохраггяют гибкость до температуры 269 °С. Теплостойкость их достигает 360...400 °С, кроме того, ПИ-пленки могут длительное время работать в глубоком вакууме при высоких температурах практически без выделения летучих.

Таблица 1.4.4. Механические характеристики полимерных пленок.

Тип пленки	Плот-ность 𝝆, кг/м3	Предел прочности при растяже-нии , МПа	Модуль упругос-ти , ГПа	Относи-тельное удлине-ние при разрыве %	Коеффи-циент тепло-провод-ности λ, Вт/(м	КЛТР α·103, К-1	Темпе-ратура моро-зостой-кости ,°С
ПЭТФ ПИ ПЛ	1100-1500	160-180 120-160 60-120	2,9-3,8 2,8-3,0 2,9-3,1	10-40 10-25	0,14 0,3 0,98	5,3 2,3-5,0	-155 -270 -60

Предел прочности ПИ-пленки несколько ниже, чем у ПЭТФ-пленок. При 300 ^°С предел прочности при растяжении снижается до 570...600 кг/см и увеличивается до 3000 кг/см² при -200 ^°С. Модуль упругости ПИ-пленки при 200 ^°С сни­жается до 17500...19000 кг/сы^т и возрастает до 50000 при -200 ^°С. Удлинение при разрыве составляет порядка 40..50 % при 300 ^°С. Линейная усадка при 200 ^°С составляет всего 0,03 %. Отличительной особенностью ПИ-пленки, кроме тепло- и моро­зостойкости, является радиационная стойкость при низких и высоких температурах. Коэффициент газопроницаемости ПИ-пленки для азота при 20 ^°С равен 0,069 10-8 см³ • см/см² • с/атм. и в зависимости от температуры меняется слабо.

Полиакрилатные пленки из получают методом полива из раствора в органическом растворителе и методом экструзии с последующей ориентации волокон.

ПА-пленки является самыми легкими из полимерных пле­нок. Пленки из полиакрилатов сохраняют высокие прочностные показатели в диапазоне температур от 60 200°С и даже 250°С. Причем прочностные показатели ПА-пленок сохраняются в значительной мере после длительной (до 500 ч) выдержки при температуре 180...200^°С. ПА-пленки отличаются высокой химической стойкостью к воздействию концентрированной азотной, соляной, уксусной и муравьиной кислот, разбавленных щелочей, масел.

Жесткие полимерные пленки перспективны для широкого применения в качестве силовых и герметизирующих оболочек сосудов давления, баков, трубопроводов, работающих в широ­ком диапазоне температур, а также для использования в изделиях массового производства- огнетушителях, аквалангах, автомобильных баллонах и т.д.