Переработка поликарбоната

Трубы большого диаметра обязательно  калибруются, причем рекомендуется  внешнее калибрование. Диаметр калибровочного отверстия должен быть на 10-15% меньше диаметра кольца головки. Усадка изделия, отнесенная к диаметру калибрования, при малых диаметрах равна ~1%, а при больших достигает 11,4%.

Трубы охлаждаются в водяной бане, нагретой до 80-90 °С.  В этом интервале температур уменьшаются внутренние напряжения. Для полного снятия внутренних напряжений следует как можно быстрее провести дополнительную тепловую обработку трубы. Кроме того, вследствие незначительного оплавления поверхности трубы достигается улучшение качества ее поверхности.

Листы изготавливают экструзией расплава с помощью плоскощелевой  головки. Горячая масса, выходящая из экструдера, проходит через главный канал в разделительный, по которому распределяется по всей ширине головки. Затем проходит через узкую щель под регулируемым сопротивлением и экструдируется в виде пластины.

Сопротивление и верхняя  губка щели регулируются по всей своей  длине болтами, которые устанавливаются  вручную. Очень важно при этом достигнуть равномерности потока по всей длине зоны течения полимера.

Губки щели должны быть закалены и отполированы. Регулировка губок  обеспечивает нужную толщину листа. Заданную толщину можно отрегулировать только в процессе экструзии, так  как щель расширяется под давлением  расплава. Для обеспечения высокого качества листа применяются устройства для постоянного контроля толщины.

Головка обогревается нагревателями, размещенными позонно в нижней и верхней частях головки, а также по обеим ее сторонам.

Выходящий из головки расплав  имеет температуру 245-255 °С. Он является достаточно пластичным и должен приниматься специальными устройствами - каландрами и охлаждающей решеткой.

Температура валков каландров  устанавливается так, чтобы лист не прилипал к валкам (130-160 °С). В первую очередь устанавливается температура  выходного валка. В некоторых  случаях для выравнивания листа  применяется дополнительный подогрев ИК-излучателями стороны, противоположной валкам.

Пленки из поликарбоната, так же как листы, изготавливаются  в основном при помощи плоскощелевой  головки. Кроме экструдера и головки  в комплект оборудования входят приемные валки с наматывающим приспособлением, измеритель толщины и приспособление для обрезки краев пленки.

Головка для пленки имеет  более простую конструкцию, по сравнению  с устройством головки для  листов. В ней также предусмотрено  регулируемое сопротивление (длина  которого должна равняться 40 мм), в противном  случае для каждого вида сырья  следовало бы конструировать специальную  головку.

Толщина пленки устанавливается  передвижением губок.

Для изготовления профильных изделий из поликарбоната применяются  головки, конструкция которых зависит  от формы выпускаемого изделия.

Длина формующей зоны должна составлять 20-40 s (s - наибольшая толщина сечения профиля). При экструзии профилей из поликарбоната наибольшую трудность представляет постепенное и равномерное охлаждение изделия. Непосредственное охлаждение водой нецелесообразно. Можно рекомендовать прием изделия на охлаждающую решетку.

Экструзия с раздувом в форме

Для изготовления пустотелых изделий, например бутылей, применяют  экструзию с раздувом. Для экструзии  заготовок используют угловые головки, конструкция которых, в основном, аналогична конструкции головок  для труб.

Существует головка для  переработки поликарбоната, в которой  полимер обтекает дорн по кольцевому каналу с коротким сердцевидным кулачком. Непосредственно за каналом для  выравнивания давления расплав проходит через суженное сечение. В противном  случае расплав протекал бы с неодинаковой скоростью.

В машинах с двумя раздувающими головками необходимо получать одинаковые заготовки. Это условие при параллельном расположении головок соблюдать легче, чем при последовательном. Каждую головку следует обогревать по меньшей мере в трех зонах, причем одна из зон должна обогревать сопло.

Для увеличения давления сечение  в щели сопла должно быть меньше, чем сечение до сопла. Само сопло  играет роль формующей зоны.

Ширина щели зависит от заданной толщины стенки и степени  раздува, причем следует предусмотреть  сужение, возникающее вследствие растяжения заготовки под действием собственной массы, вследствие чего в заготовках большой длины происходит уменьшение диаметра и толщины стенки.

Форма для раздува. Сечение  формы должно быть таким, чтобы отформованное  изделие можно было легко извлечь  после размыкания формы. Изделия  из поликарбонатов очень жесткие, поэтому  их извлечение даже из небольших углублений может быть затруднено, так как  усадка изделия составляет 0,7-1,5%. Максимальное увеличение объема при раздуве равно 1:4. Несмотря на это слишком большой  перепад диаметров может вызвать  невыгодное утончение (если не использовать головки со сменной щелью). В противном  случае нужно применять мягкие переходы, например, удлинить горлышко бутыли. Следует также избегать острых краев и углов. В зависимости от размера изделия в таких местах должны быть предусмотрены радиусы закругления (по меньшей мере 2 мм). Нежелательна также слишком глубокая гравировка на поверхности изделий.

Экструзия с раздувом принципиально  ничем не отличается от экструзии  без раздува. В этом случае расплав, выходящий из головки, должен быть нагрет до 240-260 °С .

При переработке поликарбоната, имеющего большую вязкость, воздух должен вводиться в момент смыкания формы. При переработке поликарбонатов с меньшей вязкостью рекомендуется  вводить воздух сразу после смыкания формы, в противном случае может  произойти ослабление шва. Давление раздувающего воздуха следует отрегулировать так, чтобы заготовка успевала раздуться, прежде чем она начнет затвердевать. Давление воздуха должно равняться (40-81)∙104 Па. Оно не должно быть больше, чем позволяет сила смыкания формы.

Прессование

Поликарбонат можно перерабатывать прессованием на гидравлических прессах. Этим методом можно изготавливать  плиты, втулки, блоки и т. п.

В процессе прессования пресс-форму  сначала нагревают до 240-250 °С, а затем охлаждают до 130 °С. При нагревании до температуры ниже 240 °С может появиться матовость и пятна на изделии. Давление в гнезде формы зависит от формы изделия, однако оно должно быть равно по меньшей мере 29,4-105 Па. Продолжительность охлаждения зависит от толщины стенки изделия и должна быть тем больше, чем больше толщина.

В случае затруднений при  извлечении изделия в форму можно  добавлять небольшое количество стеарата кальция.

Переработка поликарбоната из раствора

Поликарбонат хорошо растворяется во многих органических растворителях, поэтому его перерабатывают также  из растворов. Этим методом пользуются для получения пленки поливом  из раствора или нанесением раствора поликарбоната на другие поверхности. В том и другом случае необходим  тщательный подбор полимера, особенно с точки зрения его молекулярного веса.

Для получения пленки методом  полива чаще всего используют растворы полимера с характеристической вязкостью, равной 1,0-1,3. Это позволяет применять  растворы с вязкостью 30-60 Н∙с/м² (25 °С) при концентрации полимера 17-25 вес. %.

Для нанесения раствора поликарбоната  на другие материалы используют полимер  с меньшим молекулярным весом (характеристическая вязкость 0,50-0,80). Для этого применяют  растворы с вязкостью 0,06-0,3 Н∙с/м² и концентрацией полимера 8-16 вес. %.

Для получения пленки раствор  полимера выливают на металлическую  ленту и после улетучивания растворителя снимают с нее пленки. Этот метод  широко применяется для изготовления пленок из поликарбоната. Пленки из поликарбоната  можно также формовать из расплава. Однако при поливе из раствора получаются более однородные, прозрачные и бесцветные пленки, не содержащие механических примесей, что особенно важно для изготовления диэлектрических и фотографических  материалов. Метод полива из раствора позволяет перерабатывать поликарбонаты  с очень высокими молекулярными  весами, переработка которых из расплава затруднена или вообще невозможна из-за их высокой вязкости.

Метод полива из раствора позволяет  получать прозрачные бесцветные пленки с широким интервалом толщин. Однако существует критическое значение толщины, выше которого получаются мутные непрозрачные пленки. Вызвано это кристаллизацией  поликарбоната, в результате которой  образуются кристаллиты, размер которых  больше длины волны видимого света. Критическое значение толщины зависит  от многих факторов. Большое влияние  на нее оказывает средний молекулярный вес поликарбоната, молекулярно-весовое  распределение и условия получения  пленки. Замедление процесса кристаллизации и, следовательно, увеличение критической  толщины пленки достигается применением  поликарбоната очень высокого молекулярного  веса или повышением скорости испарения  растворителя в процессе отлива пленки.

Сополимеры поликарбоната  на основе бисфенола А и других ароматических соединений менее склонны к кристаллизации. Прозрачные пленки из поликарбоната толщиной до 250 мкм получают из полимера со средним весовым молекулярным весом 74 000-95 000. Пленки толщиной 300 мкм и более можно отливать из растворов сополимеров, получаемых на основе смеси бисфенола А с другими ароматическими соединениями, содержащими заместители большого объема, часто асимметричного строения.

Тонкие пленки для конденсаторов  толщиной менее 6 мкм можно отливать непосредственно на металлическую  пленку, используемую для намотки  в конденсаторах. Конденсаторные пленки толщиной менее 10 мкм получают одноосным  вытягиванием в холодном состоянии  пленки большей толщины. Полученная таким образом пленка претерпевает усадку при нагревании до 150-160 °С. Это свойство пленки используют для замыкания конденсаторов. Большое влияние на структуру и свойства пленок, отливаемых из раствора, оказывает природа используемых растворителей. Для поликарбонатов в качестве растворителя чаще всего используют метиленхлорид. Можно также применять смеси метиленхлорида с другими растворителями или разбавителями, например, хлороформом, трихлорэтиленом, этиленхлоридом, пропилацетатом, бутилацетатом, ацетоном, циклопентаноном, толуолом, бензолом, диоксаном, тетрагидрофураном и др.

Процесс состоит из следующих  стадий: получения раствора, фильтрования, вакуумирования, отлива, сушки пленки и намотки.

В сборник из кислотоупорной стали, снабженный мешалкой, подают определенное количество растворителя и при энергичном перемешивании добавляют взвешенное количество полимера. После получения  гомогенного раствора определяют его  вязкость.

Приготовленный раствор  поликарбоната с концентрацией 12-25 вес. % пропускают через сепараторный фильтр для отделения механических примесей. Затем раствор подают в отстойник, в котором происходит отделение мелких механических примесей и нерастворимой части полимера.

Затем очищенный раствор  подают насосом на систему фильтровальных прессов. Прессы снабжены фильтрующим полотном из хлопка-сырца, лигнина, батиста и др. Между отдельными стадиями фильтрации раствор нагревают в подогревателях 6 для уменьшения его вязкости и облегчения фильтрации.

Отфильтрованный раствор полимера подают в отстойники, в которых он находится несколько часов до полного удаления воздуха. Отстойники обогревают теплой водой для поддержания температуры раствора, равной 35-40 °С.

Выходящий из сборника раствор  полимера попадает в устройство для  полива. При помощи этого устройства ленту покрывают слоем равномерной  толщины. По мере движения ленты происходит испарение большей части растворителя и образование пленки. Пленка проходит через ванну с водой и попадает в воздушную сушилку. Температура  в сушилке изменяется по зонам от 50 до 120 °С. Во время сушки происходит усадка пленки, поэтому необходимо постоянно контролировать ее натяжение. Натяжение регулируют системой натяжных валков. Высушенная пленка натягивается на бобину. Хлористый метилен, испарившийся в устройстве для полива, собирается в теплообменник. Метиленхлорид, испарившийся в сушилке и разбавленный воздухом, может быть регенерирован адсорбцией на активированном угле. Из регенерированного хлористого метилена следует удалить воду. Обычно воду удаляют в разделителе, снабженном мешалкой, добавляя к хлористому метилену карбонат калия. После перемешивания в течение нескольких часов внизу собирается концентрированный водный раствор карбоната калия, а безводный метиленхлорид возвращают в цикл.

Лакировка пленок. Поверхностная  обработка пленок, например металлизация, полирование, печатание или матирование, осуществляется так же, как при  обработке других изделий из поликарбоната. Специфическим методом поверхностной  обработки пленок из поликарбоната  является лакировка. Пленки из поликарбоната  лакируют растворами поликарбоната  небольшого молекулярного веса, эфиров целлюлозы (сложных и простых), сополимеров  винилхлорида с винилацетатом. В качестве растворителей используют хлорированные ароматические углеводороды, кетоны и сложные эфиры. Вязкость используемых растворов невелика и не превышает нескольких сантипуаз.

Лакировку пленок можно проводить  непосредственно в процессе их отлива при помощи приспособления, расположенного в воздушной сушилке.

Лакировку используют для  поверхностного окрашивания пленки. Этим простым способом можно получать пленки разнообразной окраски, производство которых методом крашения в массе  затруднено и менее экономично.