СОСТАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА ЛЕНТОЧНОЙ МАШИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА АЗОТА, НЕОБХОДИМОГО ДЛЯ ВЫСУШИВАНИЯ ПЛЕНКИ

В работе описан процесс пленкообразования из раствора полимера и произведен расчет энергетического баланса.
Защита была 6.12.16, на оценку 4,из-за того,что не ответила на поставленный вопрос преподавателя. ...

1.Научно-технический анализ проблемы
1.1. Механизм процесса пленкообразования и структура технических пленок

Началом изучения микроструктуры пленок из растворов полимеров следует считать работу Мак­Нелли и Шеппарда, которые, пользуясь методом определения двулучепреломления, пришли к выводу о возможности существования трех типов микроструктур технических пленок. Значительное число работ в этом направлении было проведено Козловым с сотрудниками. В этих работах были уточнены характеристики микроструктур эфироцеллюлозных пленок, полученных формованием из растворов на твердой и жидкой поверхностях.

Технологический процесс изготовления пленок из растворов аморфных полимеров заключается в нанесении раствора полимера на твердую зеркальную поверхность и испарении из него растворителей. Испарение растворителей и связанное с ним повышение вязкости пленкообразующего раствора приводят к переходу полимера из растворенного в стеклообразное состояние. В период такого перехода возникает и фиксируется определенная структура пленки.

Медь — наиболее распространенный материал для изготовления бесконечных лент, однако можно использовать и серебро, никель или нержавеющую сталь. Некоторые технологические преимущества этих материалов не оправдываются их высокой стоимостью. Длина медных лент, устанавливаемых на современных машинах, 28—60 м.Расстояние между алюминиевыми стенками сушильных каналов 0,2—0,3 м. Для предупреждения или локализации возможных взрывов на кожухе имеются гидравлические затворы, крышки которых легко сбрасываются при резком повышении давления в сушильных каналах. Для создания соответствующего натяжения бесконечной ленты между ведущим и ведомым барабанами по обеим сторонам машины находятся распорные трубы 4, упирающиеся в скользящие салазки подшипников ведомого барабана.Влажность готовой основы для светочувствительных или магнитных слоев должна составлять 2—3%. Высушивание эфироцеллюлозной пленки до такой влажности непосредственно на ленте машины было бы нецелесообразным. Оно потребовало бы уменьшения скорости движения ленты, а следовательно, производительности машины, и увеличения количества и температуры подаваемого в сушильные каналы теплоносителя. Пленку из триацетата целлюлозы снимают с ленты машины с влажностью 15—20%, а пленки из вторичного ацетата и ацетобутирата целлюлозы — с влажностью около 10%, после чего направляют в сушильные шкафы для досушивания нагретым воздухом. Такие сушильные шкафы, называемые досушками, составляют вместе с ленточной машиной непрерывно действующий агрегат для получения пленки. Современные досушки включают также часть, предназначенную для нанесения на пленку дополнительных слоев и высушивания их.Существуют машины, длина лент которых достигает 60 м. Сушильные каналы таких машин снабжены электрическими излучателями. По всей длине ленты установлено 28 точек подогрева, причем в верхнем канале их располагают по обе стороны ленты, а в нижнем — только под ней. На каждой точке подогрева установлены устройства, позволяющие регулировать температуру на различных стадиях формования пленки. Для удаления испаряющихся растворителей в сушильные каналы подают небольшое количество холодного воздуха (600—800 кг/ч).Увеличение длины и ширины бесконечной ленты является заманчивым путем повышения производительности машины. Однако следует иметь в виду, что с увеличением размеров ленты возрастают трудности ее технической обработки с необходимой точностью и эксплуатации. Кроме того, увеличивается вероятность повреждения такой ленты и соответственно повышаются экономические затраты на ее ремонт или замену. Поэтому при ширине ленты 1,4 м предельной длиной ее следует, очевидно, считать 50—60 м. В отдельных же случаях целесообразнее устанавливать несколько машин с лентами длиной 30 м.Для нанесения слоя пленкообразующего раствора на зеркальную поверхность движущейся бесконечной ленты служит приспособление, называемое фильерой. В большинстве случаев фильера представляет собой корытообразный металлический сосуд, в нижней части которого имеется щель по всей его длине. На нижней части передней стенки 1 расположена планка 3 с отшлифованным нижним краем.При движении лента увлекает пленкообразующий раствор, а высота подъема планки над зеркальной поверхностью ленты задает толщину наносимого на ленту слоя и толщину готовой пленки. Фильеры такого типа применяют при изготовлении пленок из растворов полимеров, вязкость которых при обычной температуре составляет 250 мПа ■ с и выше.При получении тонких пленок или в некоторых особых случаях, когда неизбежно использование низковязких пленкообразующих растворов, применяют фильеры с валиком.Рис.2. Схема фильеры.1 — передняя стенка; 2 — регулирующий болт;3 — ограничительная планка; 4 — задняя стенкаВ фильерах с валиком (рис. 2) толщина слоя раствора, поступающего на ленту машины, задается расстоянием поверхности валика от зеркальной поверхности и частотой его вращения. Ширину раскрытия щели фильеры регулируют микрометрическим винтом. Находят некоторое применение фильеры, работающие под давлением. Такие фильеры используют при работе с пленкообразующими растворами большой вязкости. При помощи дозирующего насоса в фильере создают избыточное давление 0 05— 0,06 МПа.До недавнего времени фильеру устанавливали на раме, расположенной над ведущим барабаном в его наивысшей точке. Во избежание значительных колебаний толщины образующейся пленки передняя часть рамы связывалась с барабаном при помощи катящихся по его поверхности шариковых подшипников или скользящих текстолитовых салазок, копирующих движения барабана. Однако большие размеры, а также конструктивные особенности барабана, рассчитанные на работу при больших нагрузках, затрудняют создание идеально гладкой поверхности. Это, в свою очередь, ограничивает возможность достижения равномерной толщины образующейся пленки. В настоящее время используют более целесообразный принцип размещения фильеры. На расстоянии около 1 м от ведущего барабана под медную ленту устанавливают тщательно отполированный валик диаметром около 20 см. Размеры валика позволяют в случае необходимости легко и быстро его заменять, а также точно устанавливать на стенках машины. На оси валика имеется эксцентрик, позволяющий его смещать и тем самым регулировать величину натяжения проходящей над ним бесконечной ленты. Фильеру любого из перечисленных выше типов располагают над валиком, чем достигают значительного увеличения равномерности распределения пленкообразующего раствора на поверхности ленты и толщины образующейся пленки. Иногда на некотором расстоянии от первого устанавливают такой же второй валик. Как уже было сказано, из ленточной машины пленка, содержащая значительное количество растворителей, поступает на досушивание.Чтобы обеспечить герметичность машины, в месте выхода из нее пленки устанавливают щелевые затворы или плоский канал, образующий лабиринт и соединяющий место выхода пленки из машины с местом входа ее в досушку. Для большей надежности лабиринтных затворов в пространство, образуемое их стенками, подают азот.Совершенно естественно, что рассмотренные выше конструктивные принципы устройства оборудования для изготовления ; пленок, ставшие классическими, непрерывно получают дальнейшее развитие. Это развитие идет по следующим направлениям:увеличение производительности агрегатов для получения пленки;более экономичное расположение отдельных узлов агрегата для сокращения занимаемой ими площади;улучшение физико­механических свойств пленки путем отдельных технологических усовершенствований;совершенствование поверхностной обработки пленки.Увеличение длины бесконечных лент и, соответственно, скорости формования пленки приводит к необходимости удлинения до сушек, вследствие чего общая длина агрегатов достигает 40— 50 м. Чтобы более экономично использовать производственную площадь, в некоторых случаях создают двухэтажные шкафы до сушки.Одно из возможных решений задачи о рациональном использовании площадей заключается в расположении ленточной машины над шкафами до сушки. Это позволяет наряду с экономией площади получить также некоторую экономию тепла за счет теплообмена между нижним сушильным каналом машины и верхней частью до сушки. При этом возникают некоторые затруднения, обусловленные тем, что вибрация машины передается до сушке и усложняет или вообще исключает совмещенную с окончательным высушиванием пленки поверхностную обработку.Еще один путь увеличения производительности оборудования связан с улучшением физико­механическихсвойств получаемых пленок.Ранее были показаны причины возникновения неравномерности структуры пленки. Эта неравномерность возрастает с увеличением толщины. Если для пленок толщиной 0,1 мм она мало ощутима, то для пленок толщиной 0,2 мм, применяемых в качестве основы рентгеновских материалов, она весьма значительна и вызывает повышенную скручиваемость их. Эффект скручиваемости, вызываемый неравномерным высыханием пленок относительно большой толщины, может быть частично устранен применяемым в последнее время двухслойным нанесением пленкообразующего раствора. При помощи первой фильеры на зеркальную поверхность ленты наносят такое количество раствора, которое соответствует только примерно 60% толщины готовой пленки. В таком относительно тонком слое раствора процессы пленкообразования протекают более равномерно и образующаяся пленка приобретает структуру, мало различающуюся по микрослоям. На расстоянии 1—2 м от ведомого барабана располагают вторую фильеру, при помощи которой на уже сформовавшуюся пленку наносят второй слой пленкообразующего раствора того же состава. Количество раствора, наносимого вторично, рассчитывают так, чтобы образуемая им пленка дополняла толщину нижней до необходимой величины.Такой способ формования пленки позволяет существенно увеличить скорость движения ленты машины (до 6—8 м/мин), не изменяя ее размеров. В то же время образующаяся пленка имеет более равномерную структуру по толщине.Одним из технологических затруднений двухслойного формования пленки является возникновение подсохшей корки на задней стенке второй фильеры. Со временем части этой корки отрываются от стенки фильеры и, попадая на свеженанесенный слой раствора, приводят к браку. Наиболее действенными мерами против этого явления служат небольшое увеличение ширины нанесения верхнего слоя, обогрева ведомого барабана (ускоряющее одновременно процесс высушивания) и, наконец, размещение на задней стенке второй фильеры (по всей ее ширине) полосы политетрафторэтиленовой пленки, скользящей по поверхности достаточно подсохшего слоя пленкообразующего раствора, нанесенного первой фильерой.Известен способ получения пленки двух­ или трехслойным нанесением раствора на барабан одной машины. Пленкообразующий раствор наносят при помощи двух или трех фильер, располагаемых в различных точках барабана.Увеличению производительности ленточной машины обязательно должно соответствовать повышение производительности досушки. Основным принципом здесь является размещение в сушильных шкафах большего количества пленки, так как повышение температуры выше 140 °С недопустимо вследствие миграции пластификаторов и деформирования пленки.Наряду с конструктивными элементами ленточной машины на процессы пленкообразования и высушивания пленок большое влияние оказывают такие факторы, как параметры теплоносителя, поступающего в сушильные каналы машины, а также число точек подачи и отвода теплоносителя и их расположение в каналах. В качестве теплоносителя обычно используют нагретый до соответствующей температуры азот или, значительно реже, воздух. В соответствии с этим в технологической практике применяют два типа циркуляции теплоносителя: по открытому или замкнутому циклу.1.3. Зеркальные слои для ленточных машинОдним из основных требований, предъявляемых к основе светочувствительных материалов и магнитных лент, является чистота и глянцевитость ее обеих сторон. Воздушная сторона пленки почти всегда имеет высоко глянцевую, гладкую поверхность. Сторона же, соприкасающаяся с бесконечной лентой, принимает в процессе образования пленки форму поверхности ленты, повторяя ее в малейших. Поэтому пленкообразующий раствор следует наносить на безупречно гладкую зеркальную поверхность. Ранее такой поверхностью являлась сама бесконечная лента, изготовлявшаяся из серебра, никеля или никелированной меди. Однако стоимость таких лент чрезмерно высока, а растворы триацетата целлюлозы в смесях метиленхлорида со спиртами корродируют их поверхность и приводят в негодность. Поэтому на большей части предприятий используют машины с медными лентами, покрытыми специальным зеркальным слоем из полимера, предохраняющим ленты от корродирующего действия компонентов пленкообразующего раствора.К зеркальному слою предъявляют ряд требований, соблюдение которых должно обеспечить эффективную работу ленточной машины:безупречная глянцевость поверхности, отсутствие местных дефектов, загрязнений и пузырей;достаточная адгезия зеркального слоя к поверхности медной ленты;высокая устойчивость поверхности зеркального слоя к воздействию органических растворителей;доступность исходных материалов для изготовления зеркального слоя;простота технологии изготовления раствора зеркального слоя и нанесения его на медную ленту;возможность длительного хранения запасных растворов зеркального слоя;возможность легкого удаления пришедшего в негодность зеркального слоя с ленты машины для замены его новым.Первым полимером, применявшимся для изготовления зеркальных слоев, был желатин. Однако сложность изготовления и главным образом малый срок службы послужили причиной скорого отказа от них. В дальнейшем распространение получили зеркальные слои из ацетатов целлюлозы, содержащих 42—52% связанной уксусной кислоты. Для повышения устойчивости таких слоев к воздействию компонентов пленкообразующего раствора их поверхность омыляют раствором щелочи в метиловом спирте.Особенно широко применялись так называемые серикозные зеркальные слои с омыленной поверхностью. Серикозой называют ацетат целлюлозы, содержащий около 42% связанной уксусной кислоты. Такой продукт нерастворим в ацетоне и в воде, но хорошо растворяется в смесях ацетона с водой при их соотношениях от 9 : 1 до 7 : 3 в зависимости от свойств полимера. Поверхность серикозного слоя легче поддается омылению.Оказалось, однако, что тонкий поверхностный слой омыленного ацетата целлюлозы не является надежной защитой от действия агрессивных растворителей. Увеличение же глубины омыления поверхности даже до 0,042 мм не всегда приводит к желаемым результатам. Малейшие неравномерности в глубине омыления или присутствие микроскопических загрязнений приводят к проникновению растворителей в глубину зеркального слоя, что делает его непригодным к использованию. Средний срок службы такого зеркального слоя (20—21 сут) не удовлетворяет уже современным требованиям.В свое время был достигнут определенный успех в решении вопроса о глубоком омылении поверхности ацетатцеллюлозного зеркального слоя. Еще в 1946 г. фирма«Геверт» запатентовала способ омыления такого зеркального слоя, заключающийся в том, что на поверхность свежеприготовленного слоя наносят слой гидрофильного полимера (например, желатина), который пропитывают раствором едкого натра в ацетоне. Это позволяет продлить время действия омыляющего раствора на поверхность зеркального слоя. Одновременно, однако, замедляется диффузия щелочи в зеркальный слой. Достигаемая глубина омыления не оправдывает, в итоге, сложность самого процесса.Существенно упрощает и в то же время повышает эффективность омыления метод, предусматривающий глубокое по толщине зеркального слоя течение реакции.