Условные параметры плотности потока мощности

Плотность потока мощности как контрольная функция упрощает расчет мощности системы, пока мы не рассматриваем все параметры, которые влияют на плотность потока мощности. Их можно разделить на две категории: параметры системы и параметры процесса и материала.

Параметры системы определяются конструкцией установки для обработки коронным разрядом и машины. Наиболее очевидные из них — мощность блока питания (кВт) и размер установки (ширина полотна). Плотность потока приложенной мощности прямо пропорциональна мощности блока питания в ваттах и обратно пропорциональна размеру установки (ширине полотна) в метрах. Это означает, что при увеличении ширины полотна в два раза для сохранения требуемой плотности потока мощности необходимо вдвое увеличить мощность блока питания. Эта простая зависимость усложняется двумя факторами: скоростью поточной линии и способностью электрода выдерживать определенный уровень приложенной мощности.

Каждый тип электродов, будь то проволочный, стержневой, пластинчатый или керамический, имеет верхний предел мощности, которую он может выдерживать в расчете на единицу длины. Если при достижении определенной плотности потока мощности мощность блока питания начинает превышать максимальную мощность электрода, необходимо добавить дополнительные электроды. Кроме того, увеличение количества необходимых электродов может привести к увеличению диаметра валика установки. Оба эти фактора могут увеличить физические размеры и стоимость установки, необходимой для данного применения.

Скорость поточной линии — второй параметр системы, который усложняет расчет мощности. В любой системе чем выше скорость линии, тем ниже максимальное значение плотности потока мощности, которого можно достичь. Будучи обратно пропорциональной плотности потока мощности, скорость линии оказывает существенное влияние на мощность и стоимость системы.

Параметры материала и процесса определяются условиями материала и процесса. Наиболее очевидные из них — состав материала-основы и тип процесса (экструзия, экструзионное покрытие, печать и т. д.) Если подробно анализировать эти факторы, их влияние на мощность установки становится чрезвычайно сложным.

Начнем с состава материала-основы и предположим, что все материалы без добавок. Для большинства материалов характерен некоторый диапазон типичных значений поверхностного натяжения (см. таблицу). Различные значения поверхностного натяжения конкретного материала можно объяснить несколькими факторами, как, например, метод изготовления (выдувная пленка или литая), колебания температуры экструдера во время экструзии, тип и количество примесей, которые всегда присутствуют в пленке даже самого высокого качества. Если данный материал обрабатывается при определенной плотности потока мощности, его поверхностное натяжение увеличивается. Однако и конечное полученное поверхностное натяжение, и величина приращения зависит от начального поверхностного натяжения материала. Например, воздействие на ПЭТ с поверхностной энергией 41 дин/см2 потоком с плотностью мощности 1,2 может увеличить энергию материала до 46 дин/см2, но воздействие таким же потоком на ПЭТ с поверхностной энергией 44 дин/см2 повысит ее только до 48 дин/см2. Хотя конечный уровень энергии выше, чем во втором случае, величина приращения меньше из-за более высокого начального уровня. Кроме того, введение добавок изменяет реакцию материала на обработку коронным разрядом. Влияние добавок мы обсудим ниже.

Рис. 1. Схема обработки экструзионных материалов

Различные материалы или субстраты по-разному реагируют на обработку коронным разрядом. Ряд материалов, например, некоторые полиэстеры, легко поддается обработке и демонстрирует быстрый рост поверхностного натяжения при сравнительно низкой плотности потока мощности — от 0,9 до 1,2. Другие материалы, например, полиэтилен, обрабатываются сложнее, но демонстрируют значительное увеличение поверхностного натяжения при средних уровнях плотности потока мощности — 2,0–2,5. Наконец, третьи материалы, например, полипропилен, с трудом поддаются обработке и могут показать лишь незначительное увеличение поверхностного натяжения при сравнительно высокой плотности потока мощности — от 2,5 до 3,0. Кроме того, изменение реакции материала на обработку коронным разрядом связано с различиями в параметрах процесса. Понятно, что экструзия, нанесение покрытий экструзионным методом и экструзионное ламинирование требуют различных уровней обработки для достижения приемлемого качества продукта и уровня производительности. Однако менее очевидно, что нанесение покрытия экструзионным методом на какой-нибудь полимер (скажем, ПЭТ) вызовет совершенно иную реакцию субстрата на последующую обработку, нежели в случае, когда тот же полимер будет подвергнут экструзионному литью. Еще один фактор, значительно увеличивающий необходимую плотность потока мощности — сочетание экструзионного литья с растягиванием на раме.

В этих случаях различия в реакции на обработку коронным разрядом обусловлены следующими факторами:

· отклонениями в молекулярной структуре в результате процесса экструзии;

· температурой материала в момент подачи на установку для обработки коронным разрядом;

· расположением установки для обработки коронным разрядом по отношению к месту проведения экструзии.

Литые пленки очень слабо реагируют на обработку коронным разрядом. Причина этого — молекулярная структура, температура субстрата и расположение установки для обработки. В этой ситуации пленка проходит экструдер (отливается на охлаждающий цилиндр), а затем до намотки может быть подвергнута растягиванию в двух направления (по двум осям при нагревании).

Обработку коронным разрядом можно применить сразу после охлаждающего цилиндра либо на теплую, либо на холодную сторону пленки (рис. 1).

В случае ориентированной или двусторонне ориентированной пленки установку для обработки коронным разрядом можно разместить после установки для ориентирования. Для каждого случая указаны значения плотности потока мощности (Wd). Однако абсолютное значение плотности потока мощности не такой информативный показатель, как относительные различия между значениями, указанными для каждого местоположения.

При обработке выдувных пленок существуют аналогичные различия в необходимом уровне обработки в зависимости от расположения установки и температуры пленки в момент подачи на установку.