塑料薄膜雙向拉伸技術與發展方向(上)

塑料薄膜的成型加工方法有多種，例如有壓延法、流延法、吹塑法、拉伸法等，近年來雙向拉伸膜成為人們關注的焦點。今后，雙向拉伸技術將更多地向著特種功能膜，如厚膜拉伸、薄型膜拉伸、多層共擠拉伸等方向發展。

　　近年來，適應包裝行業對包裝物要求的不斷提高，各種功能膜市場發展迅速。經過雙向拉伸生產的塑料薄膜可有效改善材料的拉伸性能（拉伸強度是未拉伸薄膜的3-5倍）、阻隔性能、光學性能、耐熱耐寒性、尺寸穩定性、厚度均勻性等多種性能，并具有生產速度快、產能大、效率高等特點，市場迅速發展。

雙向拉伸原理

　　塑料薄膜雙向拉伸的原理：是將高聚物樹脂通過擠出機加熱熔融擠出厚片后，在玻璃化溫度以上、熔點以下的適當溫度范圍內（高彈態下），通過縱拉機與橫拉機時，在外力作用下，先后沿縱向和橫向進行一定倍數的拉伸，從而使高聚物的分子鏈或結晶面在平行于薄膜平面的方向上進行取向而有序排列；然后在拉緊狀態下進行熱定型使取向的大分子結構固定下來；最后經冷卻及后續處理便可制得理想的塑料薄膜。

雙向拉伸薄膜生產設備與工藝

　　雙向拉伸薄膜的生產設備與工藝，以聚酯（PET）為例簡述如下：

配料與混合

　　普通聚酯薄膜所使用的原料主要是有光PET切片和母料切片。母料切片是指含有添加劑的PET切片，添加劑有二氧化硅、碳酸鈣、硫酸鋇、高嶺土等，應根據薄膜的不同用途選用相應的母料切片。聚酯薄膜一般采用一定含量的含硅母料切片與有光切片配用，其作用是通過二氧化硅微粒在薄膜中的分布，增加薄膜表面微觀上的粗糙度，使收卷時薄膜之間可容納少量的空氣，以防止薄膜粘連。

　　有光切片與一定比例的母料切片通過計量混合機混合后進入下一工序。

結晶和干燥

　　對有吸濕傾向的高聚物，例如PET、PA、PC等，在進行雙向拉伸之前，須先進行予結晶和干燥處理。一是提高聚合物的軟化點，避免其在干燥和熔融擠出過程中樹脂粒子互相粘連、結塊；二是去除樹脂中水分，防止含有酯基的聚合物在熔融擠出過程中發生水解降解和產生氣泡。

　　PET的予結晶和干燥設備一般采用帶有結晶床的填充塔，同時配有干空氣制備裝置，包括空壓機、分子篩去濕器、加熱器等。

　　予結晶和干燥溫度在150-170℃左右，干燥時間約3.5-4小時。干燥后的PET切片濕含量要求控制在50ppm以下。

熔融擠出

　　熔融擠出包括擠出機、熔體計量泵、熔體過濾器和靜態混合器。

1 熔融擠出機

　　經過結晶和干燥處理的PET切片進入單螺桿擠出機進行加熱熔融塑化。為了保證PET切片塑化良好、擠出熔體壓力穩定，螺桿的結構非常重要。除對長徑比、壓縮比、各功能段均有一定要求外，還特別要求是屏障型螺桿，因為這種結構的螺桿具有以下幾個特點：1）有利于擠出物料的良好塑化。2）有利于擠出機出口物料溫度均勻一致。3）擠出機出料穩定。4）排氣性能好。5）有利于提高擠出能力。

　　若擠出量不是太大，推薦選用排氣式雙螺桿擠出機。排氣擠出機有兩個排氣口與兩套抽真空系統相連接，具有很好的抽排氣、除濕功能，可將物料中所含的水分及低聚物抽走，可以省去復雜的預結晶/干燥系統，既節省投資又可降低運行成本。

　　擠出機溫度設定，從加料口到機頭約為210℃-280℃左右。

2 熔體計量泵

　　熔體計量通過高精度的齒輪泵來實現。計量泵的作用是保證向模頭提供的熔體具有足夠而穩定的壓力，以克服熔體通過過濾器時的阻力，實現薄膜厚度的均勻性。計量泵通常采用斜的二齒輪泵，為了進一步提高計量精度，也有的選用三齒輪泵。因為三齒輪泵比二齒輪泵脈沖小，其泵出量的波動也小。計量泵的加熱溫度在270℃-280℃。

3 熔體過濾器

　　為了去除熔體中可能存在的雜質、凝膠粒子、魚眼等異物，常在熔體管線上計量泵的前后各安裝一只過濾器。PET薄膜生產線通常采用碟狀過濾器，其材料為不銹鋼網與不銹鋼燒結氈組合而成。不銹鋼碟片的尺寸為Φ12英寸，過濾網孔徑一般在10-30μ。過濾器加熱溫度控制在275-285℃。

4 熔體管

　　熔體管的作用是將擠出機、計量泵、過濾器等與模頭連接起來，讓熔體從中通過。要求熔體管內壁高度光潔且無死角，熔體管串連起來的長度應盡量短，以免熔體在其中滯流、停留時間過長而產生降解。

　　來自擠出機的熔體進入熔體管后，分別流經粗過濾器、計量泵、精過濾器后進入模頭。如是三層共擠生產線，在模頭上方還配置一個熔體分配器。過濾器、計量泵和熔體管等可以用電加熱，也可用導熱油夾套加熱。熔體管加熱溫度控制在275-285℃。

5 靜態混合器

　　熔體流過熔體管時，沿著管壁的熔體溫度與熔體中心的溫度有較大的溫差，為使進入模頭的熔體溫度均勻一致，以保證模頭出料均勻，須在熔體管連接模頭的一端內部安裝若干組靜態混合器，熔體流過靜態混合器時，會自動產生分—合—分—合的混合作用，從而達到熔體溫度均勻化的目的。

鑄片系統

　　鑄片系統主要包括模頭、急冷輥和鑄片貼附裝置等。

　　1 模頭：是流延鑄片的關鍵，它直接決定鑄片的外形和厚度的均勻性。PET常采用衣架型長縫模頭，模頭開度通過若干個帶有加熱線圈的推/拉式差動螺栓進行初調，并通過在線測厚儀的自動測厚、反饋給模頭的加熱螺栓進行模唇開度的微調。模頭溫度控制在275℃左右。

　　2 急冷輥（鑄片輥、俗稱冷鼓）：是將流出模頭呈粘流態的PET熔體在勻速轉動的急冷輥上快速冷卻至其玻璃化溫度以下而形成玻璃態的厚度均勻的鑄片。急冷的目的是使厚片成無定型結構，盡量減少其結晶，以免對下道拉伸工序產生不良影響。為此，對鑄片輥要求：一是其表面溫度要均勻、冷卻效果要好；二是要求急冷輥轉速均勻而穩定。鑄片輥內通30℃左右的冷卻水，以保證鑄片冷至60℃以下。

　　3 靜電吸附裝置：其作用是使鑄片與急冷輥能緊密接觸，防止急冷輥轉動時卷入空氣，以保證傳熱—冷卻效果。靜電吸附裝置由金屬絲電極、高壓發生器及電極收放力矩電機等組成。其工作原理是利用高壓發生器產生的數千伏的直流電壓，使電極絲、鑄片輥分別變成負極和正極（鑄片輥接地），鑄片在此高壓靜電場中因靜電感應而帶上與鑄片輥極性相反的靜電荷，在異性相吸的作用下，鑄片與急冷輥表面緊密吸附在一起，達到排除空氣和良好傳熱的目的。

　　對非極性高聚物如PP，采用靜電吸附的效果不及具有極性的PET，故BOPP雙拉生產線鑄片時，通常采用氣刀法貼附。 作者：馮樹銘
新聞來源：江陰金中達新材料有限公司