取向薄膜工艺

一、取向原理

热塑性塑料于玻璃化温度与熔融温度之间使其在纵向或横向拉伸, 使分子具有取向性, 冷却后取向定型。利用聚合物大分子链的取向作用, 使薄膜增加新的物理性能, 可提高拉伸强度、弹性模量、耐冲击和耐折叠性、尺寸稳定性、透明度和光泽、隔湿性、气体阻隔性、耐寒性以及耐油性等等。取向拉伸技术可分为单轴拉伸和双轴拉伸, 像打包带、编织袋扁丝、单丝、撕裂膜等产品采用的是单轴拉伸技术, 而双轴拉伸技术多用于塑料薄膜。如果在双轴拉伸过程中, 取消拉伸后的热处理, 双轴拉伸薄膜能出现热收缩性, 可用作收缩包装材料。双轴拉伸薄膜主要有LDPE、PVC、PS、PVDC、PA、P P、PET、PVA、EVOH 等。

双向 ( 轴) 拉伸是在一定温度条件下和机械力的作用下, 将薄膜进行纵横两个方向拉伸, 使聚合物分子取向, 以提高和改善薄膜性能。薄膜成型方法有两大类, 一类为管膜法, 另一类为流延平膜法, 其中以流延平膜法为主。表1为两种成型方法的比较。流延平膜法制得的薄膜厚度偏差小, 质量好。这种方法又分两步拉伸和同步拉伸, 其中以两步拉伸法具有较大的工业生产意义。由于进一

步改善了薄膜的可焊性、黏附性、对气体或水蒸气的阻隔性、撕裂性等, 共挤复合多层拉伸薄膜越来越受市场的青睐。

表1管膜拉伸与平膜拉伸方法性能比较

在实际生产过程中, 由于非晶态高聚物与结晶高聚物在性能上存在差异, 所以拉伸方法和步骤有所不同。对于非结晶高聚物, 将其加热到软化点以上成黏流态, 然后均匀冷却到适合于拉伸的玻璃化温度附近, 在恒定或降低温度梯度下进行双向拉伸。对于结晶性高聚物, 将其加热至熔点以上并维持到结晶消失, 先骤冷至低于最大结晶速率的温度呈无定形或几乎无定形时, 再加热至玻璃化温度以上 ( 熔点以下) 进行双向拉伸。双向拉伸时, 一般在加热的同时, 先进行纵向拉伸, 然后将膜的两端用许多夹钳夹住, 在加热室内进行横向拉伸。双向拉伸完后还要进行热定型, 热定型可使拉伸变形时形成的膜内应力均匀释放, 并使高聚物部分结晶, 这就使膜在高于玻璃化温度下使用时不发生明显的收缩, 尺寸稳定性改善, 使用温度范围相应扩大。热定型温度的选择通常高于拉伸温度而低于结晶高分子熔点, 通常选择在高聚物的最大结晶速率的温度或稍高为宜。

平膜工艺流程为:

原料→挤出→流延→冷却→预热→纵向拉伸→加热→横向拉伸→热处理→切边→电晕处理→收卷→陈化→分切→成品

二、平膜法双向拉伸薄膜缺陷控制要素

下列因素均可引起薄膜质量缺陷。

(1 ) 加料部分:干燥温度和时间;计量及混合;加料段温度;加料段机筒结构;加料段螺杆结构。

(2 ) 挤出部分:螺杆转速;螺杆压缩、均化、计量段结构; 挤出机各区段温度;熔体通过多孔板流动特性;机头压力;换网器类型;齿轮计量泵类型; 混合器类型。

(3 ) 模具部分:模具结构形式;口模间隙;口模自动调节装置;模具宽度上各区段温度;熔体流速控制。

(4 ) 流延部分:流延膜温度;流延冷却辊温度;冷却辊内冷却介质循环系统;冷却辊结构;气刀气流速度;电针静电区域;流延膜与冷却辊接触面积;流延辊转速;厚度检测系统。

(5 ) 加热部分:加热方式;加热辊结构;辊的温度;接触时间;辊筒速度。

(6 ) 纵向拉伸:辊的排列形式;辊间距;辊温;辊筒数量;辊速差。

(7 ) 横向拉伸:自动温度控制系统 ( 含空气温度和气流速度) ;夹具性能;拉伸速率;拉伸温度;厚度检测。

(8 ) 边料处理:边料切割装置;切割刀具设计;边料破碎机;碎料输送;旋风分离器;回收利用计量装置。

(9 ) 卷取部分:薄膜传输系统;卷取方式;张力控制;换卷机构;横向切割;纠偏装置。

三、管膜法拉伸工艺

管膜法双向拉伸工艺适用于生产 PVC、PP 和 PET 薄膜, 尤其是厚度在6～40μm 的膜。图1为管膜法双向拉伸工艺原理图。管状吹塑薄膜向下引出立即进行水浴冷却, 使膜管无定形状态, 纵向拉伸是在4和8两对夹辊间进行的, 横向拉伸与空气膨胀同时发生, 如果薄膜内部拉伸张力和膜泡内部压力相平衡, 则拉伸过程稳定。薄膜的加热是在热空气箱内进行的。

图1管膜法双向拉伸生产工艺流程简图

1—挤出机;2—水浴箱;3, 5—预加热;4—第一对牵引辊;

6—拉伸系统;7—人字板;8—第二对牵引辊;9—加热器;10—收卷机