塑料薄膜双向拉伸技术与发展方向

　　塑料薄膜的成型加工方法有多种，例如有压延法、流延法、吹塑法、拉伸法等，近年来双向拉伸膜成为人们关注的焦点。今后，双向拉伸技术将更多地向着特种功能膜，如厚膜拉伸、薄型膜拉伸、多层共挤拉伸等方向发展。

　　近年来，适应包装行业对包装物要求的不断提高，各种功能膜市场发展迅速。经过双向拉伸生产的塑料薄膜可有效改善材料的拉伸性能（拉伸强度是未拉伸薄膜的3-5倍）、阻隔性能、光学性能、耐热耐寒性、尺寸稳定性、厚度均匀性等多种性能，并具有生产速度快、产能大、效率高等特点，市场迅速发展。

　　双向拉伸原理

　　塑料薄膜双向拉伸的原理：是将高聚物树脂通过挤出机加热熔融挤出厚片后，在玻璃化温度以上、熔点以下的适当温度范围内（高弹态下），通过纵拉机与横拉机时，在外力作用下，先后沿纵向和横向进行一定倍数的拉伸，从而使高聚物的分子链或结晶面在平行于薄膜平面的方向上进行取向而有序排列；然后在拉紧状态下进行热定型使取向的大分子结构固定下来；最后经冷却及后续处理便可制得理想的塑料薄膜。

　　双向拉伸薄膜生产设备与工艺

　　双向拉伸薄膜的生产设备与工艺，以聚酯（PET）为例简述如下：

　　配料与混合

　　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剂的PET切片，添加剂有二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、高岭土等，应根据薄膜的不同用途选用相应的母料切片。聚酯薄膜一般采用一定含量的含硅母料切片与有光切片配用，其作用是通过二氧化硅微粒在薄膜中的分布，增加薄膜表面微观上的粗糙度，使收卷时薄膜之间可容纳少量的空气，以防止薄膜粘连。

　　有光切片与一定比例的母料切片通过计量混合机混合后进入下一工序。

　　结晶和干燥

　　对有吸湿倾向的高聚物，例如PET、PA、PC等，在进行双向拉伸之前，须先进行予结晶和干燥处理。一是提高聚合物的软化点，避免其在干燥和熔融挤出过程中树脂粒子互相粘连、结块；二是去除树脂中水分，防止含有酯基的聚合物在熔融挤出过程中发生水解降解和产生气泡。

　　PET的予结晶和干燥设备一般采用带有结晶床的填充塔，同时配有干空气制备装置，包括空压机、分子筛去湿器、加热器等。

　　予结晶和干燥温度在150-170℃左右，干燥时间约3.5-4小时。干燥后的PET切片湿含量要求控制在50ppm以下。

　　熔融挤出

　　熔融挤出包括挤出机、熔体计量泵、熔体过滤器和静态混合器。

　　1 熔融挤出机

　　经过结晶和干燥处理的PET切片进入单螺杆挤出机进行加热熔融塑化。为了保证PET切片塑化良好、挤出熔体压力稳定，螺杆的结构非常重要。除对长径比、压缩比、各功能段均有一定要求外，还特别要求是屏障型螺杆，因为这种结构的螺杆具有以下几个特点：

　　1）有利于挤出物料的良好塑化。

　　2）有利于挤出机出口物料温度均匀一致。

　　3）挤出机出料稳定。

　　4）排气性能好。

　　5）有利于提高挤出能力。

　　若挤出量不是太大，推荐选用排气式双螺杆挤出机。排气挤出机有两个排气口与两套抽真空系统相连接，具有很好的抽排气、除湿功能，可将物料中所含的水分及低聚物抽走，可以省去复杂的预结晶/干燥系统，既节省投资又可降低运行成本。

　　挤出机温度设定，从加料口到机头约为210℃-280℃左右。

　　2 熔体计量泵

　　熔体计量通过高精度的齿轮泵来实现。计量泵的作用是保证向模头提供的熔体具有足够而稳定的压力，以克服熔体通过过滤器时的阻力，实现薄膜厚度的均匀性。计量泵通常采用斜的二齿轮泵，为了进一步提高计量精度，也有的选用三齿轮泵。因为三齿轮泵比二齿轮泵脉冲小，其泵出量的波动也小。计量泵的加热温度在270℃-280℃。

　　3 熔体过滤器

　　为了去除熔体中可能存在的杂质、凝胶粒子、鱼眼等异物，常在熔体管线上计量泵的前后各安装一只过滤器。PET薄膜生产线通常采用碟状过滤器，其材料为不锈钢网与不锈钢烧结毡组合而成。不锈钢碟片的尺寸为Φ12英寸，过滤网孔径一般在10-30μ。过滤器加热温度控制在275-285℃。

　　4 熔体管

　　熔体管的作用是将挤出机、计量泵、过滤器等与模头连接起来，让熔体从中通过。要求熔体管内壁高度光洁且无死角，熔体管串连起来的长度应尽量短，以免熔体在其中滞流、停留时间过长而产生降解。

　　来自挤出机的熔体进入熔体管后，分别流经粗过滤器、计量泵、精过滤器后进入模头。如是三层共挤生产线，在模头上方还配置一个熔体分配器。过滤器、计量泵和熔体管等可以用电加热，也可用导热油夹套加热。熔体管加热温度控制在275-285℃。

　　5 静态混合器

　　熔体流过熔体管时，沿着管壁的熔体温度与熔体中心的温度有较大的温差，为使进入模头的熔体温度均匀一致，以保证模头出料均匀，须在熔体管连接模头的一端内部安装若干组静态混合器，熔体流过静态混合器时，会自动产生分—合—分—合的混合作用，从而达到熔体温度均匀化的目的。

　　铸片系统

　　铸片系统主要包括模头、急冷辊和铸片贴附装置等。

　　1 模头：是流延铸片的关键，它直接决定铸片的外形和厚度的均匀性。PET常采用衣架型长缝模头，模头开度通过若干个带有加热线圈的推/拉式差动螺栓进行初调，并通过在线测厚仪的自动测厚、反馈给模头的加热螺栓进行模唇开度的微调。模头温度控制在275℃左右。

　　2 急冷辊（铸片辊、俗称冷鼓）：是将流出模头呈粘流态的PET熔体在匀速转动的急冷辊上快速冷却至其玻璃化温度以下而形成玻璃态的厚度均匀的铸片。急冷的目的是使厚片成无定型结构，尽量减少其结晶，以免对下道拉伸工序产生不良影响。为此，对铸片辊要求：一是其表面温度要均匀、冷却效果要好；二是要求急冷辊转速均匀而稳定。铸片辊内通30℃左右的冷却水，以保证铸片冷至60℃以下。

　　3 静电吸附装置：其作用是使铸片与急冷辊能紧密接触，防止急冷辊转动时卷入空气，以保证传热—冷却效果。静电吸附装置由金属丝电极、高压发生器及电极收放力矩电机等组成。其工作原理是利用高压发生器产生的数千伏的直流电压，使电极丝、铸片辊分别变成负极和正极（铸片辊接地），铸片在此高压静电场中因静电感应而带上与铸片辊极性相反的静电荷，在异性相吸的作用下，铸片与急冷辊表面紧密吸附在一起，达到排除空气和良好传热的目的。

　　对非极性高聚物如PP，采用静电吸附的效果不及具有极性的PET，故BOPP双拉生产线铸片时，通常采用气刀法贴附。

　　纵向拉伸（MDO）

　　纵向拉伸是将来自铸片机的厚片在加热状态下进行一定倍数的纵向拉伸。纵向拉伸机由预热辊、拉伸辊、冷却辊、张力辊和橡胶压辊、红外加热管、加热机组及驱动装置等组成。

　　预热辊：一般有8只，辊筒表面镀铬，一字形排列，温度 60℃-80℃。

　　拉伸辊：如是单点拉伸，有一只慢拉辊、一只快拉辊，表面镀铬。慢拉辊温度80℃-85℃，快拉辊温度30℃。

　　冷却辊：一般有4只，辊筒表面镀铬，一字形排列，温度30℃、50℃。

　　张力辊：二只，分别位于第一个予热辊和第四个冷却辊的上方。

　　纵拉比：一般在3-3.5倍，它是通过慢拉辊与快拉辊之间的速度差而产生的。

　　横向拉伸（TDO）

　　横向拉伸机结构比较复杂，它由烘箱、链夹和导轨、静压箱、链条张紧器、导轨宽度调节装置、开闭夹器、热风循环系统、润滑系统及EPC等组成。横拉机构有进膜、预热、拉幅、缓冲、定型和冷却等功能段。

　　横拉机的作用是将经过纵向拉伸的薄膜在横拉机内分别通过预热、拉幅、热定型和冷却而完成薄膜的双向拉伸。

　　横向拉伸的主要工艺参数有：

　　拉伸温度：因经过纵向拉伸的薄膜已有一定的结晶取向度，故横向拉伸温度要比纵拉高15℃-25℃，具体温度取决于薄膜的厚度和拉伸速度。

　　拉伸倍数：对于平衡膜，横向拉伸倍数与纵向拉伸倍数基本相同或接近；对于强化膜，纵向拉伸倍数要大于横向拉伸倍数。

　　热定型温度与时间：在生产非收缩性薄膜时，横向拉伸后必须进行热定型处理，目的是完善其结晶取向过程，消除内应力，增加尺寸稳定性。热定型温度应选择PET结晶速率最大的温度段，即190℃-210℃，热定型时间约需3-6秒。

　　冷却温度：热定型后的PET薄膜还要进行热松弛处理，最后进入冷却段风冷至100℃以下。

　　牵引收卷与分切

　　本工序由若干个牵引导向辊、冷却辊、展平辊、张力辊、跟踪辊及切边装置、测厚仪和电晕处理机等组成。

　　测厚仪是测量与调节薄膜厚度的重要设备，它不仅有显示薄膜厚度的功能，而且还具有自动反馈控制薄膜厚度的功能。反馈控制包括：控制模头膨胀螺栓的加热功率或温度，调节薄膜的横向厚度；控制计量泵或铸片辊的转速，调节薄膜的纵向厚度。在线测厚仪有多种：如β测厚仪器、X射线测厚仪、红外线测厚仪等，因近红外测厚无环境污染、对人体无伤害，目前应用比较普遍。

　　电晕处理机的工作原理是通过在电极上施加高频高压电流，使电极产生电晕放电，气体电离产生高能离子，在强电场作用下冲击塑料薄膜表面，使薄膜表面活化，以增加薄膜的表面湿张力。例如PET在未处理前的表面湿张力为40-42达因/厘米，经过电晕处理的表面湿张力可达50-55达因/厘米，这样就可大大提高印刷油墨或真空镀铝层对PET表面的附着力。特别的BOPP和PE膜，因是非极性聚合物，如不经电晕表面处理，根本无法进行印刷或镀铝。

　　薄膜收卷：薄膜通过张力控制辊、展平辊、跟踪辊，最后完成收卷工作。收卷张力的控制包括张力的设定、张力衰减及张力补偿等，对薄膜收卷的质量影响很大。

　　分切机：从收卷机卸下的大膜卷，根据产品标准或用户的要求须在分切机上切成一定的规格，然后经过检验、包装即为成品。分切机的工艺参数主要是收、放卷张力，橡胶压辊结构及其压力，分切速度包括初始升速等的控制。

　　双向拉伸的发展方向

　　近几年，中国双向拉伸生产线发展很快，各种塑料薄膜大小双拉生产线已有近百条，但大部分是从国外引进的。国外薄膜双拉生产线供应商主要有Brückner、DMT、DORNIER、MITSUBIHI等。目前，国内薄膜双拉生产线也在崛起，也有几家可以自主设计、制造薄膜双拉生产线，但生产线规模和技术水平还有一定的差距。

　　分析当前薄膜市场，今后薄膜双拉生产线的发展方向具有以下特点：

　　（1） 向薄型膜、厚型膜发展

　　以BOPET薄膜来说，目前国内双拉生产线所生产的规格大部分是在8-75μ范围内，在此厚度范围的产能已远远供大于求。但4μ以下或150-300μ的厚膜却有相当大的发展空间，特别是厚膜的应用范围在不断扩大，如液晶显示器及等离子显示装置的保护屏膜对PET厚膜需用量相当大，值得关注。太阳膜、防爆膜在汽车和建筑物方面的应用也日益广泛，市场极其广阔。另外，许多厂家为了开发PET差别化产品，2米左右宽的小型双拉试验线也颇受欢迎，因为大线做新品开发试验浪费大、风险也大。

　　（2） 向多层共挤拉伸发展

　　为了提高薄膜的综合性能，现在双拉生产线多采用A/B/A、A/B/C甚至更多层的结构。采用多层共挤可以生产多功能的、满足不同用途的薄膜，如热封膜、高阻隔膜、抗紫外线辐射膜等。

　　（3） 设计特种薄膜双拉生产线

　　热收缩薄膜在方便食品、饮料市场、电子电器、日用商品、收缩标签等方面都有广泛应用，而且只要求横向有大的收缩，这就需要拉伸设备的设计做相应的改变，以满足横向高收缩率的要求。

　　（4） PET薄膜直拉生产线

　　PET树脂是由PTA与EG直接酯化、缩聚后铸片、水下切粒、风干、包装而成PET切片商品出售。薄膜生产厂家购进PET切片（包括母料切片）后，需先进行混料、结晶干燥、加热熔融挤出、熔体计量、过滤、……铸片、直至最后双向拉伸成膜。但是，如果将PET树脂生产装置与PET薄膜双拉生产线连接起来，即将聚酯缩聚釜的出料口通过熔体管与双拉生产线的模头、铸片装置、MDO、TDO等工序直接连接拉膜，可以省去结晶干燥、熔融挤出、熔体过滤等工序，这不仅节省设备和厂房投资，节约能源，降低生产运行成本，而且能提高薄膜品质，减少PET切片二次加热氧化降解，这些都是直拉法的优势。为此，设计适应直拉法制膜的双拉生产线，也是PET薄膜双向拉伸的一个发展方向。（爱上考试网编辑整理）

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