在塑料薄膜的生产过程中,拉伸是一个至关重要的环节,它不仅影响薄膜的物理性能,还直接关系到最终产品的质量和应用领域。本文将从吹胀过程中的拉伸、拉伸取向、双向拉伸以及聚丙烯(PP)薄膜及其生产工艺等方面进行详细阐述。
拉伸的基本情况
吹胀过程中的拉伸
挤出吹塑薄膜常常受到双向拉伸作用。在吹胀过程中,挤出的膜管的直径变大,使薄膜在垂直于挤出方向上得到拉伸。拉伸应该在熔融温度以下、聚合物仍然是晶体时进行,这样晶体才能取向。挤出膜管在聚合物完全熔融时膨胀,因此吹胀的效果达不到直径扩大的取向水平。
在薄膜被压缩空气吹胀的同时,也受到了挤出方向上的牵引,这样就产生了平行拉伸。平行拉伸大多在聚合物熔体离开挤出机之后和开始结晶时进行。结晶处称为霜白线。在霜白线处,与紧靠霜白线前的区域相比,薄膜的直径最大,阻碍进一步的吹胀、拉伸。在霜白线处,完全透明的熔体因结晶而变成雾状。不透明度的变化取决于各种聚合物的结晶度。
有时在吹胀之后薄膜还会受到进一步的拉伸,产生收缩薄膜时就是这样。收缩薄膜遇热就收缩,有利于紧密包装。
平挤上吹法工艺流程以及吹膜机图例
桌面吹膜机主要由单螺杆挤出机、吹膜模头、吹膜机架、风环等组成,以右图POTOP桌面吹膜机为例,整机采用一体化结构,单螺杆挤出主机与吹膜单元共用同一本-机架而集于一体,结构紧凑。该设备可以独立完成塑料的塑化挤出、吹膜成型、牵引收卷等功能。其中膜架可电动升降,方便引膜和工艺控制。如下图是POTOP吹膜机的各种型号。
拉伸取向
聚合物的取向必须在玻璃化温度和熔融温度之间进行。聚烯烃,尤其是聚丙烯在正常情况下都是适度加热。拉伸性能的增强与拉伸比成正比。拉伸后,应对薄膜进一步加热使其松弛、定型,使其尺寸稳定。如果是热收缩薄膜,就不要进行松弛。在拉伸前进行辐射处理产生的交联可以提高薄膜的塑料记忆效应。过拉伸会产生应力硬化,因为链被拉直的晶体取代了折叠链晶体。应力硬化薄膜的感觉更硬,更像皮革;会失去弹性,表面更粗糙。
双向拉伸(以BOPP为主)
对薄膜在乎行、垂直于流动方向进行二维拉伸是理想的拉伸。牵引速率快于挤出速率就能产生平行拉伸。垂直拉伸在吹塑薄膜的生产中已经阐述过。在挤出薄膜中,与薄膜边相接的框架相向运动产生垂直拉伸作用,所用的框架就是拉幅架。薄膜常常被扩幅到其初始宽度的3倍,同时提高其强度,得到厚度更薄的膜。拉伸过程克服了薄膜离开口模时的出口胀大效应。
材料性能应用对比以及生产概况
接下来我们着重介绍热门材料BOPP(双向拉伸聚丙烯)及其材料性能应用与对比:
聚丙烯是结品型的高聚物,通过拉伸的薄膜,分子发生了定向排列,从而改善了薄膜的各项性能,提高了拉伸强度、冲击强度、透明性和电绝缘性,降低了透气性、吸潮性。BOPP膜适用于食品医药、服装、香烟等各种物品的包装。并大量作复合膜的基材。BOPP可分为普通膜,烟膜、珠光膜、防伪基膜,热封型BOPP膜性能标准GB12026-1989,电容器用BOPP膜性能标准GB12802-1991.
(1)原料采用质量分数通常为95-97%,无规PP的质量分数为3-5%,熔体流动速率为2~4g/10min的聚丙烯树脂。熔体流动速率大的树脂其流动性虽好,但结晶速率快,成片性能差。挤出厚片时,若结晶度太大,易发脆,直接影响到双向拉伸时的连续成膜性和拉伸后薄膜的性能。
(2)生产工艺BOPP膜通常采用逐次拉伸法生产。
BOPP 膜的生产分为两大部分,第一部分是制备厚片,第二部分是双向拉伸。
①制备厚片将原料加入料斗中,经螺杆塑化,通过共挤模头挤出成片,模头的内部结构具有塑化的种类特性、熔体流动性等特征进行设计,片厚0.6mm左右,挤出机温度控制在190~260℃(从机身后部向前增温)。挤出厚片立即被气刀紧密地贴合在冷却辊上进行冷却,水温为15~20℃,制备的厚片应是表面平整、光洁、结晶度小、厚度公差小的片材。
②双向拉伸首先进行纵向拉伸,通过多个高精度金属辊筒在加热状态下并在一定的速度梯度下,将片材纵向拉长,使聚合物分子进行纵向取向的过程,纵向拉伸有单点拉伸和多点拉伸。所谓单点拉伸,是靠快速辊和慢速辊之间的速差来控制拉伸比,在两之间装有若干加热的自由辊,这些辊不起拉伸作用,而只起加热和导向作用。而多点拉伸是在预热辊和冷却辊之间装有不同转速的辊筒,借每对辊筒的速差,使厚片逐渐拉伸。辊筒之间的间隙很小,一般不允许有滑动现象,以保证薄膜的均匀和平整。然后进行横向拉伸,采用热风循环的加热形式,能提高热能的利用效率,同时减少功耗。烘箱内部的风道采用两两对称的结构,上、下烘箱也是对称分布,这样烘箱内部热量分布均匀,保证薄膜受热均匀。最后进行薄膜收卷,将完成冷却后的薄膜经过导辊及牵引组件牵引至张力控制组件,展平辊,摩擦收卷装置,卷绕成一定长度或一定量的膜卷。
右图是POTOP研发的薄膜双向拉伸实验线,由五层共挤机组、铸片机、纵向拉伸机(MDO)、横向拉伸机(TDO)、自动收卷机组、中央控制系统等部分组成,各辊组温度独立控制、每个辊均独立驱动并可无级调速,烘道内各区温度单独可控,在定制的模式下视材料的工艺条件可满足HDPE、LLDPE、PP、PET、PVDF、PA等各种塑料薄膜、各种加工工艺的实验需求。可实现塑料薄膜的在线拉伸,也可离线制备纵横向拉伸薄膜。
结论
由于双向拉伸工艺的固有特点,使得该工艺下的薄膜能够速度扩展,薄膜拉伸工艺是塑料薄膜生产中的核心技术之一。通过合理的拉伸取向和双向拉伸处理,可以显著提升薄膜的物理性能和应用价值,在实际生产中,需要根据不同的产品需求和工艺条件选择合适的拉伸方法和工艺参数,以确保生产出高质量的薄膜产品。