雙向拉伸薄膜

BiaxiallyOrientedPlasticsFilm雙向拉伸薄膜

BOPF主要內容加工原理概述生產工藝及設備工藝參數控制新技術及發(fā)展方向概述BOPF的含義經物理、化學、機械等手段特殊加工，在低于薄膜熔點、高于玻璃化溫度下，對厚膜或平片同時或分步進行縱向和橫向拉伸，然后在張緊狀態(tài)下進行熱定型處理而制得的制品。概述目前，已經實現(xiàn)工業(yè)化生產的雙向拉伸薄膜有：聚丙烯（PP）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺（PA）、聚苯乙烯（PS）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、聚氯乙烯（PVC）、輻射交聯(lián)聚乙烯（CIPE）、聚乙烯醇（PVA）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚偏氟乙烯（PVDF）等。最近的研究包括可完全生物降解的聚乳酸（BOPLA）薄膜、采用茂金屬催化劑和雙峰技術合成的線型低密度聚乙烯（LLDPE）、可采用雙向逐次拉伸工藝生產BOPE等。BOPF的品種

聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、尼龍薄膜的生產量最大，應用范圍最為廣泛。概述性能特點25341拉伸強度和彈性模量增加沖擊強度和彎曲強度增加耐寒、耐熱性提高電絕緣性提高材料利用率提高概述BOPF的應用軟磁盤印花膜概述BOPF的應用太陽能板印刷電路板電腦貼膜BOPP合成紙概述1958年意大利Montecatini公司首創(chuàng)

BOPP薄膜生產技術。1959年和1962年歐美及日本相繼開始生產。當時的拉伸方法就有管膜法和平膜法。我國BOPF薄膜是在1972～1973年間，由桂林電器科學研究所、嘉興絕緣材料廠、晨光化工研究院開始試制的。1980-1997年我國共引進63條BOPP生產線，16條BOPET生產線。成型加工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聚物的高彈態(tài)下通過縱拉機與橫拉機是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在平行于薄膜平面的方向上進行取向而有序排列;并在拉伸狀態(tài)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(xù)處理便可制得理想的塑料薄膜。成型加工原理纖維、撕裂膜（有人稱尼龍草，類似于麻的捆扎繩）等單軸取向

塑料薄膜、桶、盆、瓶等雙軸取向UniaxialorientationBiaxialorientation取向成型加工原理1取向態(tài)聚合物中的分子鏈和/或鏈段和/或微晶的某一晶軸或晶面，朝著某一方向或平行于某一平面占優(yōu)勢的排列，即取向，這種聚合物就處于取向態(tài)。2取向單元成型加工原理①取向的線型非結晶聚合物A

高分子大體取向，大鏈段取向，小鏈段不取向。B大的取向單元取向難，解取向也難；小的取向單元取向容易，解取向也容易。C取向使高分子呈現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)。？取向使高分子呈現(xiàn)比較伸展的狀態(tài)，能量狀態(tài)較高，聚合物中凍結有促使高分子回復到卷曲構象

狀態(tài)的回彈力，所以是不穩(wěn)定的狀態(tài)。②取向的線型結晶聚合物如丙綸、滌綸A高分子大體上取向，微晶取向，微晶間非晶區(qū)高分子小鏈段不取向。B

其取向態(tài)結構是由微晶固定的，若微

晶不被破壞，不會發(fā)生解取向，只有

當溫度升高到接近Tm時，微晶熔融，才會發(fā)生解取向。丙綸、滌綸耐熱性好的原因成型加工原理

取向態(tài)結構的形成1形成的條件高分子取向態(tài)聚集態(tài)結構都是在成型加工成制品過程中形成的。取向是某些取向單元沿取向方向擇優(yōu)排列是要通過流動或拉伸形成的。原因成型加工原理

雙軸取向吹塑薄膜、吹塑中空制品（瓶、桶）沿平面方向拉伸、吹脹PE膜、PP膜、PVC膜、PET膜①②雙向拉伸薄膜膜片在一定溫度下沿X、Y軸方向拉伸雙軸拉伸的PP膜、PET膜2成型加工原理雙軸取向的意義沿平面取向取向增強①沿取向方向主要是化學鍵對抗外力作用②取向后結構均化③一些裂紋也取向，大大減小了應力集中效應原因成型加工原理性能BOPP薄膜未拉伸PP薄膜斷裂伸長率/%65~80300~600拉伸強度/Mpa120~25020~40拉伸模量/Mpa1900~2500600~900濁度/%1~2.52~4熱收縮率/%120℃,2min4~50使用溫度/℃-50~1200~120氧氣透過率[g/(m2.24h*0.1mm)]1.1~1.33.3成型加工原理表1BOPP薄膜拉伸前后性能對比雙軸取向改善了薄膜的力學性能、光學性能、熱性能及阻隔性能。生產工藝及設備工藝方法分類成型工藝平面拉伸法單向拉伸平面雙向拉伸同時雙向拉伸縱-橫拉伸法縱-橫-縱拉伸法管膜法平面擴張拉伸法吹塑法泡管法吹塑拉伸法平面雙向拉伸法使用最多生產工藝及設備生產工藝及設備工藝流程生產工藝及設備生產工藝及設備三層共擠雙向拉伸薄膜生產設備生產工藝及設備三層共擠示意圖生產工藝及設備（1）配料與混合配料大有光切片：薄膜的主體母料切片回料再生切片：降低物耗,循環(huán)利用。改性或功能切片為增加薄膜表面的粗糙度,避免薄膜之間的粘連,改善薄膜收卷性能，需加入添加劑如：SiO2、CaCO3等。生產工藝及設備（2）結晶及干燥

對于PET等聚合物，高溫下微量的水、酸或堿等雜質會使聚合物降解，且軟化點較低，易在干燥塔內和擠出機加料口處由于高溫粘連結塊產生堵塞現(xiàn)象。故需對此類聚合物進行結晶及干燥處理。a.真空轉鼓干燥生產工藝及設備b.氣流干燥（立式氣流干燥系統(tǒng)）混合好的物料通過旋轉閥先進入預結晶器被具有一定壓力的熱風加熱并呈沸騰狀態(tài)而結晶。經過預結晶的物料在此停留一定時間后便在循環(huán)熱風的推動下,慢慢進入充填式干燥塔中,與來自塔底的干熱空氣進行對流、熱交換,將物料中的水分帶走,完成干燥的目的。生產工藝及設備（3）熔融擠出-鑄片

將預結晶和干燥的切片通過擠出機加熱熔融并在擠出壓力的推動下，將熔體均勻地輸送到模頭處鑄片。通過擠出機將物料充分塑化并強行通過機頭口模，在冷卻轉鼓上實現(xiàn)鑄片。關鍵問題擠出熔體壓力均勻、穩(wěn)定

防止熔體過分降解及夾帶氣泡未熔物料或焦料等異物。生產工藝及設備為保證熔體均勻穩(wěn)定的流出，在擠出機之后安裝一臺高精度的齒輪計量泵，在管線中安裝靜態(tài)混合器，計量泵前后安裝熔體過濾器。帶熔體泵擠出系統(tǒng)生產工藝及設備熔體泵（計量泵）常用的熔體泵為外嚙合的二齒齒輪泵，齒輪泵是一種容積計量泵，每轉泵出量是恒定的。為保證薄膜縱向厚度均勻性，在生產過程中計量泵常用兩種控制方式，一種是計量泵速度不變，當過濾器阻力加大時，自動調節(jié)冷鼓的線速度來適應這一變化，另一種方法是隨著精過濾器阻力的增大，自動調節(jié)計量泵的速度適當加大泵出量，來保證進入模頭的熔體壓力不變。生產工藝及設備冷卻轉鼓（鑄片輥）

轉鼓上，被急冷至玻璃化溫度以下并形成無定形的透明的厚片，此過程稱之為鑄片。以PET為例，說明鑄造過程中物料的變化：通過急冷，使PET熔體在幾秒鐘內從280℃左右的高溫驟冷至50℃以下；PET從黏流態(tài)轉變成玻璃態(tài);PET熔體由完全無定形變成結晶度小于5%的無定形厚片。成型工藝及設備鑄片進入縱拉機后，在一定溫度和外力作用下完成縱向拉伸過程縱拉機由預熱輥、拉伸輥、冷卻輥、張力輥、橡膠壓輥、紅外加熱器及穿片機構熱水機組、驅動系統(tǒng)等組成。鑄片在預熱輥組間被逐步加熱到玻璃化溫度以上，接近高彈態(tài)，然后進入拉伸區(qū)。物料在高彈態(tài)下拉伸，拉伸倍數3~3.6，最大可達4倍。拉伸比越大，大分子取向越好，薄膜的拉伸強度也越大。（4）縱向拉伸成型工藝及設備從工藝角度講可把橫拉機分為進膜段、預熱段、拉幅段、熱定型段、冷卻段、過渡段及出膜段等進膜段和出膜段都在拉幅機烘箱的外部。（5）橫向拉伸將縱拉后的薄膜在預熱段進行充分而均勻的預熱，經過預熱處于高彈態(tài)的薄膜在拉幅段被進一步加熱和受橫向拉力的作用下被逐步拉寬；橫拉后的薄膜在定型段進行熱定型處理，以進一步完善薄膜的結晶過程，并消除內應力，增加其尺寸的穩(wěn)定性同時在定型段的最后一段還需有一個薄膜松弛過程，以降低薄膜的熱收縮率。冷卻段的作用是讓經過熱處理的薄膜盡快冷卻下來，使拉伸取向的結晶晶格迅速凍結，限制結晶的繼續(xù)增長，避免薄膜結晶度過高而發(fā)脆同時也防止解取向成型工藝及設備薄膜測厚儀

先進的薄膜測厚儀既具有顯示厚度的功能，還具有自動反饋控制薄膜厚度的功能。測試數據包括薄膜的縱向和橫向斷面厚度，橫向剖面平均厚度趨勢，模頭膨脹螺栓加熱功率分布。反饋控制包括控制模頭膨脹螺栓加熱功率，調節(jié)薄膜橫向厚度，控制計量泵或冷鼓的線速度，調節(jié)薄膜的縱向厚度（6）牽引及收卷薄膜先后進行冷卻、在線自動測厚、切邊、電暈處理、張力控制和自動切割收卷等操作。工藝參數控制主擠出機-計量泵組、輔助擠出機組、過濾器、熔體管道和模頭、縱拉、橫拉采用電加熱或風機空氣冷卻方式進行溫度控制。鑄片機冷鼓通常采用水浴和夾套冷卻水的方式控制溫度,因此需控制水冷卻裝置的水溫薄膜的拉伸過程實際是聚合物聚集態(tài)變化的過程。這個過程和物料的溫度密切相關。對于PET薄膜，要獲得結晶度小于5%、晶粒分布均勻的優(yōu)質厚片，需要求冷卻轉鼓表面溫度十分穩(wěn)定和均勻，溫度波動小。擠出溫度的波動，模頭溫度微小的變化都會明顯影響擠出片材的厚度公差。一、溫度的控制（1）溫度的控制工藝參數控制壓力檢測點一般分布在擠出機的出口（P1）、計量泵之前（P2）、精過濾之前（P3）、精過濾之后（P3）、機頭入口（P4）。壓力調節(jié)系統(tǒng)：一般通過控制擠出機的轉速來控制計量泵前的壓力。計量泵則可以保證物料穩(wěn)定的輸出。二、壓力的控制擠出系統(tǒng)的壓力直接影響片材的厚度均勻性。在薄膜生產過程中，幾乎所有的擠出裝置都裝有熔體壓力檢測及壓力反饋系統(tǒng)。（2）壓力的控制

在雙向拉伸薄膜的生產過程中，薄膜必須經過不同溫度區(qū)進行加熱、拉伸、冷卻，薄膜在縱向方向存在延伸和收縮，因而，薄膜傳輸設備的驅動速度要隨工藝要求做相應的改變。

需要控制的速度的設備有：擠出機的速度控制計量泵的速度控制冷卻轉鼓的速度控制：決定薄膜厚度的重要因素。輔助收卷機的速度控制縱向拉伸機的速度控制：前后兩臺電機的速度比值稱為拉伸比。橫向拉伸速度牽引機入口速度薄膜收卷機速速（3）速度的控制（4）厚度的控制成型工藝及設備新技術及發(fā)展方向以BOPET薄膜來說,目前國內雙拉生產線所生產的規(guī)格大部分是在8~75微米,在此范圍的產能已遠遠供大于求。但不大于4微米的薄型膜或150~300微米的厚膜卻有相當大的發(fā)展空間,特別是厚膜的應用范圍在不斷擴大，如液晶顯示器保護膜、太陽膜、防爆膜在汽車和建筑方面的應用。（1）薄型膜、厚型膜新技術及發(fā)展方向新技術及發(fā)展方向為了提高產能和生產效率,增強市場競爭力,薄膜雙拉生產線的幅寬已從原先的6m多發(fā)展到現(xiàn)在的10m,生產線速度也大幅度提升,200m/min提高到400m/min,不僅產能大大增加,料耗能耗也有所降低,經濟效益明顯提高。（2）高速、寬幅方向發(fā)展新技術及發(fā)展方向為了提高薄膜的綜合性能,現(xiàn)在雙拉生產線多采用A/B/A,A/B/C甚至更多層的結構。采用多層共擠可以生產多功能、特種膜,以滿足不同用途的需要,如熱封膜、高阻隔膜、抗紫外線輻射膜等。（3）多層共擠高阻隔保鮮膜新技術及發(fā)展方向熱收縮薄膜在方便食品、飲料市場、電子電器、日用商品、收縮標簽等方面都有廣泛應用,而且大多數要求單向有大的收縮率。例如橫向熱收縮,這就需要拉伸設備的設計做相應的改變,以滿足橫向高收縮的要求（4）特種薄膜雙拉生產新技術及發(fā)展方向

將PET樹脂生產裝置與PET薄膜雙拉生產線連接起來,即將聚酯縮聚釜的出料口通過熔體管與雙拉生產線的模頭、鑄片裝置、MDO,TDO等工序直接連接拉膜,可以省去結晶干燥、熔融擠出、