双向拉伸聚酯薄膜的拉伸工艺及性能研究

双向拉伸聚酯薄膜的拉伸工艺及性能研究

李建通

佛山杜邦鸿基薄膜有限公司    广东省佛山市  528000

本文主要通过对国内外聚酯薄膜生产线的比较，阐述我国聚酯薄膜工业发展的历史和进展，包括现阶段技术的主要技术特点，以及双向拉伸技术的实践和我国工业生产应用现状，介绍影响聚酯薄膜工业生产的主要机械设备类型和工艺流程。

关键词：聚酯薄膜；双向拉伸技术；纵向拉伸；工艺流程。

聚酯薄膜双向拉伸的主要方法是用风机将聚酯切片原料吹入干燥塔。风干结晶后，通过沸腾床或干燥塔，在一定温度下，用干燥压缩空气除去聚酯切片原料的结晶水。通过加热和挤压使聚酯原料熔融塑化成均匀的流体，通过挤出机、粗过滤、主过滤、计量泵，熔体管等，再经过模头挤出到急冷辊表面，制成厚片材，再经纵向拉伸和横向拉伸成薄膜，之后经过牵引测厚，切边，电晕处理等收卷成整卷大膜，最后经过分切机切成客户所需规格薄膜产品。

1、双向拉伸聚酯薄膜产业发展现状

BOPET聚酯薄膜用途广泛，常用于包装印刷、食品药品包装、烫金转移、覆合涂胶、热转移打印基膜、电工电容器绝缘材料等。然而，随着我国在高分子材料研发的各个方面研究取得突破，高分子聚酯薄膜材料的应用范围明显扩大，如应用于光伏太阳能、OLED显示材料、手机电子产品光学部分复合材料和航空航天作为动力电池基础材料等，另外双向拉伸聚酯薄膜材料在家电生产应用方面也有更多的拓展。目前，国内多家材料生产企业已开始深入推出双向拉伸聚酯薄膜材料新产品，通过开发不同特性的聚酯薄膜材料，适应未来技术发展，进入不同材料加工应用市场，大有可为。近年来，我国尚未完全掌握优质聚酯薄膜材料的全部制造技术，仍需从发达国家进口大量特种聚酯薄膜产品。这种优质的聚酯薄膜材料广泛应用于节能环保、高科技电子产品、航空航天等应用领域，但现在中国的关联公司正在进行全面而深入的技术研发。因此，对双向拉伸聚酯薄膜制造和材料应用的重要技术研究仍具有很高的市场价值和前景。

2、双向拉伸聚酯薄膜生产设备及工艺流程

2.1采用双向拉伸工艺技术制造的聚酯薄膜

双向拉伸工艺是指采用了纵向拉伸工艺和横向拉伸工艺技术，通常是先经纵向拉伸再进行横向拉伸的过程。但随着设备和工艺技术的发展，也出现了同步拉伸的设备，可以把铸片直接进入烘箱内由链夹进行纵横向同步拉伸，获得性能更优异的双向拉伸薄膜。

2.2原料

生产双向拉伸聚酯薄膜所需的原料是聚酯切片，聚酯切片也称为聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚酯切片分为光料切片（单纯聚酯切片）和含有添加剂的母料切片。聚酯母料切片原料根据产品工艺的需要，在聚酯切片合成过程中，加入二氧化硅、二氧化钛、碳酸钙等化学物质，可以根据聚酯薄膜的工艺要求进行配方调整。聚酯切片的合成工艺一般由精对苯二甲酸与乙二醇直接混合反应制得，一般采用搅拌、调配、酯化、聚合、挤出成形、切片等工艺步骤制备。

2.3结晶干燥过程

聚酯切片通常同时进行结晶和干燥过程，然后进行双向拉伸。结晶和风干过程的主要目的是提高聚合物的软化点，防止聚酯切片颗粒在加热、输送、熔化过程中相互粘附形成小块。同时，聚合物中的水分可以通过风干工艺去除，聚合物中的水分在熔融过程中也会水解聚合物形成气泡。在聚酯切片的结晶和风干工艺流程中，通常使用的设备是结晶床或干燥塔和干燥空气制备装置，通过空压机、除湿机等进行风干。另外近年挤出设备厂商也有改进工艺，在挤出机加料段直接通过真空泵去除聚酯原料水分和低分子挥发物，这种工艺更加高效节能。

2.4熔融挤出

制造聚酯薄膜的过程需要经过熔体挤出工艺，熔体挤出过程中使用的机械设备通常分为挤出机、计量泵和过滤器。挤出机的主要作用是对经过结晶化、风干等预处理的聚酯切片进行内部加热，经过挤出机螺杆挤压、熔融、塑化成均匀的聚酯熔体。计量泵的主要作用是在整个挤出过程中提供稳定的压力和流量。熔融聚酯熔体在适当的压力下以克服流体的摩擦阻力并最终确保恒定的产品厚度。滤网、过滤碟的主要作用是过滤除去熔融熔体中的杂物。在整个熔融挤出过程中，熔融的聚酯熔体中会含有原料带来的杂质、异物，另外也会产生凝胶颗粒、降解碳化物等杂质，这些会影响产品的质量，使用过滤器将经过计量泵后的熔体内的杂质过滤分离，以保证熔体清洁纯净。

2.5铸片系统

2.5.1结构类型

铸造离不开模具，而模具的结构与铸件的质量息息相关。由于模头的特殊结构，模腔允许原料通过导管直接流入模腔，并在电加热器的帮助下，致使原材料在合适加工温度。模唇是原材料的出口，通常位于模头底部。通过调整模唇背面与模唇连接的螺丝，可以灵活的调整模唇间隙，以控制铸片和薄膜产品厚度。衣架T型模具最为常见。这种模头可以将模腔内的已熔融塑化成均匀的流体（聚酯原料）保持加热到270~280摄氏度，并借助挤出机、计量泵将流体（聚酯原料）连续浇铸在冷鼓表面，形成厚度均匀的连续铸片，这是生产线控制产品厚度和均匀性最关键的工序。

2.5.2模唇

由于模唇是流体（聚酯原料）的主要出口，平滑光洁的模唇才可以保证铸件质量。如有其他损坏，如模唇破损，会影响铸件的质量，因此模具加工性能要求非常严格，以确保最高质量的模具。其中，合格模唇的镀铬厚度一般在25μm以上，硬度一般在65-70HRC左右，保证了最高的光洁度。约10至30微米。

2.5.3调整模唇开度

模唇的开度是铸造产品质量的一个重要因素。铸片层的厚度直接受铸片制造时模唇间隙的大小和铸片通过急冷辊后的直线运动速度的影响。模具调整唇口间隙可以手动调整，也可以通过电脑调整螺栓加热和冷却来调整。在制造过程中，测量切片厚度也离不开在线测厚仪的使用。使用该装置，将检测到的厚度信号上传到中控室的电脑，由电脑进行调节。加热或冷却螺栓。不同的温度控制设置可以改变热膨胀螺栓的伸长或收缩来改变薄片的厚度。注意的问题是不能频繁或大幅度调整模唇开口，但可以实现0.5mm开度的自动微调。模头铸片的厚度与急冷辊的速度和计量泵的挤出速度相关，急冷辊的速度升高或计量泵的挤出速度降低，薄膜会变薄，反之薄膜侧变厚。在实际制造中，必须将铸片拉伸比保持在规定的范围内，以保证铸件的质量。

在双向拉伸聚酯薄膜的制造过程中，铸片系统由模头、急冷辊和静电吸附装置组成。模头温度是整个铸片系统的重要组成部分，直接影响铸片的厚度和平整度，因此必须严格限制模具的温度控制范围。最佳温度控制范围约为265至280摄氏度，在此范围内的模具温度可以保证铸片的稳定平衡。铸片系统原理是随着熔体流出模头，在急冷辊的表面，迅速冷却成铸片。辅助设备静电吸附装置的主要作用是通过高压电场极化铸片，使之与急冷辊紧密接触，提高冷却效率，防止铸片与冷却辊表面进入气泡，影响铸片的平整度，最终形成质量完好的铸片。

2.6纵向拉伸

双向拉伸聚酯薄膜制造过程中的纵向拉伸过程通常经过辊筒来实现。基本原理是利用辊筒之间的角速度差进行垂直纵向拉伸。纵向拉伸步骤的具体步骤是使用纵向拉伸机将聚酯铸片在高温下加热，进行纵向拉伸。纵拉设备一般由预热辊、拉伸辊、冷却辊和传动装置组成。铸片在此过程中，拉伸变形通常是通过一个或多个变形区完成的，根据复合拉伸变形方法，分为低温大间隙拉伸变形和中/高温小间隙拉伸变形两种工艺。

2.7横向拉伸：

经纵向拉伸后的聚酯铸片到横拉入口，由导边探测器控制两边链夹夹住铸片的边缘，引入横拉机；在横拉机内烘箱的热风加热下，按工艺设定温度经过预热、拉伸、定型、冷却区，链轨由窄变宽，使铸片拉伸成为薄膜。

2.8牵引：

拉伸成型的薄膜经过由多个辊筒组成的牵引机展开，由测厚仪测量膜厚，经切边系统切除边料回收，再经电晕处理后引向收卷机。

2.9收卷：

牵引机引出的大膜经香蕉辊和展边压轮，在收卷压辊 一定压力和收卷张力下卷成整卷大膜，收到设定长度时自动换卷、斩膜，用吊车吊下送至大膜架上待检。

2.10质量检验：

大膜从收卷机吊下，放在指定大膜架上，由质检员取样进行检验；主要检验项目有：大膜外观检验、偏光镜检查、雾度检测、光泽度检测、摩擦系数、拉伸强度、断裂伸长率、F5值、弹性模量、热收缩率、电晕值等检测项目。各项性能符合质量标准后才可分切。

2.11分切：

生产的大膜经检验合格后，按生产任务的规格分切成一定宽度和长度的产品，经分切产品外观检验合格后包装入库。

2.12回用系统：

生产过程中产生的铸片、牵引切除的边料、破膜或转规格时的废膜、分切边料或其它废膜都需要回收再造，以降低成本、节约环保。其过程：首先把废膜经破碎机破碎成细小的片料，送到碎片仓，再经团粒机熔压造粒，造成团粒料，由管道送到回用料仓，可按一定比例与新原料混合使用。另外也有将破碎的片料通过挤出机熔融、过滤后，通过模头挤出成面条状，经过水槽冷却，切片、风干制成聚酯切片，由管道送到回用料仓，也可按一定比例与新原料混合使用。

结语

近10年来，由于国外双向拉伸聚酯薄膜设备生产线技术的飞速发展，我国大部分优质BOPET薄膜生产线均采用进口设备制造，我国聚酯薄膜产业在竞争中不断发展，从市场到技术都参与了国际竞争。尤其是拓展到用于光学、太阳能、节能环保、家电、智能电子产品等新兴应用领域的聚酯薄膜的生产，需要大量进口设备，因此中国企业将对现有生产工艺技术进行研究和创新。中国只有了解聚酯薄膜材料的工艺流程和先进技术，另外需要机械、金属加工、机电、软件等产业不断进步，才能彻底突破目前只能进口国外先进生产线的制造现状。

参考文献

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