雙向拉伸聚丙烯薄膜工藝研究

徐志明

摘要：本文主要介紹了雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜的概念、特性、生產方法及工藝流程。以及BOPP薄膜生產過程中的取向和結晶對薄膜機械力學性能和光學性能的影響。

關鍵詞：膜 雙向拉伸聚丙烯薄膜 生產工藝 結晶

1 膜和BOPP薄膜介紹

1.1 膜 所有的膜工藝過程的核心當然是膜本身，以及在膜上和膜中發(fā)生的據不傳遞過程。對于膜組件來說，還必須考慮常量沿工藝流程段的變化情況。在膜裝置中要對膜組件進行組合連接，最后，在總工藝過程的情況下，就必須考慮膜裝置與其他配套分離設施之間的最佳耦合濃度。從經濟的觀點來看，以下兩個特性對于所有的膜過程都是至關重要的：

1.1.1 模的選擇性，即將混合物中的組分分離開來的能力，例如，將醇和水分離開來，或者將鹽離子和水分離開來。

1.1.2 模的效率，即在一定的操作條件下可達到的滲透物通量。

1.2 BOPP薄膜產品的分類和特性 BOPP薄膜在包裝行業(yè)應用范圍廣，產品種類比較多。目前BOPP行業(yè)主要根據BOPP薄膜的用途和外觀對它們進行分類。

1.2.1 普通印刷膜 普通印刷膜厚度在15-25μm之間，因為要使不同顏色的油墨印刷在聚丙烯薄膜的表面上。

1.2.2 防偽鐳射膜 防偽鐳射膜是近年來BOPP薄膜應用領域一個新的開拓。它是將BOPP薄膜經過壓印機壓印，使薄膜的折射率發(fā)生變化，從而使薄膜在光線照射下，映出防偽圖案或防偽標志。

1.2.3 珠光膜 珠光膜是在BOPP薄膜生產中，在薄膜芯層添加一定比例的珠光母粒，拉伸而成。

1.2.4 電工膜 電工膜主要用于電子元器件的包裝。電工膜的厚度非常薄，一般為4-10μm。

1.2.5 消光膜 消光膜具有良好的包裝效果，在光線照射下，給人以柔和的視感，因而深受消費者的喜愛。

2 影響B(tài)OPP薄膜物理、力學性能的因素

2.1 原材料性能 工業(yè)化生產BOPP薄膜用主料的主要成分是PP。PP是一種典型的立體規(guī)整性聚合物，根據烴基在分子平面兩側的分布，可分為等規(guī)PP、間規(guī)PP和無規(guī)PP。研究表明，等規(guī)度越大，結晶速率越快，薄膜產品的屈服強度和表面硬度會明顯增大，而無規(guī)PP在聚合物中起內部潤滑劑的作用，并有利于聚合物定向，有助于改善薄膜的光學性能。實踐證明，只有等規(guī)PP的質量分數為95%～97%，無規(guī)PP的質量分數為3%～5%的PP才適合生產BOPP薄膜，并且一般選用熔體流動速率為2～4g/10min的PP。另外，通過在PP薄膜的表面上共擠出一層或多層熔點較低的共聚物，可以擴大BOPP薄膜在包裝工業(yè)中的應用范圍。

2.2 縱、橫向拉伸比 拉伸比是一個很重要的工藝參數，無論是縱向拉伸比，還是橫向拉伸比，對BOPP薄膜的物理、力學性能都有重大的影響。在一定的溫度下，拉伸比愈大，PP分子鏈的取向度愈大。即薄膜的力學強度提高、模量增大、斷裂伸長率減小，沖擊強度、耐折性增大，透氣、光澤性變好。BOPP薄膜生產過程中的取向主要發(fā)生在縱向拉伸和橫向拉伸過程中，在經過縱向拉伸后，高分子鏈呈單軸縱向取向，大大提高了鑄片的縱向力學性能，而橫向性能劣化。進一步橫向拉伸后，高分子鏈呈雙軸取向狀態(tài)。隨著分子鏈取向度的提高，薄膜中伸直鏈段數目增多，折疊鏈段數目相應減少，晶片之間的連接鏈段逐漸增加，材料的密度和強度都相應提高，而斷裂伸長率降低。因此雙向拉伸可以綜合改善PP薄膜的性能。

2.3 溫度 拉伸各區(qū)的溫度分布是影響B(tài)OPP薄膜拉伸取向、結晶的關鍵因素。溫度是通過聚合物粘度和松弛時間的作用來影響取向過程的。溫度升高，聚合物粘度降低，在恒定應力作用下，高彈形變和粘性形變都要增大，高彈形變增加有限，粘性形變發(fā)展卻很快，有利于聚合物取向。

2.3.1 在高于粘流溫度Tf或熔點（Tm）溫度拉伸時，聚合物的大分子活動能力很強，在很小的外應力作用下就會引起分子鏈解纏、滑移和取向，然而在高溫作用下，其分子的解取向速率也會加快，使有效取向度降低。

2.3.2 當溫度逐漸升高到Tg以上時，聚合物具有彈性，熱運動的能量克服了某些物理交聯(lián)點的牽制，使鏈段產生運動，但整個分子鏈尚不能移動。

2.3.3 當在Tg以下拉伸時，外力只能引起分子鏈伸縮、振動和鍵角的微小改變。塑料薄膜的拉伸溫度一般在Tg～Tm(或Tf)之間，具體溫度根據聚合物的性能決定。

3 結晶

晶態(tài)結構是高聚物中三維有序的最規(guī)整的聚集態(tài)結構，結晶是BOPP生產加工過程中不可回避的問題，PP結晶的速度、結晶的完善程度、結晶的形態(tài)、晶體的大小等對生產工藝、薄膜性能都有非常重要的影響。

3.1 結晶對生產工藝調整的影響 均聚PP有α、β、γ、δ和擬六方共五種晶系，其中α晶系屬單斜晶系，是最常見、最穩(wěn)定的結晶。PP結晶貫穿著從熔體擠出到時效處理等BOPP生產的整個過程。為了提高成膜性，PP擠出時采用驟冷鑄片，以控制結晶的生成，降低結晶度；在雙向拉伸時要求結晶速度較慢，以利于拉伸取向，較早、較快的結晶和較大的結晶顆粒都有可能導致破膜；在橫拉后熱處理定型階段，為了提高剛性和強度，要求產生并加速結晶。

3.2 結晶對BOPP性能的影響 薄膜中PP的結晶度和晶體尺寸對BOPP薄膜的機械力學性能和光學性能有重要影響。結晶度高則強度高，韌性差；晶體尺寸小而均勻，有利于提高薄膜的力學強度，耐磨性、耐熱性，提高薄膜的透明度和表面光澤度。

從結晶的角度來看，要生產高質量的BOPP薄膜，應盡量減小PP晶體的尺寸，一般可以從兩個方面考慮，其一，工藝調整，如各段的冷卻速度、溫度、拉伸比、拉伸速度等；其二是配方，如主料PP的選擇、成核劑的使用等。

4 BOPP薄膜生產中常見的問題及解決辦法

4.1 橫向條紋

4.1.1 大間距橫向條紋其產生原因主要有擠出熔體壓力不穩(wěn)、急冷輥轉速或溫度不均遇到此類情況，最好適當延長提速時間，待線速度穩(wěn)定后，橫向條紋自然消失。還有一種比較常見的情況，就是原料因素。在各項工藝條件控制較好，經多次調整無明顯改善時，就要考慮更換原料。

4.1.2 小間距橫向條紋小間距橫向條紋在實際生產過程中并不常見，產生原因有4點：機頭的角度不適宜、風刀角度或風量不適宜、機頭附近氣流影響、急冷輥轉速不穩(wěn)。可從這4個方面加以解決。

4.2 縱向條紋 在鑄片過程中，有時會看到擠出鑄片局部、固定位置處有連續(xù)縱向條紋。如果用這種鑄片來生產BOPP薄膜，將導致薄膜橫向厚度不均勻；收卷、分切薄膜外觀出現明顯的突起(暴筋)或縱向條紋。消除縱向條紋通常采取的措施有：①選用結構合理、質量好的模頭，保證唇口光潔，不得有任何機械損傷。②加強熔體過濾。③及時清除唇口上的雜物，做好機頭維護工作。④提高氣刀吹風的均勻性。⑤合理控制擠出各段溫度。⑥調整好機頭相對急冷輥的位置。

4.3 出現氣泡 如果熔體中夾帶雜質，原料含水率過高，擠出溫度過高，物料加熱時間過長或者擠出機、過濾器中積存空氣或降解物等情況時，鑄片中就可能出現氣泡。在正常生產過程中如果出現氣泡，要仔細觀察氣泡形狀、顏色等，分析產生原因并加以解決。

4.4 邊緣不整齊 鑄片邊緣不整齊可能是由于模唇兩端密封件損壞造成邊部漏料，也可能是壓邊系統(tǒng)不正常，或者是擠出熔體壓力不穩(wěn)。查明原因后要及時使用相應的方法解決，否則容易造成橫拉脫夾。