擠出工藝對聚酯薄膜透明度的影響分析

滕巖

富維薄膜（山東）有限公司 山東 濰坊 261061

擠出工藝對聚酯薄膜透明度的影響分析

滕巖

富維薄膜（山東）有限公司 山東 濰坊 261061

聚酯薄膜雖擁有優(yōu)良的高透明性，但國內(nèi)所生產(chǎn)的聚酯薄膜因其透明度不夠高，而不能應(yīng)用于高檔玻璃貼膜及液晶顯示屏等行業(yè)。本文對擠出工藝對聚酯薄膜透明度的影響進(jìn)行了詳盡的研究分析，并提出了高透明聚酯薄膜生產(chǎn)的最佳橫向拉伸工藝。

聚酯薄膜 橫向拉伸 透明度

隨著液晶顯示行業(yè)、國家對減排及能源節(jié)省的要求以及太陽能應(yīng)用等行業(yè)的快速發(fā)展，市場對高透明聚酯薄膜的需求越來越大。例如：一張液晶顯示屏背板，單純的最終產(chǎn)品需要用到的高透明聚酯薄膜有反射膜、上擴散膜、下擴散膜、上增亮片、下增亮片、上偏光片保護膜、下偏光片保護膜、保護膜等7～8層聚酯薄膜，而且在各層膜的加工、運輸?shù)冗^程中，都要用到高透明聚酯薄膜進(jìn)行防護。據(jù)PCI預(yù)測，2011年中國特種型聚酯薄膜市場需求量為30萬噸；未來5年內(nèi)，中國特種型聚酯薄膜市場需求年平均增長率為12%。特別是電子用途的聚酯薄膜市場年增長率為17.2%，市場發(fā)展前景非?？春?。但受經(jīng)濟條件等的制約，國內(nèi)此行業(yè)各公司對聚酯薄膜研發(fā)投入較少，這是國內(nèi)聚酯薄膜行業(yè)存在的最大問題。所以對聚酯薄膜的透明性能進(jìn)行深一步的研究，是非常迫切和必要的。

1 擠出工藝簡介

1.1 擠出機

擠出機主要由螺桿和加熱的螺筒構(gòu)成按效能分為進(jìn)料段，壓縮段和計量段（圖1擠出機結(jié)構(gòu)示意圖）[1]。聚酯切片在進(jìn)料段被壓緊，在壓縮段利用提供內(nèi)壁熔體膜產(chǎn)生的剪貼熱進(jìn)行熔融 ，計量段將沒有完全熔融的料團破碎成細(xì)小的顆粒，在之后的流動中完全熔融[2]。擠出機各區(qū)域溫度的工藝設(shè)置，是根據(jù)其螺桿各區(qū)域本身構(gòu)造的不同確定的，一般情況下，因進(jìn)料段的螺桿較長，為便于排氣，進(jìn)料段的溫度設(shè)定較低，而壓縮段的螺桿相對較短，所以溫度設(shè)定最高。如果擠出機進(jìn)料段溫度設(shè)定過高，則會使聚酯切片表面熔融發(fā)生粘連，造成聚酯切片在擠出機內(nèi)輸送不暢，引起擠出機壓力波動[3]。

圖1 擠出機結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 金屬分離器

圖3 計量泵示意圖

經(jīng)過干燥的聚酯切片經(jīng)由干燥塔進(jìn)入主擠出機。聚酯切片在進(jìn)入主擠出機之前，必須經(jīng)過一臺金屬分離器。金屬分離器的作用為將聚酯切片（包括再造粒切片）中混有的金屬及時分離，防止金屬進(jìn)入到擠出機，對擠出機造成損傷。主擠出系統(tǒng)采用的是電感式金屬分離器，此分離器是利用電磁感應(yīng)作為傳感器，通過電磁閥控制氣缸，使下料管擺動及時分離出帶有金屬的物料。 這種裝置可以分離各種金屬圖2為電感式金屬分離器的結(jié)構(gòu)示意圖。正常工作的時候，聚酯切片從入口管直接落下，當(dāng)聚酯切片中混有金屬類雜質(zhì)時，氣缸受到感應(yīng)線圈磁場的變化的控制，進(jìn)行動作，將下料管拉向側(cè)面，將含有金屬雜質(zhì)的聚酯切片排出。金屬雜質(zhì)被排出以后，下料管就回到原位置。金屬分離器通常安置在料斗的上方，這樣可以完全排出混入聚酯切片中的金屬雜質(zhì)。

聚酯沿著擠出機螺桿推進(jìn)時，經(jīng)過粘度的變化、所受壓力的變化及溫度的變化等，聚酯在螺桿上的各個區(qū)域所經(jīng)歷的各變化是不同的。

加料段 擠出機螺桿加料段的主要作用是輸送聚酯切片，將聚酯切片輸送到螺桿的壓縮段，同時對聚酯切片進(jìn)行預(yù)加熱，將聚酯切片間的空氣從下料漏斗排出。

壓縮段擠出機螺桿壓縮段的主要作用是擠壓聚酯切片，將切片壓實，同時將聚酯切片進(jìn)行加熱，將空氣向加料段方向排走。聚酯切片在螺桿的壓縮力、剪切力的作用下，產(chǎn)生大量摩擦熱，同時受到機筒加熱的熱量，聚酯在此段由固態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴趹B(tài)。

計量段擠出機螺桿計量段的作用是將熔融的聚酯穩(wěn)定的擠出，同時使擠出機螺桿產(chǎn)生返壓，使沒有完全熔融的聚酯得到均化。擠出機計量段的長度對其擠出的聚酯熔體的質(zhì)量有較大的影響。增加計量段的長度，對聚酯的混合和分散有利，但計量段過長會造成聚酯熔體溫度過高，產(chǎn)生熱降解。

1.2 計量泵

聚酯熔體在經(jīng)過擠出機以后，需要通過過濾器進(jìn)行過濾，而過濾器的阻力很大。所以，聚酯熔體的逆流量較大，所產(chǎn)生的背壓也較大。因此，為了能夠產(chǎn)出具有良好厚度均勻性的聚酯薄膜，在擠出機機頭必須有穩(wěn)定的背力，且此背壓大小要達(dá)到一定的高度，為實現(xiàn)擠出機機頭的背壓，需要在過濾器前、擠出機后安置精確度較高的熔體計量泵（圖3 計量泵示意圖）[4]。

正常情況下，計量泵是在工作壓力8 MPa－12MPa，溫度260℃－280℃的條件下使用的。因擠出壓力的波動對聚酯薄膜縱向的厚度影響很大，計量泵可以通過兩種控制方法實現(xiàn)其壓力的穩(wěn)定性。方法一是當(dāng)過濾器因使用時間較長，雜質(zhì)較多阻力加大時，計量泵可自動調(diào)節(jié)急冷輥的速度，使聚酯薄膜的厚度保持不變。另一種方法是當(dāng)過濾器阻力加大時，計量泵自動調(diào)節(jié)其自身轉(zhuǎn)動的速度，使聚酯薄膜的厚度保持不變。以上兩種通過計量泵調(diào)節(jié)保持聚酯薄膜縱向厚度均勻性的控制方法，在現(xiàn)在的聚酯薄膜生產(chǎn)線都可實施。

1.3 模頭

生產(chǎn)聚酯薄膜的模頭目前都是使用T型衣架遞減式自動控制機頭，利用薄膜測厚儀-自動反饋裝置調(diào)節(jié)模頭開度。模頭加熱溫度的控制精度、模頭內(nèi)腔的光潔度及加工精度的要求都十分高，而且模頭內(nèi)腔不允許有死角、需要鍍鉻，唇口為直角、不能有損傷，安裝時要調(diào)好機頭對冷鼓的傾斜角度，避免擠出偏差出現(xiàn)縱向條紋[5]。

鑄片的形狀和尺寸取決于模頭的構(gòu)造及大小。模頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（支管直徑、傾斜尺寸、定型段長度等）是根據(jù)聚酯的性能、熔體流動特性等因素進(jìn)行設(shè)計的。本實驗使用的是共擠法生產(chǎn)復(fù)合薄膜的三層共擠專用模頭，擠出的各種聚酯沿各種管線流入模頭，在模頭內(nèi)，各層聚酯熔體沿著各自流道流動，三層熔體在模唇處匯合，并一起從模唇流出。用這種模頭擠出的聚酯片材，各層的厚度相對比較均勻，聚酯熔體之間互相混熔量較少。圖4為模頭的示意圖。模頭唇口之間的間隙是決定薄膜厚度最關(guān)鍵的因素。

2 擠出工藝對透明度的影響實驗

為實驗擠出工藝對聚酯薄膜透明度的影響，在其他工序的工藝（包括原料配比）相同的情況下，對擠出系統(tǒng)的工藝溫度進(jìn)行了五次調(diào)整性實驗，五次試驗的擠出工藝溫度逐漸升高。因聚酯切片的熔點在262℃左右，所以擠出系統(tǒng)的溫度設(shè)定要高于聚酯切片的熔融溫度。在以往的聚酯薄膜生產(chǎn)中經(jīng)驗所得：若擠出機溫度低于268℃，則可能部分聚酯原料沒有完全熔融，造成擠出機負(fù)載過大；若擠出機溫度高于285℃，則易造成大量聚酯原料降解，從而影響正常生產(chǎn)。所以擠出機的工藝溫度設(shè)定不易過高或過低，五次實驗的工藝溫度范圍為268℃到285℃因擠出系統(tǒng)中的連接管線、計量泵、過濾器、模頭等部位，在整個過程中的起到輸送、計量、過濾等作用，不對聚酯的熔融性起作用，所以對其工藝不進(jìn)行調(diào)整。

通過對擠出機工藝先后五次的工藝調(diào)整，所生產(chǎn)的聚酯薄膜的透明度統(tǒng)計對比分析（表4.4擠出工藝調(diào)整實驗），發(fā)現(xiàn)擠出機的工藝溫度在268℃時，所生產(chǎn)的聚酯薄膜的透明度最高（99.5%）；擠出機的工藝溫度在285℃時，所生產(chǎn)的聚酯薄膜的透明度最低（98.0%）；即擠出機的工藝溫度越低，所生產(chǎn)的聚酯薄膜的透明度越高。分析原因為溫度越高，聚酯原料越易產(chǎn)生熱降解，熱降解所產(chǎn)生的小分子同樣可降低聚酯薄膜的透明度。

圖4 模頭示意圖

表1 擠出工藝調(diào)整實驗

從表1可以得出以下結(jié)論：擠出機溫度設(shè)定在268℃～275℃時，所生產(chǎn)的聚酯薄膜的透明度較高。

3 總結(jié)

通過以上實驗結(jié)果分析確定，擠出機溫度為268℃時所生產(chǎn)的聚酯薄膜的透明度最高，但考慮到在實際生產(chǎn)過程中，擠出機溫度越低，熔融聚酯的粘度越高，所產(chǎn)生的壓力越大。所以根據(jù)實際生產(chǎn)，對擠出機溫度一定的選用范圍，確定選用主機擠出機溫度為268℃～275℃，作為生產(chǎn)高透明聚酯薄膜的最佳擠出工藝。

[1]楊始 .雙向拉伸聚酯（PET）薄膜生產(chǎn)工藝技術(shù)（4）━聚酯（PET）的擠出[J].聚酯工業(yè)，2006,19(1):60-62

[2]馬馳.聚酯薄膜厚度自動調(diào)整系統(tǒng)[J].聚酯工業(yè)，2006,19(6):46-48

[3]任小龍，劉慶.計量泵在聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究[J].絕緣材料，2007,8(4):25-26

[4]孫永安.BOPET薄膜生產(chǎn)過程中模頭流出物的紅外光譜分析[J].光譜實驗室，2004,21(6):1100-1102

[5]胡羅斌.基于PLC塑料薄膜生產(chǎn)線的改造[D].南昌大學(xué)碩士論文，2008-06-12

The influence of Exrution process to the clarity of BOPET

Teng Yan
Fuwei Films(Shandnog) Co,Ltd

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BOPET exrution clarity