透明硬質(zhì)聚氯乙烯壓延膜片新型生產(chǎn)工藝

【摘要】壓延法生產(chǎn)透明硬質(zhì)聚氯乙烯膜片代表著壓延法生產(chǎn)聚氯乙烯薄膜最高工藝水平，其生產(chǎn)難度最大，但多年來工藝變化進步很小，產(chǎn)品質(zhì)量水平進步不大。本文介紹一種采用水冷卻的全新壓延工藝，闡述了其機理和結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】透明；壓延；結(jié)晶；水冷卻；聚氯乙烯

引言

壓延法生產(chǎn)透明硬質(zhì)聚氯乙烯膜片已有悠久的歷史，在工藝流程上，近年來，除了出現(xiàn)多螺桿擠出機得到廣泛應(yīng)用和主機多輥化外，并無太大的變化。本文介紹的新型工藝著眼于壓延主機之后的輔機段，采用直接水冷卻法，與傳統(tǒng)工藝流程有著重大不同。

1.工藝原理與工藝流程

1.1工藝原理

工業(yè)聚氯乙烯樹脂主要是無定形聚合物，但含有約5%的結(jié)晶。Marshall[1]研究表明：聚氯乙烯的結(jié)晶部分有兩種不同的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，聚氯乙烯原粉樹脂所具有的結(jié)晶稱為A型結(jié)晶，它是片狀結(jié)構(gòu)；而從聚氯乙烯溶液或熔體中重結(jié)晶形成的結(jié)晶為B型結(jié)晶，它為折疊鏈纓狀膠粒結(jié)構(gòu)。聚氯乙烯的結(jié)晶過程決定了不同的熱處理條件導(dǎo)致不同的結(jié)晶過程。熱處理主要有兩種方式：一種方式是退火處理，即把聚合物從熔融狀態(tài)下降到某一溫度保溫一段時間；另一種方式是淬火處理，即把聚合物從熔融狀態(tài)迅速下降到Tg以下，使分子鏈迅速凍結(jié)，形成無定形聚合物[2]。聚氯乙烯結(jié)晶的形態(tài)，直接影響聚氯乙烯產(chǎn)品的光學(xué)性能和物理性能，而結(jié)晶形態(tài)與聚合物的熱歷程密切相關(guān)，本工藝采用直接水冷卻法，膜片得到急速冷卻，然后再回溫調(diào)整。膜片冷卻歷程與常規(guī)工藝完全不同，從而獲得低結(jié)晶度、粒徑小，數(shù)量多的結(jié)晶型態(tài)[3]。

1.2工藝流程

常規(guī)工藝流程如下：壓延主機→引取輪→冷卻輪→卷取

本工藝流程如下：壓延主機→冷卻水槽→烘干回溫輪→冷卻輪→卷取

2.結(jié)果與對比

2.1傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品與水冷卻工藝產(chǎn)品的DSC曲線對比

2.2其他指標對比

對比項目傳統(tǒng)工藝直接水冷卻新工藝

透光率89%92%

霧度1.2%0.3%

低溫脆化點-11℃-13℃

拉伸強度27MPa29MPa

斷裂伸長率21%26%

平均產(chǎn)能723kg/h1015Kg/h

平均車速23m/min28m/min

料壟痕（山水紋）較明顯輕微

油漬輕微到明顯，不穩(wěn)定無

3.分析與討論

3.1DSC曲線分析

圖1：聚氯乙烯的DSC熔融曲線上出現(xiàn)4個熔融峰，在75～85℃范圍的熔融峰是屬于聚氯乙烯的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。其它三個峰按熔融溫度由低到高的順序分別標記為C、A和B。C峰（115～125℃）是熱處理過程中產(chǎn)生的不完善球晶的熔融峰，A峰（165～175℃）就是聚氯乙烯片狀結(jié)構(gòu)的A型結(jié)晶；B峰（200～210℃）是從聚氯乙烯熔體中重結(jié)晶形成的結(jié)晶為B型結(jié)晶，它為折疊鏈纓狀膠粒結(jié)構(gòu)?？梢妭鹘y(tǒng)工藝生產(chǎn)的聚氯乙烯制品在空氣中非常緩慢的冷卻，聚氯乙烯結(jié)晶度較大，晶體也較完善。

圖2：除了在75～85℃范圍的熔融峰出現(xiàn)的聚氯乙烯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度峰以外，只有在200～210℃范圍內(nèi)出現(xiàn)了一個極其微弱的晶體熔融峰，這是聚氯乙烯含有極少量的B型結(jié)晶，相比較傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品試樣，沒有A峰和C峰，即表明水介質(zhì)中冷卻（實即為淬火處理）后，聚氯乙烯沒有產(chǎn)生片狀結(jié)構(gòu)的A型結(jié)晶和不完善的C型結(jié)晶。可見水介質(zhì)中淬火處理的聚氯乙烯結(jié)晶度明顯下降，晶體也極不完善。

3.2光學(xué)性能的提升

水冷卻法獲得低結(jié)晶度、小粒徑的結(jié)晶形態(tài)，小粒徑晶體僅使光線發(fā)生繞射，減少了晶體對光線的散射，因而獲得來良好透明度，體現(xiàn)在透光率和霧度兩個指標上的提升[5]。

3.3機械性能的提升

新工藝的小顆粒，數(shù)量多的結(jié)晶型態(tài)，使得應(yīng)力和破壞均得到彌散，因而獲得較好的拉伸性能。此外，由于烘干回溫輪的存在，分子鏈得到一定程度的松弛，低溫性能也得到了改善。

3.4油漬問題

傳統(tǒng)工藝在生產(chǎn)過程中，引取輪無可避免會出現(xiàn)輪面析出[6]，一般采用引取輪面包覆各種紙或布，吸附析出物。本新型工藝所用的水槽冷卻是采用溢流方式，所產(chǎn)生油漬隨時排走，因此可徹底解決油漬問題，此對用于后續(xù)真空鍍鋁的產(chǎn)品有著重大質(zhì)量、經(jīng)濟意義。

3.5料壟痕（流紋）

料壟痕的成因是復(fù)雜的，可確定的是：主機的高溫生產(chǎn)和低拉伸率是有利料壟痕的解決[7]。然而高溫生產(chǎn)和低拉伸率是難以統(tǒng)一的。在傳統(tǒng)工藝中，由于冷卻緩慢，膜片在主機上剝離后，在較長的區(qū)間仍處在較大拉伸狀態(tài)，也就是大部分拉伸并不是用于剝離；而新工藝中，膜片從主機剝離后，由于急速冷卻，拉伸全部用于剝離，所需拉伸量就極小了；也即，在相同的主機加工溫度下，直接水冷的工藝可采用低的拉伸率；因而新工藝產(chǎn)品與傳統(tǒng)工藝產(chǎn)品對比，料壟痕明顯輕微。

3.6車速與產(chǎn)量

3.6.1車速。壓延法生產(chǎn)透明硬質(zhì)聚氯乙烯膜片，最終限制車速是因為料壟痕，車速越快，料壟痕越明顯。因為新工藝的料壟痕解決得較好，可以在確保料壟痕不明顯的前提下，車速相對傳統(tǒng)工藝有所提高。

3.6.2產(chǎn)能。在確保品質(zhì)的前提，新工藝的車速可高于傳統(tǒng)工藝；而重要的是，因為如前所述，傳統(tǒng)工藝中由于引取輪須包吸油紙或布，在吸附飽和后必須更換，更換吸油紙或布則嚴重影響了生產(chǎn)效率。綜合而言，新工藝的產(chǎn)生明顯高于傳統(tǒng)工藝。

4.結(jié)語

直接水冷卻法生產(chǎn)硬質(zhì)聚氯乙烯膜片是對傳統(tǒng)工藝一次重大變革，大幅提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。同時由于水槽的存在，也為以后研究、生產(chǎn)壓延直接涂覆產(chǎn)品提供了可能。