保護(hù)膜特性及其在鋁材行業(yè)中的應(yīng)用

胡元結(jié)　柯躍虎

摘要：介紹了保護(hù)膜的結(jié)構(gòu)，薄膜和膠體的分類(lèi)，以及膠體主要特性：粘接強(qiáng)度、內(nèi)聚強(qiáng)度、附著力、耐紫外線能力等，并且簡(jiǎn)述了保護(hù)膜的生產(chǎn)及在鋁材行業(yè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：保護(hù)膜；特性；鋁材；應(yīng)用

保護(hù)膜是一種具有表面保護(hù)功能的膜狀材料，也是壓敏膠（PSA）中最重要的產(chǎn)品之一。保護(hù)膜通常是以聚烯烴塑料膜為基材，以橡膠或丙烯酸酯類(lèi)聚合物為壓敏膠的基體樹(shù)脂，經(jīng)涂布機(jī)加工制成。保護(hù)膜的作用是在商品貯運(yùn)流通的過(guò)程中，或基材加工的工序之間，為防止表面劃傷而采取的一種臨時(shí)性的防護(hù)措施。保護(hù)膜廣泛應(yīng)用于鋁板、鋁塑復(fù)合板、鏡鋼板、彩板、有機(jī)玻璃板、裝飾板以及鋁型材、塑鋼型材、不銹鋼卷材、大理石材和顯示屏等的表面保護(hù)[1]。

1 保護(hù)膜的結(jié)構(gòu)及材料分類(lèi)、特性

保護(hù)膜一般分為橡膠型保護(hù)膜和聚丙烯酸酯型保護(hù)膜2種。橡膠型保護(hù)膜的基本結(jié)構(gòu)（圖1）從上到下依次為：隔離層；印刷層；薄膜；底膠；膠粘層。聚丙烯酸酯型保護(hù)膜的基本結(jié)構(gòu)（圖2）從上到下依次為：隔離層；印刷層；薄膜；膠粘層[2]。

1.1 薄膜的分類(lèi)

薄膜一般以聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）為原材料，通過(guò)擠壓成型、注塑成型、吹塑成型獲得。由于聚乙烯價(jià)格較便宜，90%的薄膜采用聚乙烯，以吹塑成型工藝為主。

1.2 膠體的分類(lèi)

保護(hù)膜的性能好壞是由膠體的特性所決定的。保護(hù)膜用壓敏膠有4種：天然橡膠、合成橡膠、溶劑型聚丙烯酸酯膠、水溶型聚丙烯酸酯膠。

1.2.1 天然橡膠

典型的天然橡膠帶有淺黃色，有很高的內(nèi)聚強(qiáng)度，粘性由樹(shù)脂和添加劑來(lái)調(diào)節(jié)，初粘性非常好，耐老化性稍差，在室內(nèi)環(huán)境下，天然橡膠可保存2年，但在紫外線下3～12月內(nèi)便會(huì)降解老化。該膠涂布工藝比較復(fù)雜，需要先在薄膜上涂上底膠，改善薄膜的表面能后，才能將天然橡膠涂布薄膜上。由于國(guó)內(nèi)該類(lèi)工藝的研究不成熟，因此很少用橡膠來(lái)涂布。天然橡膠非常柔軟，流動(dòng)性好，受到壓力后，迅速和被貼表面充分接觸。其最大優(yōu)點(diǎn)是快速固化。對(duì)于粗糙的表面，橡膠分子能迅速被壓到各種凹陷中，和表面充分接觸。

1.2.2 合成橡膠

合成橡膠能提供更高的粘性和耐候性，但持粘性差，一般要加入天然橡膠。

1.2.3 溶劑型聚丙烯酸酯膠

溶劑型聚丙烯酸酯膠非常透明，初粘性比較低，耐老化可長(zhǎng)達(dá)10年，當(dāng)暴露在紫外線下時(shí)，膠體也會(huì)慢慢固化。將薄膜經(jīng)電暈處理后聚丙烯酸酯膠可直接涂布，不需底膠。聚丙烯酸酯膠較硬，流動(dòng)性差，固化比較緩慢，即使受到壓力，膠體和被貼表面還是不能充分接觸，放置30～60 d后，才會(huì)充分接觸被貼表面，保護(hù)膜的粘性如果適合板廠切割的話，最終用戶(hù)撕膜時(shí)會(huì)很費(fèi)力，使用不便。

1.2.4 水溶型聚丙烯酸酯膠

水溶型聚丙烯酸酯膠是用水作為介質(zhì)來(lái)溶解丙烯酸單體的，基本上也具備溶劑型聚丙烯酸酯膠的特點(diǎn)，但該膜要避免或減少與水汽接觸，以免殘膠。由于水溶型聚丙烯酸酯膠比較環(huán)保，不需要溶劑回收裝置，因此往往采用該膠體來(lái)生產(chǎn)保護(hù)膜。

1.3 膠體的特性

1.3.1 粘接強(qiáng)度

指在一段時(shí)間后，將保護(hù)膜從被貼表面剝離所需要的力。粘接強(qiáng)度與被貼材料、壓力、貼膜時(shí)間、撕膜時(shí)的角度、溫度有關(guān)。一般隨著時(shí)間和壓力的增加，粘接強(qiáng)度也會(huì)提高。保護(hù)膜的粘性不能升高過(guò)多，以確保撕膜時(shí)不殘膠。一般用180°剝離實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)粘接強(qiáng)度。

1.3.2 內(nèi)聚強(qiáng)度

指膠體內(nèi)部的強(qiáng)度。作為保護(hù)膜的膠體內(nèi)聚強(qiáng)度必須非常高，否則在撕開(kāi)保護(hù)膜時(shí)，膠體內(nèi)部會(huì)開(kāi)裂造成殘膠。內(nèi)聚強(qiáng)度的測(cè)量方法：將保護(hù)膜貼在不銹鋼表面上，在保護(hù)膜上懸掛一定重量的砝碼，測(cè)量需要多少時(shí)間保護(hù)膜被砝碼拉脫。如果粘接強(qiáng)度大于內(nèi)聚強(qiáng)度，撕掉保護(hù)膜，膠分子之間的連接鍵將會(huì)斷裂造成殘膠。

1.3.3 附著力

指膠體和薄膜的結(jié)合力。如果粘接強(qiáng)度大于附著力的話，撕掉保護(hù)膜，膠分子和薄膜之間的連接鍵將會(huì)斷裂，造成殘膠。

1.3.4 耐紫外線性

天然橡膠一般不耐紫外線，被暴露在紫外線中時(shí)會(huì)造成殘膠。黑白膜可有效地阻擋紫外線，使天然橡膠的耐紫外線能力達(dá)到12～18個(gè)月。一般聚丙烯酸酯膠比橡膠更耐紫外線。透明聚丙烯酸酯膠保護(hù)膜加入紫外線穩(wěn)定劑后，耐紫外線能力可達(dá)3～6個(gè)月。一般用氣候模擬設(shè)備來(lái)檢驗(yàn)保護(hù)膜的耐紫外線強(qiáng)度，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度和輻射強(qiáng)度并用冷凝水來(lái)模仿氣候變化，每3 h高濕環(huán)境和7 h紫外線照射為一循環(huán)，50 h循環(huán)實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于室外放置1個(gè)月[3]。

2 保護(hù)膜的生產(chǎn)

2.1 吹塑薄膜的生產(chǎn)

在加熱的滾筒內(nèi)，聚乙烯粒子被螺桿推進(jìn)到圓形的模頭口，壓縮空氣將熔融液吹脹，通過(guò)風(fēng)冷后，收卷成膜。吹塑薄膜橫向和縱向的性質(zhì)是不同的，保護(hù)膜機(jī)器方向的伸長(zhǎng)率一般大于180%，橫向的伸長(zhǎng)率一般大于380%。但伸長(zhǎng)率的大小和力學(xué)強(qiáng)度成反比，伸長(zhǎng)率過(guò)大（如大于500%），則薄膜的力學(xué)強(qiáng)度往往很低，易造成保護(hù)膜在運(yùn)輸、搬運(yùn)過(guò)程中破損，而且在解卷時(shí)，保護(hù)膜很容易被拉長(zhǎng)，在切板后，保護(hù)膜將會(huì)回彈、翹邊。

2.2 膠體的涂布

大部分天然橡膠的涂布是先涂底膠，再涂膠粘劑。而電暈過(guò)的薄膜可直接涂聚丙烯酸酯膠，不需要涂底膠。保護(hù)膜通過(guò)較長(zhǎng)的空氣加熱通道（80～120 ℃），確保水或溶劑被蒸發(fā)掉，再經(jīng)冷卻輥冷卻，最后收卷。

2.3 復(fù)卷、分切、存放

保護(hù)膜在涂布機(jī)上被直接復(fù)卷成客戶(hù)所需要的長(zhǎng)度。如果客戶(hù)需要保護(hù)膜的外觀漂亮，沒(méi)有氣泡包裹，可用高質(zhì)量的復(fù)卷機(jī)重新復(fù)卷，以確保沒(méi)有空氣的包裹。對(duì)于短的保護(hù)膜（500 m以下），可用直刀來(lái)分切。超過(guò)500 m，用直刀分切時(shí)產(chǎn)生的熱量可能使聚乙烯融化，造成難以解卷，甚至解卷時(shí)撕破膜。保護(hù)膜一般可在室溫30 ℃，無(wú)陽(yáng)光直射的倉(cāng)庫(kù)中存放12個(gè)月，溫度越高，存放期越短，每高10 ℃，存放期將縮短一半。

3 保護(hù)膜的使用

貼膜機(jī)上一般有橡膠展開(kāi)棍，使保護(hù)膜張開(kāi)，以避免氣泡和皺紋。對(duì)低粘性保護(hù)膜，解開(kāi)時(shí)張力越小越好，否則邊緣會(huì)翹起。貼膜溫度應(yīng)大于10 ℃，撕膜溫度也應(yīng)大于10 ℃。剝離力和撕膜的速度、角度密切相關(guān)。溫度太低保護(hù)膜硬化、翹邊，應(yīng)用熱吹風(fēng)先加熱，或在空調(diào)車(chē)間中生產(chǎn)。橡膠壓力滾輪的硬度一般為60A。保護(hù)膜在收卷時(shí)，或多或少有空氣被包裹在膠體中造成膠面略有不平整。橡膠壓力滾輪如果太軟的話，將不能有效的趕走氣泡，并將膠體壓平；如果橡膠壓力滾輪太硬的話，產(chǎn)生的壓力不夠，不能使膠體和板有效的接觸，易造成在切邊時(shí)保護(hù)膜的翹邊。由于橡膠壓力滾輪在使用過(guò)程中會(huì)逐漸老化和硬化，所以應(yīng)經(jīng)常檢查和更換橡膠滾輪[4]。

4 保護(hù)膜在鋁材行業(yè)中的應(yīng)用

中國(guó)鋁材工業(yè)起步于20世紀(jì)50年代，經(jīng)歷了近60年的發(fā)展，已經(jīng)成為全球產(chǎn)鋁大國(guó)和鋁材消費(fèi)大國(guó)。鋁材上貼有一層保護(hù)膜，目的是保護(hù)鋁材在搬運(yùn)、貯存、運(yùn)輸、加工、安裝等過(guò)程中不受損傷，在安裝完成之后撕去，從而使鋁材表面光潔如新，起到應(yīng)有的裝飾效果。

市場(chǎng)上的鋁材產(chǎn)品種類(lèi)繁多，鋁材表面處理技術(shù)也不斷的改進(jìn)，包括：機(jī)械拋光、化學(xué)拋光、陽(yáng)極氧化著色、電泳涂漆、化學(xué)著色、氟碳噴涂、靜電粉末噴涂、表面圖紋處理等，不同的鋁材表面需要選用不同的粘性保護(hù)膜。保護(hù)膜產(chǎn)品一般有低粘、中粘、高粘和特高粘4大系列；顏色有透明、奶白、藍(lán)色、黑白等；厚度為30～200μm，需要根據(jù)鋁材不同的表面選用不同的保護(hù)膜。根據(jù)表面和貼膜壓力不同，粘性上升速度有所不同，一般應(yīng)放置足夠時(shí)間后再剝離保護(hù)膜才能確定粘性是否合適。對(duì)給定的表面，選擇適當(dāng)?shù)哪z體和粘性的保護(hù)膜是極其重要的，后續(xù)的加工步驟則是決定粘性的關(guān)鍵，后續(xù)加工一般有切割、折彎、鉆孔、沖壓等。一般光滑表面選用低粘保護(hù)膜，如機(jī)械拋光、化學(xué)拋光鋁材；中等粗糙表面選用中粘保護(hù)膜，如陽(yáng)極氧化著色、電泳涂漆、化學(xué)著色、氟碳噴涂、光面靜電粉末噴涂鋁材；非常粗糙表面選用高粘保護(hù)膜，如靜電粉末噴砂鋁材；需要進(jìn)行激光切割的話，由于保護(hù)膜遇熱收縮，所以應(yīng)選用特高粘的保護(hù)膜。除了粘性以外，用戶(hù)還需測(cè)試保護(hù)膜的拉伸強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率，以確保保護(hù)膜的柔韌性和強(qiáng)度能達(dá)到使用要求[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)材料表面進(jìn)行保護(hù)最常使用的方法是在被保護(hù)材料表面復(fù)貼上一層保護(hù)膜。保護(hù)膜使產(chǎn)品表面保留原來(lái)的較高光潔度，提高了2次加工成品率，還可用于電鍍、印刷、涂布、印染等方面的暫時(shí)保護(hù)。保護(hù)膜在鋁材行業(yè)所占的價(jià)值比重很小，只是生產(chǎn)商使用的輔料，但是如果使用不當(dāng)或使用了不符合要求的保護(hù)膜，其危害是不僅不能起到保護(hù)作用，反而有可能破壞產(chǎn)品的表面質(zhì)量，給使用者帶來(lái)有形的物質(zhì)損失和無(wú)形的品牌形象損失。

參考文獻(xiàn)

[1]沈建剛.保護(hù)膜的基本特征簡(jiǎn)介[J].中國(guó)建材科技，2004（8）：39-42.

[2]廖寶云，劉建軍.表面保護(hù)用壓敏膠保護(hù)膜的制造技術(shù)[J].粘接，1989，10（2）：25-28.

[3]王體明，裘梅琴，趙臨五.表面保護(hù)膜制造方法[J].化學(xué)與粘合，1994（1）：47-49.

[4]陳昌杰.功能性薄膜之三——表面保護(hù)膜[J].塑料包裝，2007，17（4）：8-14.

[5]王健，張國(guó)君，王祝堂.改革開(kāi)放30年：中國(guó)躋身世界建筑鋁材大強(qiáng)國(guó)[J].輕合金加工技術(shù)，2009，37（9）：1-13.