PBT雙向拉伸工藝探索

李慶男，張　建，李　晶，王　坤

(中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征　211900)

?

研究論文

PBT雙向拉伸工藝探索

李慶男，張建，李晶，王坤

(中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征211900)

本文對不同特性粘數(shù)的聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)樣品進(jìn)行了擠出和拉伸試驗(yàn)。分析了鑄片結(jié)晶性能、鑄片厚度、拉伸溫度和預(yù)熱時間等因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)雙向拉伸合適的鑄片厚度為150 μm，切片的特性粘數(shù)為1.0 dL/g。本試驗(yàn)中適宜的雙向拉伸條件為加熱爐溫度100 ℃，預(yù)熱時間4 s。

PBT擠出鑄片結(jié)晶雙向拉伸

平面雙向拉伸薄膜品種很多，許多結(jié)晶型聚合物和非結(jié)晶型聚合物都可以拉伸成膜。在非纖用PET中，雙向拉伸聚酯薄膜(BOPET)因其透明度高、無毒無味、抗拉伸強(qiáng)度大等特點(diǎn)，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、影像及其它特種領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[1]。自2007年以來，全球雙向拉伸聚酯薄膜需求量年平均增長7.2%，至2012年需求量達(dá)到了320萬噸左右，到2017年，全球雙向拉伸聚酯薄膜需求量呈現(xiàn)繼續(xù)增長的趨勢，將以年均6.8%的幅度增長，預(yù)計(jì)到2017年將達(dá)到440萬噸[2-5]。目前許多廠家已經(jīng)意識到BOPET薄膜的發(fā)展趨勢，已經(jīng)著手開發(fā)差異化產(chǎn)品，我國每年所進(jìn)口的高附加值聚酯薄膜主要用于光學(xué)、太陽能、節(jié)能環(huán)保、電子及新型包裝等應(yīng)用領(lǐng)域[6]。

PBT是通用的工程塑料，具有高耐熱性，耐疲勞性，低溫下可迅速結(jié)晶，成型性良好等特性。與PET相比，PBT在彎曲性、拉伸加工性以及結(jié)晶性能方面性能優(yōu)異。PBT以往主要用于電器的連結(jié)件、外殼等注塑制品，新開發(fā)的流延及吹塑級樹脂具有高結(jié)晶性、高流動性、較好的耐熱性以及易于多層共擠等優(yōu)點(diǎn)。同樣厚度的PBT薄膜與PET薄膜相比較，二者氧氣透過率相同，但水蒸氣透過率PBT薄膜略高于PET薄膜。PBT制成的薄膜具有高強(qiáng)度、高耐熱、高透明、高光澤、耐磨、耐酸、耐潮、保香等特性[7]。PBT作為多層共擠出薄膜的表層尤為理想，非常適合于包裝調(diào)味品、泡菜、火腿腸、咖啡及濃香型日用化學(xué)品等。

本文采用薄膜雙向拉伸工藝對不同特性粘數(shù)的PBT樣品進(jìn)行擠出和拉伸試驗(yàn)，研究了拉伸溫度和預(yù)熱時間等條件對PBT拉膜成功率的影響，最后總結(jié)得出了較為合適的加工工藝。

1　試　驗(yàn)

1.1原料

自制PBT切片，不同樣品的特性粘數(shù)見表1。

表1　樣品特性粘數(shù)

1.2試驗(yàn)設(shè)備

鑄片擠出：泰國Labtech Engineering 公司LCM-300鑄片擠出機(jī)。

拉膜：德國布魯克納公司KARO Ⅳ 雙向拉伸機(jī)。

拉伸膜力學(xué)性能測試：深圳新三思萬能材料試驗(yàn)機(jī)。

1.3分析測試

1.3.1特性粘數(shù)

采用美國Voscotek公司Y501相對粘度儀，溫度(25±0.1)℃，溶劑為苯酚-四氯乙烷(質(zhì)量比3∶2)。

1.3.2熱性能

常規(guī)熱性能測試方法：采用Perkin-Elmer公司DSC-7型差式掃描量熱儀，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以10 ℃/min升溫至290 ℃，保持5 min，然后以400 ℃/min降溫至25 ℃，保持5 min，以10 ℃/min升溫至290 ℃，保持5 min，最后以10 ℃/min降溫至100 ℃。

2　結(jié)果與討論

2.1PBT切片干燥

由于PBT和PET一樣含有酯類基團(tuán)，容易水解，微量的水分也會大大加速PBT水解的進(jìn)行。影響聚酯切片干燥質(zhì)量的因素有干燥溫度和干燥時間，干燥溫度越高，所需要的干燥時間越短。但隨著溫度的提高或干燥時間的增長，PBT的降解會越嚴(yán)重，通過研究采取的干燥溫度為120 ℃，干燥時間為4～5 h。

2.2PBT熔體擠出鑄片

將干燥好的PET切片熔融擠出塑化，分別通過預(yù)過濾器、計(jì)量泵、精過濾器后進(jìn)入模頭，然后經(jīng)過冷鼓冷卻成厚片。與PET相比較，PBT聚酯結(jié)晶速率快，擠出成型的PBT鑄片的結(jié)晶度高，對后續(xù)雙向拉伸影響很大，為了得到適合雙向拉伸的PBT鑄片，將試驗(yàn)得到的PBT鑄片進(jìn)行DSC測試，通過計(jì)算熱歷史曲線的熱焓△Hm觀察PBT鑄片的結(jié)晶情況，結(jié)果如圖1所示。

圖1　鑄片熱焓隨鑄片特性粘數(shù)和厚度的變化

試驗(yàn)結(jié)果表明，PBT聚酯切片的結(jié)晶度與鑄片的特性粘數(shù)和鑄片的厚度有很大關(guān)系。特性粘數(shù)越高，鑄片越厚，鑄片的熔融熱焓越小，對應(yīng)的結(jié)晶度越低。

2.3PBT鑄片雙向拉伸

2.3.1鑄片厚度對PBT雙向拉伸性能的影響

薄膜的雙向拉伸過程是將從擠出機(jī)擠出的鑄片在一定溫度下，經(jīng)縱、橫方向拉伸，使分子鏈或待定的結(jié)晶面進(jìn)行取向，然后在拉伸的情況下進(jìn)行熱定型處理。經(jīng)過雙向拉伸的薄膜，由于分子鏈段取向，結(jié)晶度提高，因此可顯著提高拉伸強(qiáng)度、彈性模量以及撕裂強(qiáng)度等性能。

雙向拉伸過程中，是用夾子夾住鑄片的邊緣進(jìn)行拉伸的，受鑄片厚度、拉伸倍率、操作溫度等條件的影響，在雙向拉伸過程中會出現(xiàn)夾子脫落現(xiàn)象，表示拉伸試驗(yàn)失敗。拉伸結(jié)束后，若沒有發(fā)生脫夾子現(xiàn)象，則表明拉伸試驗(yàn)成功。

為進(jìn)一步探究結(jié)晶度對雙向拉伸的影響，考察了鑄片厚度對PBT雙向拉伸性能的影響，試驗(yàn)中對不同厚度的PBT鑄片進(jìn)行強(qiáng)伸測試，結(jié)果如圖2所示。

圖2　拉伸強(qiáng)度和最大拉力隨鑄片厚度的變化

從圖中可以看出，隨著鑄片厚度的增加，拉伸強(qiáng)度和最大拉力呈現(xiàn)增加的趨勢。拉力越大，在拉伸過程中越容易出現(xiàn)脫夾子現(xiàn)象，導(dǎo)致拉伸試驗(yàn)失敗。此外，由于PBT玻璃化溫度較低，而在拉伸過程中設(shè)備夾子是靠空氣自然冷卻，當(dāng)鑄片較厚時，在拉伸過程中會出現(xiàn)夾子無法及時冷卻而溫度過高現(xiàn)象，拉伸過程中夾子無法冷卻也會出現(xiàn)脫夾子現(xiàn)象，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗。因此，試驗(yàn)中應(yīng)控制鑄片厚度不宜太厚。

當(dāng)切片特性粘數(shù)較低時，聚合物的分子量較小，分子鏈的活動能力較強(qiáng)，擠出后鑄片的結(jié)晶度較高，較高的結(jié)晶度阻礙了聚合物分子的運(yùn)動，因而不利于拉伸試驗(yàn)的進(jìn)行，圖1顯示切片特性粘數(shù)越高對應(yīng)的結(jié)晶度越低，試驗(yàn)中應(yīng)選取較高特性粘數(shù)的切片。

多次拉伸試驗(yàn)結(jié)果顯示，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)適宜的鑄片厚度為150 μm，切片特性粘數(shù)為1.0 dL/g。

2.3.2PBT薄膜雙向拉伸工藝條件

試驗(yàn)中選取厚度為150 μm的鑄片進(jìn)行雙向拉伸，拉伸爐溫度為80～140 ℃，拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2　PBT鑄片雙向拉伸試驗(yàn)

通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，拉伸溫度升高，預(yù)熱時間縮短，PBT薄膜拉伸成功率比較高。PBT玻璃化溫度比較低，拉伸允許的夾子溫度范圍較小，增加預(yù)熱時間會使夾子溫度升高，不容易冷卻，造成拉伸試驗(yàn)失敗。而適當(dāng)提高拉伸爐的設(shè)定溫度，可以明顯降低薄膜的縱向拉力和橫向拉力，并可以大幅縮短鑄片的預(yù)熱時間，從而明顯降低夾子拉伸后的溫度，提高拉伸效率。

3　結(jié)　論

a) 切片的特性粘數(shù)越高，對應(yīng)的鑄片越厚，鑄片的結(jié)晶度越低，有利于拉伸試驗(yàn)的進(jìn)行。

b) 本試驗(yàn)過程中選取的合適的PBT鑄片位厚度150 μm，特性粘數(shù)1.0 dL/g。

c) 該雙向拉伸過程中較為合適的試驗(yàn)條件為拉伸爐溫度100 ℃，預(yù)熱時間4 s。

[1]陳旭．膜用耐熱改性聚酯的合成及性能研究[D]．上海：東華大學(xué)，2010．

[2]曾艷菊．2017年世界雙向拉伸聚酯薄膜需求預(yù)測[J]．塑料包裝，2013，23(2)：31．

[3]馮樹銘．PET薄膜雙向拉伸技術(shù)及發(fā)展方向[J]．聚酯工業(yè)，2009，22(2)：1-3．

[4]任寬林．聚酯薄膜生產(chǎn)技術(shù)與工藝的研究[D]．蘇州：蘇州大學(xué)，2006．

[5]高宏報．雙向拉伸PET薄膜的制膜技術(shù)[J]．聚酯工業(yè)，2008，21(5)：1-5．

[6]談述戰(zhàn)，楊有財，劉毅，等．雙向拉伸聚酯薄膜的高性能化研究進(jìn)展[J]．工程塑料應(yīng)用， 2013，6：112-116．

[7]錢伯章．PBT市場與生產(chǎn)和改性技術(shù)[J]．塑料工業(yè)，2005，33：78-80．

Study on the biaxial stretching process of PBT

Li Qingnan, Zhang Jian, Li Jing，Wang Kun

(ResearchInstituteofSinopecYizhengChemicalFibreL.L.C.,YizhengJiangsu211900,China)

Different intrinsic viscosity of PBT were used to carry on biaxial stretching and extrusion tests. In the test, crystallization properties and thickness of cast films, stretching temperature and preheating time were analyzed. The results showed that the suitable cast thickness 150 μm, intrinsic viscosity of PBT chips 1.0 dL/g. The appropriate experimental conditions were furnace temperature at 100 ℃, preheating time at 4 s.

PBT extrusion; cast film; crystallization; biaxial stretching process

2016-05-10

李慶男(1987-)，女，山東濟(jì)寧人，助理工程師，碩士研究生，主要從事改性PBT合成及產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)用工作。

TQ322.3

A

1006-334X(2016)03-0004-03