雙向拉伸PET薄膜生產(chǎn)技術(shù)與發(fā)展方向

唐文鵬

摘 要：聚酯薄膜（也稱PET薄膜）在工業(yè)和日常生活中應(yīng)用范圍越來越廣，為了響應(yīng)節(jié)能環(huán)保的號召，聚酯薄膜的生產(chǎn)技術(shù)在不斷完善，為了制作出消耗原材料更少、質(zhì)量更優(yōu)的PET薄膜，生產(chǎn)廠商嘗試了多種制作工藝，最終被廣泛應(yīng)用的是雙向拉伸技術(shù)。這一技術(shù)能保證制作出的PET薄膜厚度均勻，由于制作過程的影響，最終的成品拉伸性能良好。本文主要介紹了現(xiàn)在雙向拉伸技術(shù)的情況，主要包含生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備兩個方面，并分析了未來的方向。

關(guān)鍵詞：雙向拉伸技術(shù) PET薄膜 生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展

中圖分類號：TQ320.721 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（c）-0093-02

雙向拉伸顧名思義是通過設(shè)備對熔融冷卻的片材（模頭擠出形成特定厚度的片狀）進(jìn)行橫向和縱向的拉伸，使其延展開來形成膜狀，這種操作原理在最初生產(chǎn)薄膜時已經(jīng)使用，但取得長足的進(jìn)步是從雙向拉伸開始的。所以現(xiàn)階段薄膜的生產(chǎn)步驟一般為：原料計量下料、高溫熔融剪切塑化、模頭擠出冷卻成片狀，預(yù)熱縱向和橫拉拉伸，最后進(jìn)行收卷，具體工藝更為復(fù)雜。

1 PET薄膜雙向拉伸主要生產(chǎn)工藝

1.1 結(jié)晶和干燥

PET薄膜的原材料是混合物，原材料的選取狀態(tài)稱為“切片”。除了基礎(chǔ)的PET切片，制作時要根據(jù)薄膜的不同用途和不同要求選擇其他材料加入，這部分其他材料我們稱之為“母料切片”，原材料決定了生產(chǎn)過程中將要采取的措施，由于PET薄膜的原材料基本都含有一些空氣和水分，所以為了避免在制作過程中收到氣泡的影響，在熔融前要進(jìn)行預(yù)結(jié)晶和干燥過程。預(yù)結(jié)晶和干燥步驟能較為精細(xì)地去除原材料中的水分，含水量降低原材料受熱熔化所需溫度將有所提升，熔化后物質(zhì)較為獨(dú)立、均勻，拉伸時不會出現(xiàn)局部粘連現(xiàn)象。預(yù)結(jié)晶和干燥溫度要控制在150℃～170℃，干燥時間約3.5～4h。

1.2 熔融并擠出

干燥后的原材料要進(jìn)行高溫熔融，為了便于將熔融后的物質(zhì)拉伸成薄膜，在熔融后還要通過專用的設(shè)備系統(tǒng)擠出成片狀。熔融原材料的裝置常為單螺桿擠出機(jī)，本身具有熔融和擠出的功能，原材料在其中首先受到預(yù)熱，在此過程中將材料進(jìn)一步壓實(shí)，使其緊密，熔融效果更好，然后進(jìn)行壓縮，熔融并不是我們想象的僅靠外界溫度完成的原料熔化，而是依靠壓縮過程產(chǎn)生的熱量，此時原材料已經(jīng)達(dá)到了塑化的溫度，并將持續(xù)下去，壓縮是為了讓拉伸的片狀材料密度更大，滿足拉伸所需的狀態(tài)。在機(jī)器中完成熔融壓縮后原材料被擠壓后輸送到下一個機(jī)器——計量泵。熔融后的原材料并不能保證完全純凈，仍然可能有雜質(zhì)、凝膠粒子、魚眼等異物存在，所以在計量泵進(jìn)出口都布置了過濾裝置，計量泵在計量熔融后材料的體積的過程中必須要保證材料不會冷卻，所以本身具有較高溫度，安置在其端口的過濾裝置也自帶加熱功能。

1.3 拉伸及冷卻

片狀材料在擠出冷卻后就要進(jìn)行拉伸，拉伸階段對工藝的要求非常高，尤其是拉伸溫度和拉伸比都要精確控制，這兩項(xiàng)控制的要求按雙向拉伸聚酯薄膜（BOPET）來講應(yīng)該是保持縱向拉伸后的結(jié)晶度在17%。進(jìn)行拉伸的PET材料不能保持高溫下的熔融狀態(tài)，為了讓其進(jìn)入到可被拉伸的固體狀態(tài)并在冷卻中不會產(chǎn)生過多結(jié)晶，并且保持厚度均勻，材料要通過一個快速冷卻的裝置，迅速冷卻后的材料我們稱之為鑄片。

2 PET薄膜雙向拉伸主要生產(chǎn)設(shè)備

2.1 模頭

模頭是決定鑄片性質(zhì)的主導(dǎo)性的生產(chǎn)設(shè)備。按照流道形式進(jìn)行分類，模頭可以被分為衣架型、魚尾型、支管型，魚尾型、交叉型和支管型模頭各有其優(yōu)缺點(diǎn)，在此不多做贅述，簡單介紹一下現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的一種模頭——衣架型模頭的優(yōu)點(diǎn)。衣架型模頭的支管擴(kuò)張角大，模頭內(nèi)壓力分布均勻，所以經(jīng)常用作PET鑄片。按模頭與擠出機(jī)的方向和熔體在支管中流向又分T型和I型兩種。所謂T型是指擠出機(jī)與模頭方向垂直，物料從支管中部進(jìn)入；而I型是指擠出機(jī)與模頭方向平行，物料從支管的一端進(jìn)入，支管的另一端封閉。為保證物料在模頭內(nèi)有良好的流動性，其內(nèi)腔做防粘處理通常鍍硬鉻處理。模頭擠出片材厚度通過若干個帶有加熱線圈的推拉式差動螺栓調(diào)整模唇開度來進(jìn)行初調(diào)，并通過在線測厚儀的自動測厚、反饋給模頭的加熱螺栓進(jìn)行片材厚度的微調(diào)。模頭的溫度控制在275℃～280℃。

2.2 熔融裝置

熔融裝置主要包含熔融擠出機(jī)、熔體計量泵、熔體過濾器、熔體管。由于熔融階段當(dāng)材料熔融后全部處于高溫階段，所以熔體計量泵、過濾器、熔體管的材質(zhì)全部都是耐高溫的，比如熔體過濾器。熔體過濾器的主要作用是在材料進(jìn)入熔體計量泵之前和從熔體計量泵后過濾掉結(jié)晶體、其他雜質(zhì)，雙重過濾保證最終進(jìn)行冷卻的材料少雜質(zhì)少結(jié)晶無氣泡，為了保證熔體良好的流動性熔體過濾器的溫度要保持在275℃～285℃之間，我們常用的過濾器是碟狀過濾器，其材料為不銹鋼和不銹鋼燒結(jié)氈組合而成，過濾精度要求為400～600目。熔融擠出機(jī)負(fù)責(zé)材料最開始的壓實(shí)、壓縮、熔融，在此階段材料受到多倍的壓縮，密度上升的同時逐漸步入熔融狀態(tài)，最終流入熔體計量泵的時候已經(jīng)完全熔融塑化。計量泵是熔融材料流入的第一個裝置，對保證鑄片質(zhì)量，使PET薄膜厚度均勻起著重要的作用，在材料流經(jīng)計量泵進(jìn)口處的過濾器時可能因?yàn)槿廴谛Ч煌a(chǎn)生擠出不良的情況，計量泵長期保持著較高的溫度，并由精密的齒輪和伺服電機(jī)控制，熔體在計量泵中經(jīng)過“二次加工”——壓力逐漸穩(wěn)定、密度均勻。在流經(jīng)計量泵出口的過濾器時更加穩(wěn)定，鑄片材質(zhì)更加均勻。

2.3 縱向拉伸機(jī)

縱向拉伸機(jī)是雙向拉伸技術(shù)生產(chǎn)PET薄膜的核心裝置，也是精進(jìn)雙向拉伸技術(shù)必須優(yōu)化的一個環(huán)節(jié)。拉伸的速度、溫度、拉伸比經(jīng)工藝參數(shù)設(shè)定后交由機(jī)器控制，所以縱向拉伸機(jī)的精密度要求非常高，縱拉伸機(jī)輥筒表面溫度精度為±1℃。近代縱拉機(jī)的工作輥筒均采用雙殼程螺旋通道式結(jié)構(gòu)。輥筒的內(nèi)外圓表面一次裝夾加工，保證輥筒壁厚均勻和內(nèi)外圓表面嚴(yán)格同心。流道一般采用三螺旋式，設(shè)計上保證每個流道的流量相等。輥筒表面采用鍍鉻處理，輥面同時進(jìn)行鏡面拋光（一般Ra0.008）。隨著對輥面耐磨性要求的提高，碳化鎢涂層處理也在逐漸推廣使用。預(yù)熱輥和冷卻輥的直徑一般為300～600mm ，拉伸輥的直徑一般為180～220mm。這種直徑能保證拉出的薄膜厚度均勻，在拉伸過程中收到均勻的加熱或冷卻效果，薄膜的質(zhì)量和延展性都有所提升。

3 PET薄膜雙向拉伸技術(shù)發(fā)展方向

現(xiàn)如今國內(nèi)市場生產(chǎn)的普通厚度PET薄膜應(yīng)用沒有太大的提升空間，但是隨著更高級的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及智能電子產(chǎn)品的普及，不大于4微米的薄型膜或150～300Mm的厚型膜前景廣闊，所以接下來的生產(chǎn)目標(biāo)可能會有所轉(zhuǎn)移，根據(jù)市場需求進(jìn)行一些轉(zhuǎn)變。與此同時生產(chǎn)技術(shù)向更加簡單的方向發(fā)展，智能控制的生產(chǎn)器械將逐步占領(lǐng)傳統(tǒng)生產(chǎn)器械的空間，薄膜的材質(zhì)或許會進(jìn)行更加環(huán)保易降解的改變。

4 結(jié)語

PET薄膜的生產(chǎn)技術(shù)還在不停優(yōu)化，我們可以預(yù)見到未來的一些發(fā)展方向：薄膜的品質(zhì)將逐步提高，生產(chǎn)成本消耗將進(jìn)一步下降，而機(jī)械的精密度、自動化程度將逐漸上升，這也是科技發(fā)展下的必然結(jié)果。PET薄膜用途廣泛，解決其生產(chǎn)問題將能大大提高生產(chǎn)生活的效率，雙向拉伸技術(shù)一直被沿用至今，在沒有出現(xiàn)大的變革之前應(yīng)該會一直沿用下去，所以目前還是要從這一工藝入手進(jìn)行優(yōu)化，并且在逐漸發(fā)展的過程中還要注意能源消耗及環(huán)境保護(hù)。

參考文獻(xiàn)

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