拉伸工藝對PETG熱收縮膜收縮率的影響

張啟綱 王果連 王飛龍

（河南銀金達(dá)新材料股份有限公司）

1.概 述

熱收縮膜因光澤鮮亮，收縮率高，適應(yīng)性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的貼身包裝等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于飲料、快餐、洗化用品、電子產(chǎn)品、工業(yè)產(chǎn)品的標(biāo)簽和集束式包裝[1,2]。尤其是飲料行業(yè)，采用熱收縮膜制作的標(biāo)簽可緊緊貼合在不規(guī)則外形的瓶體上，使瓶裝飲料上的包裝圖案更加生動(dòng)，有效突顯品牌形象。

目前，被廣泛使用的熱收縮標(biāo)簽材料主要有聚氯乙烯（PVC）、聚對苯二甲酸乙二醇酯-1,4-環(huán)己烷二甲醇酯（PETG）和拉伸聚苯乙烯（OPS）三種。其中，PETG材料制成的熱收縮標(biāo)簽最為環(huán)保，是替代PVC膜最理想的材料，其收縮率最高可以達(dá)到78%，且能夠預(yù)先調(diào)整收縮率[3]。隨著人們的環(huán)保意識及對產(chǎn)品外包裝的美觀要求日益提高，PETG熱收縮膜的市場需求目前正以較高的速率遞增，發(fā)展?jié)摿薮骩4]。

熱收縮膜相較于普通包裝膜最大的特點(diǎn)就在于其優(yōu)異的熱收縮性，薄膜熱收縮率的大小，除與材料本身性能有關(guān)外，還與成型加工條件密切相關(guān)[5-7]。本文探究了拉伸工藝對PETG膜收縮率的影響。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

PETG聚酯切片，長垣縣源宏包裝新材料有限公司提供。

2.2 儀器設(shè)備

雙螺桿擠出機(jī)，（型號 27000、BERSEORFF）；

鑄片機(jī)，（型號32000、BRUCKNER）；

雙向拉膜機(jī)，（型號ERA、BRUCKNER）；

切片機(jī)，型號Z010，德國Zwick/Roell集團(tuán)；

烘箱，溫度精度±1℃，型號DHG-9023A，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

2.3 試樣制備

將PETG聚酯切片經(jīng)擠出機(jī)熔融擠出鑄片，擠出溫度255℃、265℃、270℃、275℃、275℃、275℃，在鑄片中部裁取10片140mm×140mm的正方形片材，然后使用設(shè)置好的雙向同步拉伸機(jī)拉膜，得到雙向拉伸PETG熱收縮膜。

使用切片機(jī)裁取長150mm，寬20mm的薄膜樣條，縱橫向樣條各5片，在樣條中部畫出100mm初始標(biāo)線，距兩端均為25mm。

2.4 性能測試

收縮率按GB/T 16958-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試：調(diào)節(jié)烘箱溫度，恒溫至150℃±3℃，迅速放入試樣并開始計(jì)時(shí)，試樣采用平放法，保持30 min后取出，冷卻至室溫，分別沿標(biāo)線測量縱橫向長度，計(jì)算試樣的熱收縮率，取算術(shù)平均值作為測量結(jié)果，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。

收縮率按下式計(jì)算：

式中：S—收縮率，%；

L0—加熱前長度，mm；

L—收縮后長度，mm。

3.結(jié)果與討論

3.1 拉伸溫度對收縮率的影響

拉伸溫度是影響收縮膜熱收縮率的重要因素。當(dāng)溫度低于玻璃化溫度（Tg）時(shí)，高聚物分子間作用力很強(qiáng)，長鏈大分子運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)，整個(gè)高聚物處于剛性狀態(tài)，形變很小，不適合拉伸。當(dāng)溫度上升至Tg時(shí)，高聚物處于高彈態(tài)，此時(shí)高聚物柔軟而富有彈性，雖然整個(gè)大分子長鏈還不能移動(dòng)，但分子鏈段開始運(yùn)動(dòng)，高聚物在外力作用下，可產(chǎn)生很大形變，PETG薄膜拉伸就是在高彈態(tài)下進(jìn)行的。

圖1 拉伸溫度對PETG膜橫向收縮率的影響

圖2 拉伸溫度對PETG膜縱向收縮率的影響

由圖1和圖2可以看出，隨著拉伸溫度的提高，PETG熱收縮膜的橫向收縮率和縱向收縮率均有所降低；這是因?yàn)闇囟容^高時(shí)，分子鏈段的運(yùn)動(dòng)能力較強(qiáng)，當(dāng)PETG鑄片被拉伸時(shí)，分子鏈段能較快適應(yīng)取向、完成松弛過程，從而減小內(nèi)應(yīng)力；另外，溫度較高時(shí)，分子鏈易發(fā)生解取向，因此收縮率會有所降低。

3.2 拉伸速率對收縮率的影響

當(dāng)拉伸溫度和拉伸比一定時(shí)，拉伸速率的快慢會影響分子鏈取向及分子鏈的松弛過程，進(jìn)而影響收縮率的大小。拉伸速率越大越有利于分子鏈取向和薄膜的均勻性。

當(dāng)然，拉伸速率過高，超過彈性變形極限會造成破膜。

圖3 拉伸速率對PETG膜橫向收縮率的影響

圖4 拉伸速率對PETG膜縱向收縮率的影響

從圖3和圖4可以看出，降低拉伸速率，PETG熱收縮膜的橫向收縮率變化不大，縱向收縮率在80～95℃范圍內(nèi)有小幅度降低。

3.3 拉伸比對收縮率的影響

在生產(chǎn)薄膜的過程中，為了便于調(diào)整工藝條件，及時(shí)改變薄膜的性能，人們把快拉輥與慢拉輥線速度之比稱為縱向拉伸比，把薄膜經(jīng)過橫拉后的兩條導(dǎo)軌（或夾口）之間的幅寬與橫拉之前。的兩條導(dǎo)軌之間的幅寬（或夾口）之比稱為橫向拉伸比。在一定的拉伸溫度和拉伸速率下，拉伸比越大，PETG分子鏈的取向則越大，分子鏈恢復(fù)原有形態(tài)的趨勢就越大。但是拉伸比過大，會增加拉伸時(shí)的破膜率，PETG薄膜的拉伸比一般為 3～5倍

圖5 拉伸比對PETG膜橫向收縮率的影響

圖6 拉伸比對PETG膜縱向收縮率的影響

從圖5和圖6可以看出，降低拉伸比，PETG膜的橫向收縮率變化不大，縱向收縮率在70～80℃范圍內(nèi)有小幅度降低。

3.4 冷卻速率對收縮率的影響

熱收縮膜之所以具有良好的收縮性，是因?yàn)楸∧ぴ诒焕熘笸ㄟ^驟冷，使分子鏈段的取向被凍結(jié)起來，使得薄膜內(nèi)存在較大的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)重新加熱時(shí)，薄膜就有回復(fù)原來尺寸的趨勢[8]。倘若冷卻速率較低，拉伸取向的結(jié)晶晶格會繼續(xù)增長，一方面會使得薄膜結(jié)晶度過高而發(fā)脆，另一方面會造成薄膜體積收縮，降低薄膜的熱收縮率。從下圖7和圖8可以看出，降低冷卻速率，PETG熱收縮膜的橫向收縮率和縱向收縮率均小幅度降低。

圖7 冷卻速率對PETG膜橫向收縮率的影響

圖8 冷卻速率對PETG膜縱向收縮率的影響

4.結(jié) 論

本文探究了拉伸工藝對P ETG熱收縮膜收縮率的影響，得出的結(jié)論如下：

（1）隨著拉伸溫度的提高，PETG熱收縮膜的橫向收縮率和縱向收縮率均有所降低；

（2）降低拉伸速率，PETG熱收縮膜的橫向收縮率變化不大，縱向收縮率在80～95℃范圍內(nèi)有小幅度降低；

（3）降低拉伸比，PETG熱收縮膜的橫向收縮率變化不大，縱向收縮率在70～80℃范圍內(nèi)有小幅度降低；

（4）降低冷卻速率，PETG熱收縮膜的橫向收縮率和縱向收縮率小幅度降低。