BOPET 薄膜分切皺紋的產(chǎn)生及解決措施

李秋林

（儀化東麗聚酯薄膜有限公司，江蘇 儀征 211900）

引言

雙向拉伸聚酯薄膜（BOPET）于20 個世紀(jì)50 年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)后，經(jīng)過不斷發(fā)展，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于電容膜、熱轉(zhuǎn)移膜、膠帶膜、光學(xué)膜等，其加工流程主要包括結(jié)晶干燥、熔融擠出、鑄膜、雙向拉伸、收卷分切等。分切是生產(chǎn)過程中最后一道工序，也是影響成品質(zhì)量的關(guān)鍵工序。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，分切工藝不恰當(dāng)，往往會產(chǎn)生皺紋、麻點(diǎn)、竄邊、翹邊、劃傷等諸多問題，影響產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而影響客戶的使用。其中，皺紋問題是分切問題中的首要問題，影響因素眾多，尤其對于10 μm 以下薄型膜而言，皺紋現(xiàn)象更加突出。

1 分切皺紋產(chǎn)生的原理

BOPET 薄膜分切過程是將制膜取得的BOPET大母卷經(jīng)放卷站放卷后，穿過分切機(jī)的張力控制輥、導(dǎo)向輥、展平輥等，之后在張力的作用下經(jīng)過切刀裁切成多段用戶需求的幅寬規(guī)格，最后經(jīng)過分切壓輥，平整光滑地卷繞在卷芯上[1]。薄膜在卷繞過程中，附近的空氣會隨著薄膜一起運(yùn)動，從而不可避免地被卷入膜卷，如圖1 所示。在分切壓輥的壓力作用下，大部分空氣會在卷繞前被壓輥?zhàn)韪舳靡耘懦?，但由于薄膜的彈性作用和微觀不平整，仍會有少量的空氣被卷繞進(jìn)膜卷而殘留在膜層與膜層之間。

圖1 收卷過程示意圖

薄膜在收卷過程中，在收卷張力作用下，薄膜會沿著縱向方向彈性伸長，同時(shí)由于材料的泊松效應(yīng)，會在橫向有輕微的收縮，如圖2-2 所示。在收卷成膜卷后，由于彈性伸長尚未恢復(fù)，會繼續(xù)有張力的殘存，并且這種殘存的張力會沿著卷筒的徑向向內(nèi)產(chǎn)生一定的附加壓強(qiáng)，膜卷內(nèi)部層與層之間的空氣在這種附加壓強(qiáng)的作用下，會向膜卷兩端移動而從端面緩慢逸出。隨著空氣的逸出，膜卷的卷徑會有所減小，周長得以回縮，薄膜的彈性伸長回復(fù)，從而應(yīng)力得以緩和，而橫向也會產(chǎn)生一定的松弛[2]，如圖2-3所示。在此過程中，如果空氣排出不暢，薄膜的彈性形變不均勻，橫向松弛受阻，便會不可避免地產(chǎn)生皺紋。

圖2 薄膜受力變形示意圖

2 分切皺紋產(chǎn)生的影響因素

從分切皺紋的產(chǎn)生原理來看，其影響因素主要包括以下方面。

2.1 工藝條件

2.1.1 收卷張力

薄膜的收卷速度通常略微高于放卷及行走速度，這一速度增量引起薄膜彈性伸長，從而形成收卷張力。薄膜在分切過程中，需要保持適當(dāng)?shù)膹埩?，使得膜面保持繃直的狀態(tài)，避免松弛，從而被平整地收卷在卷筒上。

收卷張力大小的設(shè)置需要根據(jù)薄膜的厚度和幅寬而確定。在同等條件下，收卷張力過大，薄膜的彈性伸長也就越大，沿橫向的收縮也越大，彈性變形也就越容易不均勻，薄膜往往在收卷前的行走狀態(tài)下極容易產(chǎn)生褶皺，平整度差，行走時(shí)的膜面皺褶卷到卷筒上后即產(chǎn)生皺紋。但是，收卷張力也不宜過小，收卷張力過小時(shí)，膜面出現(xiàn)松弛，不能保持繃緊的狀態(tài)，收卷時(shí)夾入的空氣會增多，膜卷收卷偏松，內(nèi)層容易被壓皺，也會產(chǎn)生皺紋。

2.1.2 收卷壓力

收卷壓力是由分切壓輥兩端的氣缸產(chǎn)生的，在收卷過程中，分切壓輥兩端在壓輥支架杠桿原理的作用下，將合適的壓力作用在壓輥上，壓輥以線接觸的方式將薄膜壓在卷筒上進(jìn)行卷繞，通過分切壓輥的彈性變形以達(dá)到展平膜面，排出空氣的效果。

收卷壓力的設(shè)置也要適中，收卷壓力過小時(shí)，隨薄膜一起卷入膜卷的空氣量大，膜卷收卷偏軟，容易產(chǎn)生皺紋。收卷壓力過大時(shí)，空氣排出過多，薄膜層與層之間過于黏合，會影響后道使用時(shí)的放卷。收卷壓力大小可根據(jù)膜卷硬度進(jìn)行適度調(diào)節(jié)，一般來說，膜卷表層的硬度控制在邵氏90°～96°之間。

2.1.3 分切速度

在同等條件下，隨著分切速度的增加，靠近薄膜的空氣的流動速度也相應(yīng)增加，在卷繞時(shí)，更多的空氣被卷入到膜卷中。因而，減小分切速度有利于空氣排出，減少皺紋的產(chǎn)生。

但是，減小分切速度意味著加工效率的降低，不具有實(shí)際生產(chǎn)的意義。為了提高分切速度，通常會適當(dāng)增加收卷張力、收卷壓力，以增加空氣的排出效果。

2.2 薄膜特性

2.2.1 厚度均勻性

對于BOPET 薄膜而言，薄膜厚度無論怎么控制，總是會存在一定的厚度偏差，厚度偏薄或偏厚均會影響皺紋的產(chǎn)生。

當(dāng)厚度偏薄時(shí)，收卷時(shí)偏薄處會產(chǎn)生輕微的凹陷，這一位置膜層之間空氣會較其它位置堆積更多，經(jīng)過多層卷繞之后，空氣堆積越來越多，厚度累積越來越薄，分切壓輥也無法接觸該處膜面，凹陷處的薄膜處于相對自由的狀態(tài)，從而極易變形產(chǎn)生皺紋，這一位置的皺紋相對來說硬度較軟。

當(dāng)厚度偏厚時(shí)，收卷時(shí)偏厚處會產(chǎn)生輕微的凸起，隨著收卷直徑的增加，偏厚的部分經(jīng)過累積，會產(chǎn)生明顯的凸起狀的皺紋，這一位置的皺紋相對來說硬度較硬。此外，厚度偏厚的區(qū)域膜層過于粘連，會影響鄰近區(qū)域的空氣向小卷端部排出，造成鄰近區(qū)域空氣堆積而產(chǎn)生皺紋。

對于10 μm 以下的BOPET 薄膜，厚度偏差一般要控制在4%以內(nèi)，為消除厚度不均的影響，通常會在放卷時(shí)進(jìn)行周期性的左右搖擺，以部分消除厚度偏差的累積作用；但當(dāng)厚度嚴(yán)重不均時(shí)，搖擺的作用有限，則需要進(jìn)一步優(yōu)化制膜工藝來提高厚度均勻性。

2.2.2 表面摩擦系數(shù)

聚酯薄膜的表面摩擦系數(shù)也會影響皺紋的產(chǎn)生，由于薄膜在空氣排出、橫向松弛時(shí)有輕微的形變和相對位移，當(dāng)摩擦系數(shù)相對較大時(shí)，膜與膜之間不太容易滑動，容易阻滯薄膜的回縮變形從而產(chǎn)生皺紋。

薄膜表面有大量的外露分子鏈，純BOPET 薄膜由于層與層之間距離過近，外露分子鏈的作用力較強(qiáng)，層與層之間不易滑動，容易黏合。因而，一般會加入一定的開口劑，讓薄膜表面產(chǎn)生凸起，形成一定的粗糙度，增加層與層之間的空隙，從而降低粘合作用，相對滑動也就更加容易[3]。開口劑的種類很多，如氧化物（SiO2、TiO2、MgO 等）、無機(jī)鹽（碳酸鈣、磷酸鹽等），通過改變開口劑的添加量、粒徑等，可以對表面粗糙度及摩擦系數(shù)進(jìn)行調(diào)控，通常BOPET 薄膜的靜摩擦系數(shù)應(yīng)控制在0.4～0.7，動摩擦系數(shù)控制在0.3～0.6[4]。

2.2.3 彈性模量與泊松比

薄膜的彈性模量大，意味著在同樣的收卷張力作用下，薄膜的彈性變形量小，彈性形變不均勻的程度就小，皺紋發(fā)生的幾率就低。

薄膜的泊松比也會對皺紋產(chǎn)生影響。泊松比是指在拉伸力的作用下，沿拉伸方向的伸長量與橫向的收縮量之比。泊松比越大，在同樣的拉伸變形下，橫向的變形量就小，也就越不容易產(chǎn)生皺紋。

彈性模量與泊松比與薄膜自身的內(nèi)在特性有關(guān)，影響因素較多，通常不會進(jìn)行針對性調(diào)控。但當(dāng)彈性膜量與泊松比較小時(shí)，可以適當(dāng)降低收卷張力，以減小拉伸變形，從而減少皺紋的產(chǎn)生。

2.3 分切壓輥輥徑和材質(zhì)

由于收卷時(shí)，大部分空氣是通過分切壓輥的擠壓作用而被排除在膜卷外，壓輥的作用不可忽視，對其結(jié)構(gòu)形態(tài)也有著相應(yīng)的要求。其中，壓輥的輥徑和材質(zhì)對皺紋發(fā)生的影響較大。

當(dāng)壓輥直徑較大時(shí)，膜與壓輥的包角較大，而與卷筒之間的夾角較小，更多的空氣會在未被完全排出時(shí)，隨薄膜一起被夾入膜卷中，皺紋產(chǎn)生的幾率高。當(dāng)壓輥直徑較小時(shí)，膜與卷芯之間的夾角大，相對而言空氣更容易向周圍發(fā)散逸出，也就不易產(chǎn)生皺紋。但是。當(dāng)壓輥直徑更小之后，其剛度會變小，容易弓曲產(chǎn)生撓度，對壓輥材質(zhì)提出了更高的要求。實(shí)際生產(chǎn)中，需要綜合薄膜的厚度、幅寬等多方面因素來選擇合適的輥徑。

對壓輥的另外一個要求是表面材質(zhì)和硬度，壓輥表面通常采用橡膠進(jìn)行包覆，針對薄膜厚度的微觀不平，通過橡膠在壓力下的彈性作用，可以彌補(bǔ)一部分膜面不平整，并緩沖壓輥、卷芯的跳動，使得壓力均衡。壓輥表面的彈性和硬度要求適中，硬度過小時(shí)，收卷壓力主要被橡膠的變形所吸收，對膜卷的擠壓作用不足而無法有效排出空氣；硬度過大，橡膠的彈性形變不足，也無法有效彌補(bǔ)厚度不均和壓輥跳動等導(dǎo)致的壓力不均衡，通常壓輥的表面硬度控制在邵氏40～60。

2.4 卷芯質(zhì)量

由于薄膜是收卷在卷芯上的，通常的卷芯采用紙管，紙管的加工質(zhì)量也極其重要。紙管的性能指標(biāo)中，最重要的是直線度和同心度。

紙管的直線度會直接影響收卷張力、壓力橫向分布的均勻性。紙管的直線度越差，收卷時(shí)的橫向分布越不均勻，皺紋產(chǎn)生的幾率就高。要保證紙管的直線度，可以適當(dāng)增加紙管壁的厚度、選用更好的材料等，以提高紙管的剛性。

紙管的同心度會影響卷芯轉(zhuǎn)動時(shí)的均勻性，紙管的同心度越好，實(shí)際的卷繞速度就越穩(wěn)定，收卷張力的波動就小。同時(shí)，與卷筒接觸的壓輥的跳動也相對較小，收卷壓力的波動也變小，可以減少皺紋的發(fā)生。另外，紙管內(nèi)徑與卡頭也需要密切配合，紙管端部內(nèi)壁的耐磨性較好，與卡頭之間無相對滑動和跳動，才能更好地體現(xiàn)同心度的效果。

2.5 設(shè)備狀態(tài)

分切機(jī)的設(shè)備精度和狀態(tài)，運(yùn)行的穩(wěn)定性均會對皺紋產(chǎn)生影響。

由于收卷張力是依靠收卷時(shí)的速度增量而產(chǎn)生的，傳動輥的速度波動、收卷臂的速度波動均會引起張力的波動，從而導(dǎo)致膜面不平整而產(chǎn)生皺紋。

而收卷壓力是通過分切壓輥與膜卷的接觸擠壓而產(chǎn)生的，收卷臂的卡頭跳動、壓輥氣缸壓力的穩(wěn)定、壓輥的水平度均會影響到收卷壓力的波動，進(jìn)而導(dǎo)致排氣不均勻而產(chǎn)生皺紋。

要保持良好的設(shè)備狀態(tài)，需要加強(qiáng)平時(shí)設(shè)備的定期維護(hù)。

3 結(jié)語

BOPET 薄膜分切收卷過程出現(xiàn)皺紋，歸根結(jié)底還是收卷時(shí)卷入的空氣過多，在膜卷內(nèi)部分布不均勻造成的。由于生產(chǎn)狀態(tài)的變化，在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，需要結(jié)合上述原因，對收卷張力、壓力、薄膜厚度、壓輥和紙管的配置、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行針對性的調(diào)整和優(yōu)化，以保證最佳收卷效果，減少皺紋的發(fā)生，滿足用戶對膜面平整性的要求。