拉伸工藝對(duì)PETG 熱收縮膜彈性模量的影響

鄭明偉

（江蘇光輝包裝材料有限公司）

1. 概述

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，及近幾年極端天氣的出現(xiàn)頻率增加，人們對(duì)環(huán)境的重視程度不斷增強(qiáng)，環(huán)保意識(shí)的日益加深，特別是食品軟包裝行業(yè)及防偽標(biāo)簽行業(yè)對(duì)熱收縮標(biāo)簽?zāi)さ男枨蟪汛蠓蠞q趨勢(shì)，我國(guó)國(guó)內(nèi)熱收縮標(biāo)簽?zāi)さ氖袌?chǎng)也保持這良好的增長(zhǎng)勢(shì)頭，年均增長(zhǎng)率均保持在10%-20%左右，在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)下行的大環(huán)境下，還能逆勢(shì)上漲，且保持這種高速的增長(zhǎng)速度，是其它包裝及印刷行業(yè)所無法想象的，在如今這種環(huán)境下，作為新型環(huán)保材料的聚酯熱收縮膜順勢(shì)脫穎而出，成為包裝行業(yè)眾多包裝材料里的明星產(chǎn)品，極大的促進(jìn)了聚酯熱收縮薄膜在市場(chǎng)中的應(yīng)用及推廣[1,7]。

作為包裝標(biāo)簽使用的基材，聚酯熱收縮膜多為單向熱收縮膜，基于單向收縮要求的基礎(chǔ)上，致使聚酯熱收縮膜存在縱向方向彈性模量相對(duì)較小的問題，導(dǎo)致使用聚酯熱收縮膜為基材的標(biāo)簽產(chǎn)品在后續(xù)的套標(biāo)過程中，存在套標(biāo)速度慢，飛標(biāo)、卡標(biāo)、等問題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量，給薄膜生產(chǎn)廠家及該產(chǎn)業(yè)鏈上的各個(gè)環(huán)節(jié)的廠家?guī)硪欢ǖ慕?jīng)濟(jì)損失及材料浪費(fèi)[2]。

如今市面上的聚酯熱收縮薄膜其產(chǎn)品各個(gè)性能綜合對(duì)比已由于同為包裝材料的其他材料品類（如：PVC、PP、PE 等），其在環(huán)保性能、光學(xué)性能、熱收縮穩(wěn)定性、厚度均勻性等方面的性能已然相當(dāng)優(yōu)良[6,10]，只有在力學(xué)性能方面還有一定的待提升空間，由于標(biāo)簽用熱收縮膜大多以單橫向拉伸為主，導(dǎo)致其在橫向的彈性模量相對(duì)較高，而縱向的彈性模量相對(duì)較低，縱向易彎曲。

2. 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

PETG 聚酯切片，江蘇光輝包裝材料有限公司提供。

2.2 儀器設(shè)備

雙向拉伸生產(chǎn)線（山東永健）；

電子拉力機(jī)（型號(hào)：XLW（PC）濟(jì)南蘭光）。

2.3 試樣制備

將PETG 聚酯切片經(jīng)過擠出機(jī)的熔融擠出形成流動(dòng)的熔體，然后在經(jīng)過過濾器過濾后流向模頭，在經(jīng)過鑄片系統(tǒng)形成片材，最后經(jīng)過縱向拉伸和橫向拉伸形成薄膜[8]。

2.4 性能測(cè)試

拉伸強(qiáng)度按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的ASTM D882規(guī)定進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試樣品采用長(zhǎng)條型，樣品尺寸：長(zhǎng)150 mm，寬：（15±0.1）mm，夾具間距為100 mm，拉伸速度為（100±10）mm/min，測(cè)試樣品各取樣5 條，采取平均值左右參考依據(jù)。[3]

3. 結(jié)果與討論

3.1 橫向拉伸倍率對(duì)彈性模量的影響

普通的聚酯熱收縮膜為單橫向拉伸的薄膜，只是不同的產(chǎn)品拉伸比有所不同，如圖1 所示，40 μ m 薄膜縱向的彈性模量只有1180 左右，而橫向的彈性模量為3350 左右，伴隨著橫向拉伸比由3.8 加大至5.0，橫向的彈性模量隨之增加最高來到了3910，縱向的彈性模量隨之少量降低，最低降至980，隨著橫向拉伸比的加大，分子鏈的橫向取向則越大，取向后的分子鏈模量增大，彈性模量增加，縱向分子鏈的模量減少，彈性模量降低[4,9]。

圖1 橫向拉伸倍率圖

3.2 縱向拉伸倍率對(duì)的影彈性模量響

以橫向拉伸比為4.5 倍為基礎(chǔ)，分別設(shè)定不同的縱向拉伸比，如圖2 所示，40 μ m 薄膜縱向的彈性模量只有960 左右，而橫向的彈性模量為3570 左右，隨著縱向拉伸比由1.0 加大至1.25，縱向的彈性模量隨之增加最高來到了1330，橫向的彈性模量無明顯變化規(guī)律，隨著縱向拉伸比的加大，分子鏈的橫向取向則越大，取向后的分子鏈模量增大，彈性模量增加，因縱向拉伸比小對(duì)橫向的分子取向影響不大，故在橫向上的彈性模量無明顯變化規(guī)律。

圖2 縱向拉伸倍率圖

3.3 縱向定型輥溫度對(duì)的影彈性模量響

以橫向拉伸比為4.5 倍，縱向拉伸倍率為1.2倍為基礎(chǔ)，分別設(shè)定不同的縱向定型輥溫度，來考察其對(duì)薄膜挺度的影響，如圖3 所示，40 μ m薄膜縱向的彈性模量1200 左右，橫向的彈性模量為3400 左右，隨著縱向定型輥溫度由35℃逐步提高至50℃，縱向和橫向的彈性模量無明顯變化。

圖3 縱向定型輥溫度圖

3.4 縱向拉伸間隙對(duì)彈性模量的影響

同樣以橫向拉伸比為4.5 倍，縱向拉伸溫度為80℃倍率為1.2 倍為基礎(chǔ)，通過設(shè)定不同的拉伸間隙，來考察其對(duì)薄膜挺度的影響，如圖4 所示，40 μ m 薄膜縱向的彈性模量1200 左右，橫向的彈性模量由輕微提升，隨著間隙由5 mm 逐步提高至20 mm，縱向的彈性模量無變化不大，由于拉伸間隙的增大，同樣的拉伸倍率，頸縮量變大，鑄片寬度變窄，TDO 出口寬度不變的情況下變相增加橫拉倍率，因此橫向彈性模量有輕微增加。

圖4 縱向拉伸間隙圖

3.5 橫向拉伸溫度對(duì)彈性模量的影響

以橫向拉伸比為4.5 倍，縱向拉伸比為1.0倍為基礎(chǔ)，通過改變TDO 的拉伸區(qū)溫度，來考察其對(duì)薄膜挺度（彈性模量數(shù)值）的影響，如圖5 所示，隨著TDO 拉伸區(qū)的溫度設(shè)定由80℃分段提高至95℃時(shí)，分子鏈在拉伸過程中，邊拉伸邊定型，隨著拉伸溫度的升高，橫向分子鏈的解取向度減少，分之間的相對(duì)橫向移動(dòng)變多，縱向分子鏈模量相對(duì)增加，彈性模量數(shù)值在一定程度內(nèi)有所增加，彈性模量數(shù)值由930 來到了1400。

圖5 橫向拉伸溫度圖

4. 結(jié)論

聚酯熱收縮膜主要的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)闃?biāo)簽領(lǐng)域，這也就決定了其主要指標(biāo)為橫向收縮率，縱向挺度的大小決定了產(chǎn)品的品質(zhì)和應(yīng)用廣泛性。

通過對(duì)產(chǎn)品加工工藝上的縱、橫向的拉伸倍率和拉伸溫度對(duì)薄膜縱向彈性模量影響的研究和論證，可以得出以下結(jié)論：

1）隨著橫向拉伸倍率的增加，橫向彈性模量對(duì)應(yīng)增加，縱向彈性模量對(duì)相應(yīng)輕微降低；

2）縱向拉伸倍率越大，縱向彈性模量越高；

3）縱拉定型輥溫度變化，對(duì)薄膜彈性模量無明顯影響；

4）縱向拉伸間隙越大，橫向彈性模量越大，縱向彈性模量無明顯變化；

5）橫向拉伸區(qū)溫度越高，縱向彈性模量越好，且隨著溫度的提高，彈性模量提高的幅度越小。