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标题: 塑料膜成型工艺及其性能特点 [打印本页]

作者: Bruce 时间: 2011-12-27 08:40
标题: 塑料膜成型工艺及其性能特点
塑料薄膜的性能不仅同树脂的种类、分子量的大小、分子量分布、枝化度及添加剂有关，还同成型加工的方法和成型过程中的工艺参数有关。同一种制品可以由不同的加工工艺生产出来，而即使用同一种原料，成型方法的不同薄膜的性能也是有差异的。
塑料薄膜的生产工艺主要有溶剂流涎法、挤出流涎法、压延法、挤出吹胀法、双向拉伸法。
一、溶剂流涎法
溶剂流涎未能是高分子材料溶液状制膜的一种方法，这种方法生产者的薄膜具有：薄膜的透明性优良、光泽性好；薄膜的尺寸均匀性好；薄膜纵横向性能均衡，无内应力；可以生产厚度很小的薄膜，一般为5-8μm，使用水银为载体的所谓分子膜，厚度可在3μm左右；薄膜质地纯度高，不易混入杂质；溶剂流涎法生产的薄膜，由于没有受到挤出机强大的挤压力，分子之间的距离较大，结构比较疏松，因而薄膜强度较低；溶剂流涎法生产的薄膜成本较高，需要消耗大量易挥发性溶剂，装置设备投资较大，主要在溶剂回收设备投资大，因此不是特殊用途或不能用其他方法生产薄膜的，一般都不采用溶剂流涎法生产。
使用溶剂流涎法生产的薄膜有三醛酸纤维素酯、聚乙烯醇、氯醛树脂等，此外聚四氟乙烯、PC也常用溶剂流涎法生产薄膜。热固性塑料利用其初聚物胶液来生产高度耐热的热固性塑料薄膜，用于电器、电子、航空、宇航、国防军工企业中。
溶剂流涎三醛酸纤维素酯薄膜的溶液胶配方如下：
三醋酸纤维素酯　100份重
混合溶剂（三氯甲烷90%体积，10%甲醇）　700份重
增塑剂三苯基磷酸醋　200份重
溶剂流涎法中有干式溶液流涎法和湿式溶液流涎法两种。
干式溶液流涎法是把高聚物溶解在易挥发的混合溶剂中，然后流淌在一个转鼓上，转鼓表面经干燥热空气干燥，在转鼓表面形成高聚物薄膜，冷却后从转鼓上剥离下来就形成薄膜。另一种方法是把高聚物溶胶流涎在不锈钢带上，经过一个烘道加热，挥发去有机溶剂，冷却后从钢带上剥离下来就是溶剂流涎膜。作为溶剂流涎法生产薄膜的载体还可以是涂布了离型剂硅胶的离型纸等，这些成膜方法叫干式溶剂流涎法。
湿式溶剂流涎法是把高聚物溶液胶通过一个狭口流涎入盐溶液浴中，称为凝固浴再依次进入再生浴、水洗、胶盐、水洗、进入柔软剂浴，然后干燥机中干燥，调湿装置调湿处理后卷取成产品薄膜。正如前述把高分子溶胶流涎入水银浴中，干燥后从浴的另一端捞出已成膜的产品，也是一种湿式溶剂流涎法。表4-1是各种塑料薄膜的生产方法。

二、挤出流涎薄膜(Extruction Castfilm)
挤出流涎薄膜(CPP)生产的工艺流程如下：PP粒子进料→挤出机挤出→T型口模流涎→气刀吹送→1#冷却辊冷却→2#冷却辊冷却→电晕处理→切边→收卷。挤出机设备由日本制钢所生产，直径65mm，L/D32，普通渐变型螺杆，PP粒子为日本窒素工业公司生产的F8477，机筒温度210℃/230℃/240℃/255℃/265℃，连接器温度265℃，树脂温度230-237℃，T型口模温度(2m宽)均为265℃。1#冷却辊使用自来水经制冷器热交换器冷却到0--5℃后进入，2#冷却辊冷却水温8-10℃。T型口模设置调节厚度的螺丝，可以调节CPP薄膜的厚度。目前国内从国外引进的CPP生产设备上都安装有γ射线走查式自动测厚仪，可以把测得的厚度显示并记录下来，并返馈到T型口模的厚度调节器上，这个厚度调节器是热膨胀螺丝，可以靠加热冷却热膨胀螺丝来精确控制薄膜厚度，使薄膜厚度的平均误差在2%以内，而使用人工调节螺丝来调控的话，只能在10%以内(1m宽度)。
挤出流涎薄膜生产中气刀(air knife)是由狭长孔隙中射出的压缩空气，它安装在T型口模流涎出来的膜后，用气刀可以使流涎出来的熔融膜紧贴在1#冷却辊上，加速提高冷却效果，由于气刀的作用，还可以减少流涎膜两端的缩颈现象。所谓缩颈是指从T型口模流涎出来的熔体薄膜，在离开模唇到达1#冷却辊表面时，会发生宽度方向上的收缩，收缩的结果，使薄膜两端的厚度加厚，门幅变狭窄，气刀吹出的压缩冷空气，使整个薄膜能紧紧贴在辊筒表面，阻止了横向的缩颈。
熔体流涎膜从模唇到1#冷却辊表面的距离称为气隙(arigap)，气隙的距离同薄膜表面的性能有一定的关系，气隙小，引膜比较困难，气隙太大，则薄膜在高温下同空气接触，薄膜表面氧化程度提高，表面氧化程度的提高有利于薄膜的复合和印刷，却不利用薄膜的热封制袋。一般情况下，气隙调节在20cm左右。上述挤出流涎聚丙烯薄膜的性能如下：
厚度20-30μm
雾度5.5-6%
抗张强度纵/横≥40/20MPa
断裂伸长率，纵/横≥400%/500%
直角撕裂强度，纵/横≥100kgf/cm/140kgf/cm
表面张力≥42达因/cm
挤出流涎法生产的薄膜特性是：挤出流涎膜从原则上来讲，它是通过辊筒传递薄膜，不施加或施加的眉头张力极少，因而纵横向性能比较平衡；挤出流涎膜透明性好，薄膜的厚度均匀性较吹胀膜好；挤出流涎膜生产速度比吹胀法快，生产量大，因为薄膜冷却速度快；挤出流涎膜热封性优，薄膜生产过程中，不受到任何拉伸，而拉伸会使分子定向（高弹态下），从而损失部分可热封性；挤出流涎膜受热时的收缩性小，有利于热封制袋。
流涎尼龙6薄膜的生产。挤出流涎尼龙6薄膜设备由日本制钢所生产，螺杆直径90mm，L/D32，主电机55kW，螺杆转速10-100rpm，挤出量100-160kg/h，加热区6段，加热功率50kW，机头操作压力不超过25MPa(250kg/cm2)。使用过滤网：40/80/120/120/40共五层。T型口模长1300mm，模口间隙0.7-16.04mm，可调。
尼龙6树脂由日本宇部兴产株式会社生产，使用铝箔密封包装，尼龙薄膜生产中原料的含水量应严格控制，因为高温睛尼龙粒子吸收的水分会引起水解降解，影响尼龙薄膜的强度。严格来讲尼龙粒子应采用真空上料，具有加热保温的料斗，使尼龙不同周围潮湿空气接触而吸湿。原料粒子含水量应低于0.05%，料斗温度在80℃左右。挤出流涎法生产的尼龙6薄膜工艺流程如CPP一样。应当指出的是，尼龙6薄膜印刷面的粘附力，防止印刷后收卷时在另一面上反粘，挤出流涎尼龙还是在印刷面上进行电晕处理，电晕处理后的尼龙6薄膜表面可达到52dyn/cm。
尼龙6树脂牌号为日本CM=1021-XF，MI为1.8g/10min含水量＜0.05%。机筒温度240℃/260℃/280℃/280℃/285℃，连接器260-270℃，T型口模5段均为265-270℃。螺杆转速65rpm，牵引速度60m/min。热油循环装置为1#冷却辊提供热油冷却，油温为100℃左右，2#冷却辊为自来水，温度20-30℃。使用热油冷却的原因是减缓冷却速度，提高挤出流涎尼龙的结晶度，从而提高挤出流涎尼龙薄膜的物性。挤出流涎尼龙6薄膜的性能如下：
厚度20-60μm
拉伸强度，纵/横≥46/43MPa
伸长率，纵/横≥280%/300%
直角撕裂强度，纵/横≥125kg/cm/170kg/cm
雾度＜6-7%

三、吹胀膜(inflation film)
使用圆形口模来挤出塑料薄膜称为吹胀膜。吹胀法的工艺流程如下：挤出机加料→圆形口模挤出吹胀→风环冷却→熄泡辊牵引熄泡→电晕处理（正、反两面电晕处理，因为是膜泡）→切刀剖切→静电消除器→收卷（两个收卷轴分别收卷两卷）。
设备由日本Placo公司制造，型号为LL-65F，可以加工LDPE，也可以加工LLDPE，备有两根螺杆，以适应上述两种原料的吹膜用。该设备可生产厚度20-100μm，折径为900-1350mm的LDPE或LLDPE薄膜。螺杆直径65mm，L/D28，产量80kg/h左右，螺杆转速13-130rpm，可无级调速，口模直径450mm，口模间隙生产LDPE膜时为0.08mm，生产LLDPE薄膜时为1.8mm，旋转模头，旋转360埃???俣瓤晌藜兜魉伲??-60min旋转一周。机筒温度，LDPE原料时为100℃/135℃/165℃/160℃，吹胀比1.5-2.5，当使用LLDPE原料时，应更换螺杆，LLDPE螺杆是在计量段具有两排销钉还有两排混炼头的组合型螺杆，适用于LLDPE高速生产所需要高混炼效果。加工LLDPE时，机筒温度可提高10-15℃。由于采用了旋转模头，因而生产的薄膜质量好，透明度好，强度高。
圆形口模有螺旋型模（スプイラル型）和支架型（スパイダ－型）口模两种，其特点如下：
螺旋型口模　支架型口模
接缝线痕迹　无　容易发生
薄膜透明度　优秀　稍差
薄膜的强度　优秀　稍差
口模内压力　高　低
挤出量　稍少　多
LDPE及LLDPE吹胀膜生产中发生故障及解决办法列于表中。

[快车下载]ldpe、lldpe吹胀膜生产故障及.gif：

吹胀膜生产过程中应注意以下几点：
(1)稳定筒
稳定筒是日本Placo公司发明的，用于吹胀法生产薄膜时稳定泡用的。它是模芯上吹气管上连接出一根钢管，在钢管上捆扎一个毡毯的倒圆锥形东西，引膜时把薄膜通过它向上引，经过毡毯而向上引的薄膜受到一个摩擦力的作用，提高了吹胀膜的强度；稳定筒起到提高吹胀膜厚度的均匀性；作用是稳定膜泡，使之不会在流动的空气中摇摆不定。有的地方使用一个钢制的稳定筒，但由于膜泡紧贴着钢制稳定筒，引膜很困难，钢传热很快，薄膜冷却太快，也不利于结晶度的提高，为此，还是在钢管外包一层毡毛较为合适。
(2)双风环冷却
吹胀膜的冷却靠口模处的两个风环，内风环吹下边，而外风环向上吹，由于开口角度不一样，吹出的风位置也不一样，调节风量的大小，可以调节冷却线（霜线）的高低，从而影响到吹胀膜的性能特点。
(3)吹胀比和牵引比
塑料薄膜的吹胀比随材料不同而异，一般在1.5-3之间，过大的吹胀比会使薄膜横向受到拉伸分子发生定向（如果在高弹态下），结果影响到吹胀膜的热封性。吹胀比是膜泡直径同口模直径之比。太小的吹胀比不仅薄膜厚度太大且强度较低。牵引比是熄泡辊的线速度同挤出速度之比。牵引比同吹胀比应配合一致，才能使薄膜纵横向性能较为平衡。过度的不平衡会使塑料原纤化，造成纵向或横向原纤化，形成膜裂纤维，垂直于原纤化方向的强度会很低，易撕开来。
(4)霜线
霜线又叫冷却线、露点。它是一条在膜泡上透明与模糊的分界线，就是薄膜的熔点线，透明的下端是液体，模糊或稍不透明的上部是固体。霜线如在膜泡下端未吹胀之前，则说明吹胀是在固体状态中进行的，因而生产的吹胀膜性能接近于拉伸定向膜，相反，霜线高度较大时，吹胀是在液体状态下进行的，生产的吹胀膜性能接近于流涎膜，因而正确掌握霜线的高度对吹胀膜性能的控制很有用处。
(5)静电消除器
由于LDPE和LCDPE都是电的绝缘体，吹膜过程中薄膜要经过很多个夹辊和导辊，薄膜在辊筒上的摩擦会产生大量静电，这些静电的薄膜上累积到一定强度时，易发生尖端放电，形成电火花；大量的静电也容易使薄膜吸附灰尘、油腻；静电还使印刷发生故障，胶粘剂粘结不牢，因此，消除薄膜的静电是很重要的，为此，在薄膜卷取前安装了静电消除器，消除了静电的薄膜，容易收卷整齐。
四、压延膜
利用塑料在熔融状态下具有的高度延展性，使用辊筒为成型工具生产薄膜和片材称压延法，生产的薄膜叫压延膜。压延工艺生产薄膜的特点是：（1）压延工艺过程一般流程较长，设备投资大；（2）压延生产速度较快，生产的薄膜厚度均匀性较好；（3）压延法主要用于PVC薄膜片材的生产，虽然PE，PP也可以使用压延法，但由于PE，PP熔融下，流动性好，易流淌，为此，一般均用于PE，PP填充片材薄膜的生产。
压延机根据辊筒的数目来分可分成二辊、三辊、四辊、五辊、六辊压延机；按辊筒的排布方式来分可以有I型、L型、倒L型、Z型、斜Z型；按辊筒直径来分类有同径压延机和异径压延机之分别。压延机每增加一根辊筒可以在保证有相同的质量前提下，提高车速10-15m/min。为此，为了达到充分塑化，高透明PVC硬片要使用四辊及四辊以上的压延机来生产。由于压延机辊筒表面机加工精度的提高，国内压延机可以生产80-200μm的各种PVC薄膜及片材。医用包装上的PTP药片用膜，就是用透明PVC无毒硬片经真空热成型托盘后，充填然后贴合热封铝箔盖材后形成的。
压延工艺的流程如下：PVC树脂粉开包检验→配方→高速捏合→密炼→二辊炼胶→二辊上料→三辊或四辊压延机压延→剥离辊剥离→压花辊压花→冷却辊冷却→橡胶带输送→卷取。
由于技术的进步，原先繁重的二辊车的包三角薄通操作，已经由机械代替。密炼机和二辊车也可以不用，而以塑化能力强产量高的二步式行星挤出机来代替。一台WE系列190mm机筒带有一个大直径螺杆十个小直径螺杆的挤出机，年产量可达500T/a，上述流水线只要高速捏合机、WE系列190行星式挤出机和四辊压延机（1730或1800规格）三台机械即可，设备总投资达360万人民币。

[快车下载]塑料膜配方1.gif：

应当提出的是，使用在食品药品包装上的PVC薄膜及片材配方中，PVC树脂应使用VCM含量在1ppm以下的无毒PVC树脂粉，其他助剂均应符合FDA要求。在无毒透明配方中，可使用无毒的有机锡稳定剂和环氧大豆油，还可使用润油剂硬脂酸丁酯以及增韧剂MBS或ACR，以提高PVC制品的韧性和冲击强度，也可以改善其加工性。一个典型的透明PVC无毒硬片配方是：

[快车下载]塑料膜配方2.gif：

五、定向膜(Biorientation film)
应当指出的是，双轴定向膜是指薄膜在高弹态下经过纵向和横向的拉伸，使高聚物分子发生了拉伸方向上的定向，然后热定型的薄膜，它同拉伸膜(stretched film)自粘膜(selfadhesives film)、弹性膜(Elastic film)以及缠绕膜(Wrapping film)是不一样，定向膜的拉伸在Tg-Tf温度范围内的高弹态下进行，是定向膜生产过程中的一个工序，而拉伸缠绕膜是已经生产了的薄膜在使用中的一个使用方法，是在常温下进行的拉伸，即是在低于Tg玻璃化温度以下进行的，不可能发生分子的定向。
双向拉伸膜的特点是：
1.双向拉伸膜有高度的强度，薄膜在高弹态下经过纵横向的拉伸，物理机械强度提高好多倍，可以使用较薄的薄膜来获得高度的性能，可大大节省树脂。为此，双向拉伸技术自70年代初开发以来获得了飞速发展，其产品广泛应用于包装业。
2.双向拉伸使高聚物分子按拉伸方向进行定向，这种定向作用促进了高聚物的结晶，使高聚物结晶度提高，并且使高聚物结晶颗粒细微化，正因为结晶细微化，形成的细微结晶不会阻挡住太阳光的透过，因而双向拉伸薄膜的透明度提高。
3.薄膜经过双向拉伸后密度提高，阻湿、阻气性提高。
4.双向拉伸薄膜的引发撕裂强度是提高的，但是继发撕裂强度大大降低，只需要很少一点力就可以把有制品的定向膜一撕到底，利用这一点在各种复合包装袋上做了各种形状的切口，便于应用时撕开来。
5.定向膜没有热封性，为了使定向膜具有热封性，必须采用以下方法：（1）在已生产了的定向膜上涂布可热封材料，如PVDC乳胶、EVA乳胶、EVA溶剂胶等；（2）挤出涂布EVA、EAA等可热封材料；（3）共挤出热塑性弹性体，在双向拉伸后，橡胶状的无定形高聚物不会丧失热封性，从而使双轴定向物表面有了热封性。三种双轴定向工艺的比较如表2所示。

[快车下载]塑料膜工艺表1.gif：

各种树脂适用的拉伸工艺如表3中所示。

[快车下载]塑料膜工艺表2.gif：

所谓同步双轴拉伸工艺是纵向和横向在一个能加速的展幅机上完成的，这种一步能同时完能纵横向拉伸定向的工艺有两大优点：第一，可以用来制造不能使用逐步拉伸技术的塑料薄膜，例如聚乙烯醇薄膜和尼龙6薄膜等，这是由于上述薄膜极易结晶，而拉伸可以促进结晶，进行逐步双向拉伸时，进行纵向拉伸后的薄膜，结晶度因为结晶速度快，已经达到相当的高了，高结晶了的薄膜难以再进行横向拉伸。为此，结晶速度快，结晶度高的容易结晶的树脂，不适宜逐步双向拉伸工艺，而只适宜于同步双向拉伸工艺。第二，同步双向拉伸工艺可以生产超薄型薄膜，降低成本，提高透明度。同步双向拉伸工艺可生产0.5-1.5μm的厚度的薄膜。平膜法双向拉伸法同管膜法双向拉伸工艺相比较：（1）平膜法投资大，设备费用大，管膜法投资少，设备费用少；（2）平膜法可以生产的门幅宽，可达4-10m，而管膜法一般折径仅0.6-1.5m；（3）平膜法拉伸比可达8-10，而管膜法拉伸比小，仅3-5；（4）平膜法生产速度快，可达150-200m/min，管膜法生产速度受膜泡冷却效率的限制，生产速度仅60m/min左右；（5）平膜法薄膜厚度的均匀性好，一般可在2%以内，采用γ射线测厚并自动调控，管膜法则很难实现厚度的自动控制，厚度的平均误差只能在1%以内；（6）平膜法定向膜性能较好，强度较高，而管膜法强度较低；（7）平膜法热收缩性小，尺寸稳定性好，而管膜法尺寸稳定性差，热收缩率大。各种聚合物的拉伸定向温度范围，如表4所示。

[快车下载]塑料膜工艺表3.gif：

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