简述双向拉伸薄膜制造的知行合一（一）.pdf

前 言 双向拉伸作为制造薄膜的一种加工工艺，是塑料加工业的产品类型和特别支脉，也是国家建设发展和活跃民生经济的重要力量。本文归纳了双拉膜应用技术发展过程中的前后经历、成型理论、市场趋势，指出了双拉膜关键工艺及流程的影响因素和市场是推动双拉膜的持续进化和品质改善的主要因素，讨论了目前双拉膜发展的技术路径以及装备上进行一些革新的尝试。一、关乎双向拉伸薄膜的常识 1.双向拉伸薄膜定义和成型 高分子聚合物被加热熔融成熔体后，经过狭长的模头流延、急冷而铸成厚片，再在设定的温度和速度范围里（高弹态温度和拉伸速度）顺着纵、横两个方向进行一定倍率的拉伸，促使其分子链或结晶沿着平面方向有序排列，并在绷紧或松弛状态下固定大分子的取向结构（热定型），尔 双向拉伸薄膜工艺 简述双向拉伸薄膜制造的知行合一（一）杜永胜 张晓龙（山东永健机械有限公司，潍坊 261303）摘 要：本文归纳了双拉膜应用技术发展过程中的前后经历、成型理论、市场趋势，指出了双拉膜关键工艺及流程的影响因素和市场是推动双拉膜的持续进化和品质改善的主要因素，讨论了目前双拉膜发展的技术路径以及装备上进行一些革新的尝试。在此基础上，对双拉膜进一步拓展，进行了依赖协同递进和纵横合作的前景展望。关键词：时温等效 速力管控 层叠共挤 同步拉伸 A Brief Introduction to the Integration of Knowledge and Action in Biaxially Oriented Stretching Film Manufacturing（）Du Yongsheng Zhang Xiaolong（Shandong Yongjian Machinery Co.,Ltd.,Weifang 261303）Abstract：The article summarizes the development history of application technology,established theory,and market trends of the biaxial stretching film.It points out the influencing factors of the key processes of biaxial stretching film and explains that the market are the main factors driving the continuous evolution and quality improvement of biaxial stretching film.It discusses the current technological path for the development of biaxial film and attempts on equipment innovation.On this basis,the article also makes prospects of relying on collaborative progression and vertical and horizontal cooperation within the industry of biaxial stretching film.Keywords：Time temperature equivalent Speed control Overlapping coextrusion Synchronized stretching 2023 年 第 33 卷 第 3 期 塑料包装 37 后再经过冷却与后续处理，便可制成双向拉伸薄膜（本文以下简称“双拉膜”）1。理论上，所有热塑性塑料都有可能成为双拉膜。但是，从现实社会的需用量出发，市场暂时只有聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺（PA）、聚乙烯（PE）等树脂。若在上述树脂基体添加适宜的塑料助剂，或在其表面涂覆不同的水性高分子树脂，便能按需求变化出各种各样的功能性薄膜。双拉膜材料加工成型过程，表现出一些共同的基本物理和化学行为聚合物的流变、加热和冷却、结晶、定向和降解，以及热固性塑料的交联作用2。其间的各种物理化学变化，都须采用合理的结晶干燥（双螺杆挤出系统除外）熔融挤出铸片纵向拉伸（预热、拉伸、定型）横向拉伸（预热、拉伸、定型、冷却）牵引收卷分切等加工条件，才会使聚合物大分子链和聚集态结构发生高度取向，从而获得性能优良的薄膜和片材。1.1 薄膜和片材的区别 塑料薄膜以合成的或天然的高分子化合物为基本成分，通过制造或加工成型一种薄而软的透明材料。通常，其软质材料的厚度不大于 0.254 mm 称为薄膜，0.254 mm 以上称为片材；其硬质材料的厚度不大于 0.076 mm 称为薄膜，0.076 mm以上称为片材23。1.2 薄型膜和厚型膜 目前，薄膜界正沿着单项品种、大产量、低成本、稳定制造与多品种、小产量、高成本、精密制造两种类型进行分流。用途相对较多的加工成型，逐渐朝薄型膜 0.004 mm（4 m）以下和厚型膜 0.15-0.3 mm（150-300 m）以上两个方向分别发展。1.3 膜材成型的降解、结晶和取向3 双拉膜材料的降解，指在热、光、机械力、化学试剂、微生物等外界因素的作用下，发生了分子链的无规则断裂、侧基和低分子的消除反应，致使聚合度和相对分子的质量下降。在聚合物成型过程中防止出现热降解，可提高产品质量和使用寿命；而提高加工温度则更容易使分子链发生热裂解，减少机械加工次数等于减少分子链被机械剪切的几率。双拉膜材料的结晶构造，由许多细长的线状聚合物组成聚集体，并且依照一定的分子成序进行排列。控制结晶度的大小和晶体的形态，能对双拉膜材料性能产生重大影响。结晶性能，有关材料自身的分子结构、是否添加成核剂或其它助剂以及拉伸等加工工艺，而控制结晶的方式分别取决于化学和物理两个方面。化学改性主要有共聚、接枝、交联以及采用反应性增容剂等类型；物理改性包括表面活性剂改性、与其它高分子材料的共混改性以及高聚物与无机矿物材料的共混改性等类型4。双拉膜材料的取向热定型，指薄膜先后经过纵向和横向拉伸后，已形成大分子结晶的基本结构。但是，仍有一些分子链处于松弛状态或者绷紧状态，存有不均匀的内应力，不能有序成形结晶取向。为此，需要用较高的温度（在玻璃化温度与熔点温度之间）再次对薄膜分子松弛、链段进行重整和张力定型的处理，使得薄膜的大分子链取向转变为结晶取向，相应增高结晶度，以保证实际应用时的尺寸稳定平整，耐温均衡和提高薄膜的拉应力。2.双拉膜的规模生产和应用变化 2.1 工业性的生产 薄膜的单向拉伸会提高聚合物拉伸方向的性能，可使用的性能相对有限。只有经过垂直的双向拉伸，才能实现理想的性能改善。双拉膜技术，是一种实现工业化生产的连续加工，具有生产尺寸稳定、厚度均匀和高速自动化的特点。双向拉伸薄膜的性能与未经拉伸薄膜相比，其力学、阻隔、光学、耐候性能都有显明的差别。双拉膜与非双拉膜的比较优势：1）产品性能双拉膜工艺技术可明显提高塑料薄膜的物化性能：较高的透明度有利于货物识别；较高的纵向伸长率有利于节省材料消耗；较高的横向撕裂强度有利于尖锐物刺穿；较高的 38 塑料包装 2023 年 第 33 卷 第 3 期 以上 5 年，可见 BOPP 新增产能 435.03 万吨，平均增量 87 万吨/年，平均年增长率 18.37%；BOPET 新增产能 403 万吨，平均增量 80.6 万吨/年，平均年增长率 20.66%；BOPA 新增产能 54.6万吨，平均增量 10.9 万吨/年，平均年增长率32.56%，明显超越国民经济 6%增速率，超越包装工业 18%的增长率。期间虽然隐患产能过剩问题，但是，足已说明双拉膜生产工业化和产品性能的市场优势。2.2 应用变化的市场趋势 塑料薄膜广泛应用于食品医药包装、电器、新能源、农用农业、建筑装饰及日用品等领域。在科技和民生经济快速发展的新时代，双拉膜趋向系统化、精致化、轻量化和单一化方面的变化。今日的终端用户不仅在意双拉膜物化性能的稳定，而且讲究消费对象的特殊需求。随着树脂原辅材料的开发，以及拉伸装备的持续改善，双拉膜不但要有普通膜的稳定物化性能，还要满足专门市场的特殊性能（提高耐热性、耐寒性、增加高阻隔、高阻燃；高或低热收缩；表面硬化、热封、防霉防菌；聚散光学效应、光谱的高能蓝光、阻隔紫外线和放射远红外线等）。例如构成软包装材料的日用护理品、休闲食品的蒸煮袋、沸煮袋的功能性薄膜。目前，双拉膜正被深入融合到包装、建筑、装饰、电子电器、光电光伏、新能源等工业领域，出现多极化、智能化、安全、环保、节能等方面的趋变。如此的默化潜移，既推动了相关领域的材料革命和技术进步，又使得新颖薄膜材料大有更多的发展空间5。【下转第 35 页】屈服点有利于货物贴敷；比较均匀的厚度有利于生产效率和产品质量。2）产出效率相比吹塑、挤出流延加工工艺，成套双拉技术+高速原料造就更大产出量（宽幅达 8 m 以上，车速 400 m/min 以上），使一般单线产能达到年产量万吨以上。BOPET 的直熔一体化装置，又将“低成本运行”推崇到竞争致胜的地步。加工成型配套的双拉膜生产线，过程集中、产出集中，适宜于批量大和永久性强的产品。3）投资收益双拉膜的主机设备、辅助设施及洁净厂房的一次性投资比较大，如果新线上马正逢产业周期的上升阶段，在短期内很容易见到效果；双拉膜的制造技术具有持续改进的发展特点，有利于长期投资使用。根据飞塑传媒提供的最新资讯，国内主要双拉膜产能大幅增长就是明证。表 1 2019-2024 前后三年 BOPP、BOPET、BOPA 产能增长变化表（单位：万吨/年）膜类 2019 年 2020 年 2021 年 2022 年 2023 年 2024 年预见 BOPP 358.75 519.78 593.78 677.78 757.78 793.78 BOPET 330 382.41 437.41 510 610 733 BOPA 18.18 28.18 32.88 44.28 55.68 72.78 BOPE BOPE 与 BOPP 制备基本通用，且 BOPE 所用特殊 LLDPE 原料在市场较少 表 2 2019-2024 年每年新增产能数量及年增长率（单位：万吨与%）膜类 2020 年 2021 年 2022 年 2023 年 2024 年预见 BOPP 161.03（+44.89%）74（+14.24%）84（+16.16%）80（+11.80%）36（+4.75%）BOPET 52.41（+32.55%）55（+14.38%）72.59（16.60%）100（+19.61%）123（+20.16%）BOPA 10（+55.01%）4.7（+16.68%）11.4（+34.67%）11.4（+25.75%）17.1（+30.71%）BOPE BOPE 与 BOPP 制备基本通用，且 BOPE 所用特殊 LLDPE 原料在市场较少 2023 年 第 33 卷 第 3 期 塑料包装 35 2.13 电控柜 图 15 电控柜结构示意图 接触器：Siemens 变频器：ABB 低压电器：DELIXI 在 PP、PE 软硬料回收挤出造粒生产线中，电控柜是一个非常重要的设备，它的主要作用是控制整个生产线的运行和各个设备之间的协调配合，以确保生产线的正常运行和高效生产。电控柜的工作原理是通过电气控制系统来实现对生产线各个设备的控制和调节。电控柜内部包含了各种电气元件，如接触器、断路器、继电器、变频器、PLC 等，这些元件可以根据生产线的需要进行组合和调节，以实现对生产线各个设备的电气控制和调节。结语 随着人们对环境保护和资源回收的重视，PP、PE 软硬料回收挤出造粒智能生产线的设备与技术已经成为了一个热门话题。通过这种技术，我们可以将废弃的 PP、PE 软硬料转化为高质量的再生颗粒，从而实现资源的再利用和环境的保护。这种技术的好处是显而易见的。首先，它可以大大减少废弃物的数量，从而减少对环境的污染。其次，它可以节约资源，因为再生颗粒可以替代原材料进行生产。最后，这种技术还可以降低生产成本，因为再生颗粒的价格通常比原材料更便宜。未来随着技术的不断发展和创新，PP、PE 软硬料回收挤出造粒智能生产线的设备与技术也将会更加成熟和完善。我们可以预见，这种技术将会在各个领域得到广泛应用，如塑料制品、建筑材料、汽车零部件等。同时，随着环保意识的不断提高，这种技术也将成为各个企业的必备工具，以满足社会对环保和可持续发展的需求。此外，随着人工智能技术的不断发展，PP、PE软硬料回收挤出造粒智能生产线的设备与技术也将会更加智能化和自动化。通过智能化的控制系统和机器学习算法，生产线可以更加精准地控制生产过程，提高生产效率和产品质量。智能化的生产线还可以实现远程监控和故障诊断，从而提高生产线的稳定性和可靠性。总之，PP、PE 软硬料回收挤出造粒智能生产线的设备与技术是一项非常有前途的技术，它可以为环保事业和资源回收做出重要贡献，同时也可以为企业带来经济效益和竞争优势。我们相信，在各方的共同努力下，这种技术将会不断发展和完善，为人类创造更加美好的未来。【上接第 38 页】耐高温绝缘膜和高端锂电池隔膜，之所以成为市场的热门膜种，主因是满足了专门市场的特殊需求。耐高温绝缘膜，具有优越的导热性能、机械性能、电气绝缘性、耐辐射性、耐介质性、较久的抗脆化性以及微带防火的性能；能够在-269+280的温度范围内长期使用，短期内绝缘效果能够耐受 400和达到 600高温，广泛应用于电子电器、电机、变压器领域，可以批量用在高速列车的牵引电机、航空飞行器的耐高温薄膜绕包线。高端锂电池隔膜6，锂电池隔膜的微孔结构，导致电解液具有更长的平均路径，决定了电池的容量、循环以及安全等特性。制膜采用干法原理是物理拉伸、结晶干法工艺，可应用大型锂离子的动力电池（电动汽车、电动摩托车、电动工具、大型储能设备、军工用大型电池）；采用湿法原理是相位分离的工艺技术，其微孔孔径大小与分布、机械强度、热缩性等方面都超越干法，主要应用在高性能的锂离子电池等方面。目前市场紧俏的是高端陶瓷功能隔膜、3C 类电池隔膜（C 用来表示电池充放电时电流的大小数值，指 3000 毫安的电源电池）。待续，请阅览本刊 2023 年第 4 期