双向拉伸薄膜资料讲解.ppt

Biaxially Oriented Plastics Film双向拉伸薄膜 BOPF主要内容主要内容加工原理加工原理概述概述生产工艺及设备生产工艺及设备工艺参数控制工艺参数控制新技术及发展方向新技术及发展方向概述概述BOPFBOPF的含义的含义 经物理、化学、机械等手段特殊加工，在低于薄膜熔点、高于玻璃化温度下，对厚膜或平片同时或分步进行纵向和横向拉伸，然后在张紧状态下进行热定型处理而制得的制品。概述概述 目前，已经实现工业化生产的双向拉伸薄膜有：聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺（PA）、聚苯乙烯（PS）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、聚氯乙烯（PVC）、辐射交联聚乙烯（CIPE）、聚乙烯醇（PVA）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚偏氟乙烯（PVDF）等。最近的研究包括可完全生物降解的聚乳酸（BOPLA）薄膜、采用茂金属催化剂和双峰技术合成的线型低密度聚乙烯（LLDPE）、可采用双向逐次拉伸工艺生产BOPE等。BOPFBOPF的品种的品种 聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、尼龙薄膜的生产量最大，应用范围最为广泛。概述概述性能特点2 25 53 34 41 1拉伸强度和拉伸强度和弹性模量增弹性模量增加加冲击强度和弯曲强度增加冲击强度和弯曲强度增加耐寒、耐热性耐寒、耐热性提高提高电绝缘性提高电绝缘性提高材料利用率材料利用率提高提高概述概述BOPFBOPF的应用的应用软磁盘软磁盘印花膜印花膜概述概述BOPFBOPF的应用的应用太阳能板太阳能板印刷电路板印刷电路板电脑贴膜电脑贴膜BOPPBOPP合成纸合成纸概述概述1958年意大利 Montecatini公司首创 BOPP薄膜生产技术。1959 年和 1962 年欧美及日本相继开始生产。当时的拉伸方法就有管膜法和平膜法。我国 BOPF薄膜是在19721973年间，由桂林电器科学研究所、嘉兴绝缘材料厂、晨光化工研究院开始试制的。1980-1997年我国共引进63条BOPP生产线，16条BOPET生产线。成型加工原理成型加工原理 塑料薄膜双向拉伸的原理 是将高聚物树脂通过挤出机加热熔融挤出厚片后在玻璃化温度以上熔点以下的适当温度范围内高聚物的高弹态下通过纵拉机与横拉机是在外力作用下先后沿纵向和横向进行一定倍数的拉伸从而使高聚物的分子链在平行于薄膜平面的方向上进行取向而有序排列;并在拉伸状态下进行热定型使取向的大分子结构固定下来,最后经冷却及后续处理便可制得理想的塑料薄膜。成型加工原理成型加工原理纤维、撕裂膜（有人称尼龙草，类似于麻的捆扎绳）等单轴取向单轴取向 塑料薄膜塑料薄膜、桶、盆、瓶等双轴取向双轴取向Uniaxial orientationBiaxial orientation取向取向成型加工原理成型加工原理1取向态取向态聚合物中的聚合物中的分子链和分子链和/或链段和或链段和/或微晶的某或微晶的某一晶轴或晶面一晶轴或晶面，朝着某一方向或平行于某，朝着某一方向或平行于某一平面占优势的排列，即取向，这种聚合一平面占优势的排列，即取向，这种聚合物就处于取向态。物就处于取向态。2取向单元取向单元成型加工原理成型加工原理取向的线型非结晶聚合物取向的线型非结晶聚合物A A 高分子大体取向，大链段取向，小链段不取向。高分子大体取向，大链段取向，小链段不取向。B B 大的取向单元取向难，解取向也难；大的取向单元取向难，解取向也难；小的取向单元取向容易，解取向也容易。小的取向单元取向容易，解取向也容易。C C 取向使高分子呈现不稳定的状态取向使高分子呈现不稳定的状态。？取向使高分子呈现比较伸展的状态，能量状态较取向使高分子呈现比较伸展的状态，能量状态较 高，高，聚合物中冻结有促使高分子回复到卷曲构象聚合物中冻结有促使高分子回复到卷曲构象 状态的回状态的回弹力，所以是不稳定的状态。弹力，所以是不稳定的状态。取向的线型结晶聚合物取向的线型结晶聚合物如如丙丙纶纶、涤涤纶纶A A 高分子高分子大体上取向，大体上取向，微晶微晶取向，取向，微晶间非晶区高分子微晶间非晶区高分子小链段小链段不取向。不取向。B B 其取向态结构是由其取向态结构是由微晶微晶固定的，若微固定的，若微 晶不被破坏，不会发生解取向，只有晶不被破坏，不会发生解取向，只有 当温度升高到接近当温度升高到接近TmTm时，微晶熔时，微晶熔 融，才会发生解取向。融，才会发生解取向。丙纶、涤纶丙纶、涤纶耐热性耐热性好的原因好的原因成型加工原理成型加工原理 取向态结构的形成取向态结构的形成1形成的条件形成的条件高分子取向态聚集态结构都是在成型加高分子取向态聚集态结构都是在成型加工成制品过程中形成的。工成制品过程中形成的。取向是某些取向单元沿取向方向择优取向是某些取向单元沿取向方向择优排列是要通过流动或排列是要通过流动或拉伸拉伸形成的。形成的。原原 因因成型加工原理成型加工原理 双轴取向双轴取向吹塑薄膜、吹塑中空制品（瓶、桶）吹塑薄膜、吹塑中空制品（瓶、桶）沿平面方向拉伸、吹胀沿平面方向拉伸、吹胀PEPE膜、膜、PPPP膜、膜、PVCPVC膜、膜PETPET膜膜双向拉伸薄膜双向拉伸薄膜膜片在一定温度下沿膜片在一定温度下沿X X、Y Y轴方向拉伸轴方向拉伸双轴拉伸的双轴拉伸的PPPP膜、膜、PETPET膜膜2成型加工原理成型加工原理沿沿平平面面取取向向 取取向向增增强强沿取向方向主要沿取向方向主要是化学键对抗外力作用是化学键对抗外力作用取向后结构均化取向后结构均化一些裂纹也取向，一些裂纹也取向，大大减小了应力集中效应大大减小了应力集中效应原因成型加工原理成型加工原理性能性能BOPP薄膜薄膜未拉伸未拉伸PP薄膜薄膜断裂伸长率/%6580300600拉伸强度/Mpa1202502040拉伸模量/Mpa19002500600900浊度/%12.524热收缩率/%120,2min450使用温度/-501200120氧气透过率g/(m2.24h*0.1mm)1.11.33.3成型加工原理成型加工原理表表1 BOPP薄膜拉伸前后性能对比薄膜拉伸前后性能对比双轴取向改善了薄膜的力学性能、光学性能、热性能及阻隔性能。生产工艺及设备生产工艺及设备工艺方法分类工艺方法分类平面双向拉伸法使用最多生产工艺及设备生产工艺及设备生产工艺及设备生产工艺及设备工艺流程工艺流程生产工艺及设备生产工艺及设备生产工艺及设备生产工艺及设备三层共挤双向拉伸薄膜三层共挤双向拉伸薄膜生产设备生产设备生产工艺及设备生产工艺及设备三层共挤示意图三层共挤示意图生产工艺及设备生产工艺及设备（1 1）配料与混合）配料与混合为增加薄膜为增加薄膜表面的粗表面的粗糙度糙度,避免薄膜之间避免薄膜之间的粘连的粘连,改善薄膜收改善薄膜收卷性能卷性能，需加入添加，需加入添加剂如：剂如：SiOSiO2 2、CaCOCaCO3 3等。等。生产工艺及设备生产工艺及设备（2 2）结晶及干燥）结晶及干燥 对于PET等聚合物，高温下微量的水、酸或碱等杂质会使聚合物降解，且软化点较低，易在干燥塔内和挤出机加料口处由于高温粘连结块产生堵塞现象。故需对此类聚合物进行结晶及干燥处理。a.a.真空转鼓干燥真空转鼓干燥生产工艺及设备生产工艺及设备b.b.气流干燥（立式气流干燥系统）气流干燥（立式气流干燥系统）混合好的物料通过旋转阀先进入预结晶器被具有一定压力的热风加热并呈沸腾状态而结晶。经过预结晶的物料在此停留一定时间后便在循环热风的推动下,慢慢进入充填式干燥塔中,与来自塔底的干热空气进行对流、热交换,将物料中的水分带走,完成干燥的目的。生产工艺及设备生产工艺及设备（3 3）熔融挤出）熔融挤出-铸片铸片 将预结晶和干燥的切片通过挤出机加热熔融并在挤出压力的推动下，将熔体均匀地输送到模头处铸片。通过挤出机将物料充分塑化并强行通过挤出机将物料充分塑化并强行通过机头口模，在冷却转鼓上实现铸片。通过机头口模，在冷却转鼓上实现铸片。关键问题关键问题挤出熔体压力均匀、稳定 防止熔体过分降解及夹带气泡未熔物料或焦料等异物。生产工艺及设备生产工艺及设备 为保证熔体均匀稳定的流出，在挤出机之后安装一台高精度的齿轮计量为保证熔体均匀稳定的流出，在挤出机之后安装一台高精度的齿轮计量泵，在管线中安装静态混合器，计量泵前后安装熔体过滤器。泵，在管线中安装静态混合器，计量泵前后安装熔体过滤器。带熔体泵挤出系统生产工艺及设备生产工艺及设备熔体泵熔体泵（计量泵）（计量泵）常用的熔体泵为外啮合的二齿齿轮泵，齿轮泵是一种容积计量泵，每转泵出量是恒定的。为保证薄膜纵向厚度均匀性，在生产过程中计量泵常用两种控制方式，一种是计量泵速度不变，当过滤器阻力加大时，自动调节冷鼓的线速度来适应这一变化，另一种方法是随着精过滤器阻力的增大，自动调节计量泵的速度适当加大泵出量，来保证进入模头的熔体压力不变。生产工艺及设备生产工艺及设备冷却转鼓冷却转鼓（铸片辊）（铸片辊）转鼓上，被急冷至玻璃化温度以下并形成无定形的透明的厚片，此过程称之为铸片。以PET为例，说明铸造过程中物料的变化：通过急冷，使 PET熔体在几秒钟内从280 左右的高温骤冷至 50 以下；PET从黏流态转变成玻璃态;PET熔体由完全无定形变成结晶度小于5%的无定形厚片。成型工艺及设备成型工艺及设备铸片进入纵拉机后，在一定温度和外力作用下完成纵向拉伸过程 纵纵拉拉机机由由预预热热辊辊、拉拉伸伸辊辊、冷冷却却辊辊、张张力力辊辊、橡橡胶胶压压辊辊、红红外外加加热热器器及及穿穿片片机机构构热热水水机机组组、驱驱动动系系统统等等组组成成。铸铸片片在在预预热热辊辊组组间间被被逐逐步步加加热热到到玻玻璃璃化化温温度度以以上上，接接近近高高弹弹态态，然然后后进进入入拉拉伸伸区区。物物料料在在高高弹弹态态下下拉拉伸伸，拉拉伸伸倍倍数数33.6，最最大大可可达达4倍倍。拉拉伸伸比比越越大大，大大分分子子取取向向越越好好，薄薄膜膜的的拉拉伸伸强强度也越大。度也越大。（4 4）纵向拉伸）纵向拉伸成型工艺及设备成型工艺及设备 从工艺角度讲可把横拉机分为进膜段、预热段、拉幅段、热定型段、冷却段、过渡段及出膜段等进膜段和出膜段都在拉幅机烘箱的外部。（5 5）横向拉伸）横向拉伸 将将纵纵拉拉后后的的薄薄膜膜在在预预热热段段进进行行充充分分而而均均匀匀的的预预热热，经经过过预预热热处处于于高高弹弹态态的的薄薄膜膜在在拉拉幅幅段段被被进进一一步步加加热热和和受受横横向向拉拉力力的的作作用用下下被被逐逐步步拉拉宽宽；横横拉拉后后的的薄薄膜膜在在定定型型段段进进行行热热定定型型处处理理，以以进进一一步步完完善善薄薄膜膜的的结结晶晶过过程程，并并消消除除内内应应力力，增增加加其其尺尺寸寸的的稳稳定定性性同同时时在在定定型型段段的的最最后后一一段段还还需需有有一一个个薄薄膜膜松松弛弛过过程程，以以降降低低薄薄膜膜的的热热收收缩缩率率。冷冷却却段段的的作作用用是是让让经经过过热热处处理理的的薄薄膜膜尽尽快快冷冷却却下下来来，使使拉拉伸伸取取向向的的结结晶晶晶晶格格迅迅速速冻冻结结，限限制制结结晶晶的的继继续续增增长长，避避免免薄薄膜膜结结晶晶度度过过高而发脆同时也防止解取向高而发脆同时也防止解取向成型工艺及设备成型工艺及设备薄膜测厚仪 先进的薄膜测厚仪既具有显示厚度的功能，还具有自动反馈控制薄膜厚度的功能。测试数据包括薄膜的纵向和横向断面厚度，横向剖面平均厚度趋势，模头膨胀螺栓加热功率分布。反馈控制包括控制模头膨胀螺栓加热功率，调节薄膜横向厚度，控制计量泵或冷鼓的线速度，调节薄膜的纵向厚度（6 6）牵引及收卷）牵引及收卷 薄膜先后进行冷却、在线自动测厚、切边、电晕处理、张力控制和自动切割收卷等操作。工艺参数控制工艺参数控制主挤出机-计量泵组、辅助挤出机组、过滤器、熔体管道和模头、纵拉、横拉采用电加热或风机空气冷却方式进行温度控制。铸片机冷鼓通常采用水浴和夹套冷却水的方式控制温度,因此需控制水冷却装置的水温 薄膜的拉伸过程实际是聚合物聚集态变化的过程。这个过程和物料的温度密切相关。对于PET薄膜，要获得结晶度小于5%、晶粒分布均匀的优质厚片，需要求冷却转鼓表面温度十分稳定和均匀，温度波动小。挤出温度的波动，模头温度微小的变化都会明显影响挤出片材的厚度公差。一、温度的控制一、温度的控制（1 1）温度的控制）温度的控制工艺参数控制工艺参数控制压力检测点一般分布在挤出机的出口（P1）、计量泵之前（P2）、精过滤之前（P3）、精过滤之后（P3）、机头入口（P4）。压力调节系统：一般通过控制挤出机的转速来控制计量泵前的压力。计量泵则可以保证物料稳定的输出。二、压力的控制二、压力的控制挤出系统的压力直接影响片材的厚度均匀性。在薄膜生产过程中，几乎所有的挤出装置都装有熔体压力检测及压力反馈系统。（2 2）压力的控制）压力的控制 在双向拉伸薄膜的生产过程中，薄膜必须经过不同温度区进行加热、拉伸、冷却，薄膜在纵向方向存在延伸和收缩，因而，薄膜传输设备的驱动速度要随工艺要求做相应的改变。需要控制的速度的设备有：u挤出机的速度控制u计量泵的速度控制u冷却转鼓的速度控制：决定薄膜厚度的重要因素。u辅助收卷机的速度控制u纵向拉伸机的速度控制：前后两台电机的速度比值称为拉伸比。u横向拉伸速度u牵引机入口速度u薄膜收卷机速速（3 3）速度的控制）速度的控制（4 4）厚度的控制）厚度的控制成型工艺及设备成型工艺及设备新技术及发展方向新技术及发展方向 以以BOPET薄膜来说薄膜来说,目前国内双拉生产线所生产的规格大部分是在目前国内双拉生产线所生产的规格大部分是在875微米微米,在此范围的产能已远远供大于求。但不在此范围的产能已远远供大于求。但不大于大于4微米的薄型膜或微米的薄型膜或150300微米的厚膜微米的厚膜却有相当大的发展空间却有相当大的发展空间,特别是厚膜的应用范围在不断扩大，特别是厚膜的应用范围在不断扩大，如液晶显示器保护膜、太阳膜、防爆膜在汽车和建筑方面的应用。如液晶显示器保护膜、太阳膜、防爆膜在汽车和建筑方面的应用。（1 1）薄型膜、厚型膜）薄型膜、厚型膜新技术及发展方向新技术及发展方向新技术及发展方向新技术及发展方向 为了提高产能和生产效率为了提高产能和生产效率,增强市场竞争力增强市场竞争力,薄膜双拉生产线的幅宽已薄膜双拉生产线的幅宽已从原先的从原先的6m多发展到现在的多发展到现在的10m,生产线速度也大幅度提升生产线速度也大幅度提升,200m/min提高到提高到400m/min,不仅产能大大增加不仅产能大大增加,料耗能耗也有所降低料耗能耗也有所降低,经济效益明经济效益明显提高。显提高。（2 2）高速、宽幅方向发展）高速、宽幅方向发展新技术及发展方向新技术及发展方向 为了提高薄膜的综合性能为了提高薄膜的综合性能,现在双拉生产线多采用现在双拉生产线多采用A/B/A,A/B/C甚至更甚至更多层的结构。采用多层共挤可以生产多功能、特种膜多层的结构。采用多层共挤可以生产多功能、特种膜,以满足不同用途的以满足不同用途的需要需要,如热封膜、高阻隔膜、抗紫外线辐射膜等。如热封膜、高阻隔膜、抗紫外线辐射膜等。（3 3）多层共挤）多层共挤高阻隔保鲜膜高阻隔保鲜膜新技术及发展方向新技术及发展方向 热收缩薄膜在方便食品、饮料市场、电子电器、热收缩薄膜在方便食品、饮料市场、电子电器、日用商品、收缩标签等方面都有广泛应用日用商品、收缩标签等方面都有广泛应用,而且大多而且大多数要求数要求单向有大的收缩率单向有大的收缩率。例如横向热收缩。例如横向热收缩,这就这就需要拉伸设备的设计做相应的改变需要拉伸设备的设计做相应的改变,以满足横向高以满足横向高收缩的要求收缩的要求（4 4）特种薄膜双拉生产）特种薄膜双拉生产新技术及发展方向新技术及发展方向 将将PET树脂生产装置与树脂生产装置与PET薄膜双拉生产线连接起来薄膜双拉生产线连接起来,即将聚即将聚酯缩聚釜的出料口通过熔体管与双拉生产线的模头、铸片装置、酯缩聚釜的出料口通过熔体管与双拉生产线的模头、铸片装置、MDO,TDO等工序直接连接拉膜等工序直接连接拉膜,可以省去结晶干燥、熔融挤出、可以省去结晶干燥、熔融挤出、熔体过滤等工序熔体过滤等工序,这不仅节省设备和厂房投资这不仅节省设备和厂房投资,节约能源节约能源,降低生降低生产运行成本产运行成本,而且能提高薄膜品质而且能提高薄膜品质,减少减少PET切片二次加热氧化降切片二次加热氧化降解解,这些都是直拉法的优势。这些都是直拉法的优势。（5 5）PETPET薄膜直拉生产薄膜直拉生产 德国布鲁克纳公司开发出一次拉伸设备德国布鲁克纳公司开发出一次拉伸设备。同步拉伸系统（。同步拉伸系统（MESIMMESIM）已经）已经被应用在生产高端薄膜上，这些薄膜包括光学级薄膜、高端电池隔膜以及被应用在生产高端薄膜上，这些薄膜包括光学级薄膜、高端电池隔膜以及许多其他具有极高稳定物理性能的薄膜。因为在拉伸工艺过程中，薄膜不许多其他具有极高稳定物理性能的薄膜。因为在拉伸工艺过程中，薄膜不会接触到任何辊筒，所以与传统的两步拉伸工艺相比，同步拉伸薄膜的会接触到任何辊筒，所以与传统的两步拉伸工艺相比，同步拉伸薄膜的光光学性能及表面性能有了质的飞跃。学性能及表面性能有了质的飞跃。（6 6）同步拉伸）同步拉伸MESIM系统缩放仪式链夹