保护膜特性及其在铝材行业中的应用

胡元结　柯跃虎

摘要：介绍了保护膜的结构，薄膜和胶体的分类，以及胶体主要特性：粘接强度、内聚强度、附着力、耐紫外线能力等，并且简述了保护膜的生产及在铝材行业中的应用。

关键词：保护膜；特性；铝材；应用

保护膜是一种具有表面保护功能的膜状材料，也是压敏胶（PSA）中最重要的产品之一。保护膜通常是以聚烯烃塑料膜为基材，以橡胶或丙烯酸酯类聚合物为压敏胶的基体树脂，经涂布机加工制成。保护膜的作用是在商品贮运流通的过程中，或基材加工的工序之间，为防止表面划伤而采取的一种临时性的防护措施。保护膜广泛应用于铝板、铝塑复合板、镜钢板、彩板、有机玻璃板、装饰板以及铝型材、塑钢型材、不锈钢卷材、大理石材和显示屏等的表面保护[1]。

1 保护膜的结构及材料分类、特性

保护膜一般分为橡胶型保护膜和聚丙烯酸酯型保护膜2种。橡胶型保护膜的基本结构（图1）从上到下依次为：隔离层；印刷层；薄膜；底胶；胶粘层。聚丙烯酸酯型保护膜的基本结构（图2）从上到下依次为：隔离层；印刷层；薄膜；胶粘层[2]。

1.1 薄膜的分类

薄膜一般以聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）为原材料，通过挤压成型、注塑成型、吹塑成型获得。由于聚乙烯价格较便宜，90%的薄膜采用聚乙烯，以吹塑成型工艺为主。

1.2 胶体的分类

保护膜的性能好坏是由胶体的特性所决定的。保护膜用压敏胶有4种：天然橡胶、合成橡胶、溶剂型聚丙烯酸酯胶、水溶型聚丙烯酸酯胶。

1.2.1 天然橡胶

典型的天然橡胶带有浅黄色，有很高的内聚强度，粘性由树脂和添加剂来调节，初粘性非常好，耐老化性稍差，在室内环境下，天然橡胶可保存2年，但在紫外线下3～12月内便会降解老化。该胶涂布工艺比较复杂，需要先在薄膜上涂上底胶，改善薄膜的表面能后，才能将天然橡胶涂布薄膜上。由于国内该类工艺的研究不成熟，因此很少用橡胶来涂布。天然橡胶非常柔软，流动性好，受到压力后，迅速和被贴表面充分接触。其最大优点是快速固化。对于粗糙的表面，橡胶分子能迅速被压到各种凹陷中，和表面充分接触。

1.2.2 合成橡胶

合成橡胶能提供更高的粘性和耐候性，但持粘性差，一般要加入天然橡胶。

1.2.3 溶剂型聚丙烯酸酯胶

溶剂型聚丙烯酸酯胶非常透明，初粘性比较低，耐老化可长达10年，当暴露在紫外线下时，胶体也会慢慢固化。将薄膜经电晕处理后聚丙烯酸酯胶可直接涂布，不需底胶。聚丙烯酸酯胶较硬，流动性差，固化比较缓慢，即使受到压力，胶体和被贴表面还是不能充分接触，放置30～60 d后，才会充分接触被贴表面，保护膜的粘性如果适合板厂切割的话，最终用户撕膜时会很费力，使用不便。

1.2.4 水溶型聚丙烯酸酯胶

水溶型聚丙烯酸酯胶是用水作为介质来溶解丙烯酸单体的，基本上也具备溶剂型聚丙烯酸酯胶的特点，但该膜要避免或减少与水汽接触，以免残胶。由于水溶型聚丙烯酸酯胶比较环保，不需要溶剂回收装置，因此往往采用该胶体来生产保护膜。

1.3 胶体的特性

1.3.1 粘接强度

指在一段时间后，将保护膜从被贴表面剥离所需要的力。粘接强度与被贴材料、压力、贴膜时间、撕膜时的角度、温度有关。一般随着时间和压力的增加，粘接强度也会提高。保护膜的粘性不能升高过多，以确保撕膜时不残胶。一般用180°剥离实验来测粘接强度。

1.3.2 内聚强度

指胶体内部的强度。作为保护膜的胶体内聚强度必须非常高，否则在撕开保护膜时，胶体内部会开裂造成残胶。内聚强度的测量方法：将保护膜贴在不锈钢表面上，在保护膜上悬挂一定重量的砝码，测量需要多少时间保护膜被砝码拉脱。如果粘接强度大于内聚强度，撕掉保护膜，胶分子之间的连接键将会断裂造成残胶。

1.3.3 附着力

指胶体和薄膜的结合力。如果粘接强度大于附着力的话，撕掉保护膜，胶分子和薄膜之间的连接键将会断裂，造成残胶。

1.3.4 耐紫外线性

天然橡胶一般不耐紫外线，被暴露在紫外线中时会造成残胶。黑白膜可有效地阻挡紫外线，使天然橡胶的耐紫外线能力达到12～18个月。一般聚丙烯酸酯胶比橡胶更耐紫外线。透明聚丙烯酸酯胶保护膜加入紫外线稳定剂后，耐紫外线能力可达3～6个月。一般用气候模拟设备来检验保护膜的耐紫外线强度，通过调节温度和辐射强度并用冷凝水来模仿气候变化，每3 h高湿环境和7 h紫外线照射为一循环，50 h循环实验相当于室外放置1个月[3]。

2 保护膜的生产

2.1 吹塑薄膜的生产

在加热的滚筒内，聚乙烯粒子被螺杆推进到圆形的模头口，压缩空气将熔融液吹胀，通过风冷后，收卷成膜。吹塑薄膜横向和纵向的性质是不同的，保护膜机器方向的伸长率一般大于180%，横向的伸长率一般大于380%。但伸长率的大小和力学强度成反比，伸长率过大（如大于500%），则薄膜的力学强度往往很低，易造成保护膜在运输、搬运过程中破损，而且在解卷时，保护膜很容易被拉长，在切板后，保护膜将会回弹、翘边。

2.2 胶体的涂布

大部分天然橡胶的涂布是先涂底胶，再涂胶粘剂。而电晕过的薄膜可直接涂聚丙烯酸酯胶，不需要涂底胶。保护膜通过较长的空气加热通道（80～120 ℃），确保水或溶剂被蒸发掉，再经冷却辊冷却，最后收卷。

2.3 复卷、分切、存放

保护膜在涂布机上被直接复卷成客户所需要的长度。如果客户需要保护膜的外观漂亮，没有气泡包裹，可用高质量的复卷机重新复卷，以确保没有空气的包裹。对于短的保护膜（500 m以下），可用直刀来分切。超过500 m，用直刀分切时产生的热量可能使聚乙烯融化，造成难以解卷，甚至解卷时撕破膜。保护膜一般可在室温30 ℃，无阳光直射的仓库中存放12个月，温度越高，存放期越短，每高10 ℃，存放期将缩短一半。

3 保护膜的使用

贴膜机上一般有橡胶展开棍，使保护膜张开，以避免气泡和皱纹。对低粘性保护膜，解开时张力越小越好，否则边缘会翘起。贴膜温度应大于10 ℃，撕膜温度也应大于10 ℃。剥离力和撕膜的速度、角度密切相关。温度太低保护膜硬化、翘边，应用热吹风先加热，或在空调车间中生产。橡胶压力滚轮的硬度一般为60A。保护膜在收卷时，或多或少有空气被包裹在胶体中造成胶面略有不平整。橡胶压力滚轮如果太软的话，将不能有效的赶走气泡，并将胶体压平；如果橡胶压力滚轮太硬的话，产生的压力不够，不能使胶体和板有效的接触，易造成在切边时保护膜的翘边。由于橡胶压力滚轮在使用过程中会逐渐老化和硬化，所以应经常检查和更换橡胶滚轮[4]。

4 保护膜在铝材行业中的应用

中国铝材工业起步于20世纪50年代，经历了近60年的发展，已经成为全球产铝大国和铝材消费大国。铝材上贴有一层保护膜，目的是保护铝材在搬运、贮存、运输、加工、安装等过程中不受损伤，在安装完成之后撕去，从而使铝材表面光洁如新，起到应有的装饰效果。

市场上的铝材产品种类繁多，铝材表面处理技术也不断的改进，包括：机械抛光、化学抛光、阳极氧化着色、电泳涂漆、化学着色、氟碳喷涂、静电粉末喷涂、表面图纹处理等，不同的铝材表面需要选用不同的粘性保护膜。保护膜产品一般有低粘、中粘、高粘和特高粘4大系列；颜色有透明、奶白、蓝色、黑白等；厚度为30～200μm，需要根据铝材不同的表面选用不同的保护膜。根据表面和贴膜压力不同，粘性上升速度有所不同，一般应放置足够时间后再剥离保护膜才能确定粘性是否合适。对给定的表面，选择适当的胶体和粘性的保护膜是极其重要的，后续的加工步骤则是决定粘性的关键，后续加工一般有切割、折弯、钻孔、冲压等。一般光滑表面选用低粘保护膜，如机械抛光、化学抛光铝材；中等粗糙表面选用中粘保护膜，如阳极氧化着色、电泳涂漆、化学着色、氟碳喷涂、光面静电粉末喷涂铝材；非常粗糙表面选用高粘保护膜，如静电粉末喷砂铝材；需要进行激光切割的话，由于保护膜遇热收缩，所以应选用特高粘的保护膜。除了粘性以外，用户还需测试保护膜的拉伸强度和伸长率，以确保保护膜的柔韧性和强度能达到使用要求[5]。

5 结语

对材料表面进行保护最常使用的方法是在被保护材料表面复贴上一层保护膜。保护膜使产品表面保留原来的较高光洁度，提高了2次加工成品率，还可用于电镀、印刷、涂布、印染等方面的暂时保护。保护膜在铝材行业所占的价值比重很小，只是生产商使用的辅料，但是如果使用不当或使用了不符合要求的保护膜，其危害是不仅不能起到保护作用，反而有可能破坏产品的表面质量，给使用者带来有形的物质损失和无形的品牌形象损失。

参考文献

[1]沈建刚.保护膜的基本特征简介[J].中国建材科技，2004（8）：39-42.

[2]廖宝云，刘建军.表面保护用压敏胶保护膜的制造技术[J].粘接，1989，10（2）：25-28.

[3]王体明，裘梅琴，赵临五.表面保护膜制造方法[J].化学与粘合，1994（1）：47-49.

[4]陈昌杰.功能性薄膜之三——表面保护膜[J].塑料包装，2007，17（4）：8-14.

[5]王健，张国君，王祝堂.改革开放30年：中国跻身世界建筑铝材大强国[J].轻合金加工技术，2009，37（9）：1-13.