PBT双向拉伸工艺探索

李庆男，张　建，李　晶，王　坤

(中国石化仪征化纤有限责任公司研究院，江苏仪征　211900)



研究论文

PBT双向拉伸工艺探索

李庆男，张建，李晶，王坤

(中国石化仪征化纤有限责任公司研究院，江苏仪征211900)

本文对不同特性粘数的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)样品进行了挤出和拉伸试验。分析了铸片结晶性能、铸片厚度、拉伸温度和预热时间等因素对试验结果的影响。试验发现双向拉伸合适的铸片厚度为150 μm，切片的特性粘数为1.0 dL/g。本试验中适宜的双向拉伸条件为加热炉温度100 ℃，预热时间4 s。

PBT挤出铸片结晶双向拉伸

平面双向拉伸薄膜品种很多，许多结晶型聚合物和非结晶型聚合物都可以拉伸成膜。在非纤用PET中，双向拉伸聚酯薄膜(BOPET)因其透明度高、无毒无味、抗拉伸强度大等特点，在工业、农业、影像及其它特种领域具有广泛的应用[1]。自2007年以来，全球双向拉伸聚酯薄膜需求量年平均增长7.2%，至2012年需求量达到了320万吨左右，到2017年，全球双向拉伸聚酯薄膜需求量呈现继续增长的趋势，将以年均6.8%的幅度增长，预计到2017年将达到440万吨[2-5]。目前许多厂家已经意识到BOPET薄膜的发展趋势，已经着手开发差异化产品，我国每年所进口的高附加值聚酯薄膜主要用于光学、太阳能、节能环保、电子及新型包装等应用领域[6]。

PBT是通用的工程塑料，具有高耐热性，耐疲劳性，低温下可迅速结晶，成型性良好等特性。与PET相比，PBT在弯曲性、拉伸加工性以及结晶性能方面性能优异。PBT以往主要用于电器的连结件、外壳等注塑制品，新开发的流延及吹塑级树脂具有高结晶性、高流动性、较好的耐热性以及易于多层共挤等优点。同样厚度的PBT薄膜与PET薄膜相比较，二者氧气透过率相同，但水蒸气透过率PBT薄膜略高于PET薄膜。PBT制成的薄膜具有高强度、高耐热、高透明、高光泽、耐磨、耐酸、耐潮、保香等特性[7]。PBT作为多层共挤出薄膜的表层尤为理想，非常适合于包装调味品、泡菜、火腿肠、咖啡及浓香型日用化学品等。

本文采用薄膜双向拉伸工艺对不同特性粘数的PBT样品进行挤出和拉伸试验，研究了拉伸温度和预热时间等条件对PBT拉膜成功率的影响，最后总结得出了较为合适的加工工艺。

1　试　验

1.1原料

自制PBT切片，不同样品的特性粘数见表1。

表1　样品特性粘数

1.2试验设备

铸片挤出：泰国Labtech Engineering 公司LCM-300铸片挤出机。

拉膜：德国布鲁克纳公司KARO Ⅳ 双向拉伸机。

拉伸膜力学性能测试：深圳新三思万能材料试验机。

1.3分析测试

1.3.1特性粘数

采用美国Voscotek公司Y501相对粘度仪，温度(25±0.1)℃，溶剂为苯酚-四氯乙烷(质量比3∶2)。

1.3.2热性能

常规热性能测试方法：采用Perkin-Elmer公司DSC-7型差式扫描量热仪，在氮气保护下，以10 ℃/min升温至290 ℃，保持5 min，然后以400 ℃/min降温至25 ℃，保持5 min，以10 ℃/min升温至290 ℃，保持5 min，最后以10 ℃/min降温至100 ℃。

2　结果与讨论

2.1PBT切片干燥

由于PBT和PET一样含有酯类基团，容易水解，微量的水分也会大大加速PBT水解的进行。影响聚酯切片干燥质量的因素有干燥温度和干燥时间，干燥温度越高，所需要的干燥时间越短。但随着温度的提高或干燥时间的增长，PBT的降解会越严重，通过研究采取的干燥温度为120 ℃，干燥时间为4～5 h。

2.2PBT熔体挤出铸片

将干燥好的PET切片熔融挤出塑化，分别通过预过滤器、计量泵、精过滤器后进入模头，然后经过冷鼓冷却成厚片。与PET相比较，PBT聚酯结晶速率快，挤出成型的PBT铸片的结晶度高，对后续双向拉伸影响很大，为了得到适合双向拉伸的PBT铸片，将试验得到的PBT铸片进行DSC测试，通过计算热历史曲线的热焓△Hm观察PBT铸片的结晶情况，结果如图1所示。

图1　铸片热焓随铸片特性粘数和厚度的变化

试验结果表明，PBT聚酯切片的结晶度与铸片的特性粘数和铸片的厚度有很大关系。特性粘数越高，铸片越厚，铸片的熔融热焓越小，对应的结晶度越低。

2.3PBT铸片双向拉伸

2.3.1铸片厚度对PBT双向拉伸性能的影响

薄膜的双向拉伸过程是将从挤出机挤出的铸片在一定温度下，经纵、横方向拉伸，使分子链或待定的结晶面进行取向，然后在拉伸的情况下进行热定型处理。经过双向拉伸的薄膜，由于分子链段取向，结晶度提高，因此可显著提高拉伸强度、弹性模量以及撕裂强度等性能。

双向拉伸过程中，是用夹子夹住铸片的边缘进行拉伸的，受铸片厚度、拉伸倍率、操作温度等条件的影响，在双向拉伸过程中会出现夹子脱落现象，表示拉伸试验失败。拉伸结束后，若没有发生脱夹子现象，则表明拉伸试验成功。

为进一步探究结晶度对双向拉伸的影响，考察了铸片厚度对PBT双向拉伸性能的影响，试验中对不同厚度的PBT铸片进行强伸测试，结果如图2所示。

图2　拉伸强度和最大拉力随铸片厚度的变化

从图中可以看出，随着铸片厚度的增加，拉伸强度和最大拉力呈现增加的趋势。拉力越大，在拉伸过程中越容易出现脱夹子现象，导致拉伸试验失败。此外，由于PBT玻璃化温度较低，而在拉伸过程中设备夹子是靠空气自然冷却，当铸片较厚时，在拉伸过程中会出现夹子无法及时冷却而温度过高现象，拉伸过程中夹子无法冷却也会出现脱夹子现象，导致试验失败。因此，试验中应控制铸片厚度不宜太厚。

当切片特性粘数较低时，聚合物的分子量较小，分子链的活动能力较强，挤出后铸片的结晶度较高，较高的结晶度阻碍了聚合物分子的运动，因而不利于拉伸试验的进行，图1显示切片特性粘数越高对应的结晶度越低，试验中应选取较高特性粘数的切片。

多次拉伸试验结果显示，进行拉伸试验适宜的铸片厚度为150 μm，切片特性粘数为1.0 dL/g。

2.3.2PBT薄膜双向拉伸工艺条件

试验中选取厚度为150 μm的铸片进行双向拉伸，拉伸炉温度为80～140 ℃，拉伸试验结果见表2。

表2　PBT铸片双向拉伸试验

通过试验可以发现，拉伸温度升高，预热时间缩短，PBT薄膜拉伸成功率比较高。PBT玻璃化温度比较低，拉伸允许的夹子温度范围较小，增加预热时间会使夹子温度升高，不容易冷却，造成拉伸试验失败。而适当提高拉伸炉的设定温度，可以明显降低薄膜的纵向拉力和横向拉力，并可以大幅缩短铸片的预热时间，从而明显降低夹子拉伸后的温度，提高拉伸效率。

3　结　论

a) 切片的特性粘数越高，对应的铸片越厚，铸片的结晶度越低，有利于拉伸试验的进行。

b) 本试验过程中选取的合适的PBT铸片位厚度150 μm，特性粘数1.0 dL/g。

c) 该双向拉伸过程中较为合适的试验条件为拉伸炉温度100 ℃，预热时间4 s。

[1]陈旭．膜用耐热改性聚酯的合成及性能研究[D]．上海：东华大学，2010．

[2]曾艳菊．2017年世界双向拉伸聚酯薄膜需求预测[J]．塑料包装，2013，23(2)：31．

[3]冯树铭．PET薄膜双向拉伸技术及发展方向[J]．聚酯工业，2009，22(2)：1-3．

[4]任宽林．聚酯薄膜生产技术与工艺的研究[D]．苏州：苏州大学，2006．

[5]高宏报．双向拉伸PET薄膜的制膜技术[J]．聚酯工业，2008，21(5)：1-5．

[6]谈述战，杨有财，刘毅，等．双向拉伸聚酯薄膜的高性能化研究进展[J]．工程塑料应用， 2013，6：112-116．

[7]钱伯章．PBT市场与生产和改性技术[J]．塑料工业，2005，33：78-80．

Study on the biaxial stretching process of PBT

Li Qingnan, Zhang Jian, Li Jing，Wang Kun

(ResearchInstituteofSinopecYizhengChemicalFibreL.L.C.,YizhengJiangsu211900,China)

Different intrinsic viscosity of PBT were used to carry on biaxial stretching and extrusion tests. In the test, crystallization properties and thickness of cast films, stretching temperature and preheating time were analyzed. The results showed that the suitable cast thickness 150 μm, intrinsic viscosity of PBT chips 1.0 dL/g. The appropriate experimental conditions were furnace temperature at 100 ℃, preheating time at 4 s.

PBT extrusion; cast film; crystallization; biaxial stretching process

2016-05-10

李庆男(1987-)，女，山东济宁人，助理工程师，硕士研究生，主要从事改性PBT合成及产品研发应用工作。

TQ322.3

A

1006-334X(2016)03-0004-03