拉伸温度对双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯哑光膜性能的影响

王 坤，司 虎，王玉合，王树霞

(1. 中国石化仪征化纤有限责任公司研究院，江苏仪征 211900； 2. 江苏省高性能纤维重点实验室，江苏仪征 211900)

研究论文

拉伸温度对双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯哑光膜性能的影响

王 坤1,2，司 虎1，王玉合1，王树霞1,2

(1. 中国石化仪征化纤有限责任公司研究院，江苏仪征 211900； 2. 江苏省高性能纤维重点实验室，江苏仪征 211900)

采用挤出铸片-双向拉伸的工艺制备双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)亚光膜，考察了拉伸温度对应力—应变曲线以及制备的亚光膜结晶取向、光学性能、力学性能、表面摩擦系数、热收缩等方面的影响，结果表明提高拉伸温度能显著提高BOPET亚光膜的雾度，减小其光泽度，并降低其拉伸强度和热收缩率，对亚光膜的透光率和摩擦系浸透影响较小。

双向拉伸 聚对苯二甲酸乙二醇酯 亚光膜 拉伸温度 性能

BOPET亚光膜是外观呈白雾色可透视的白色PET膜，它具有表面光泽低、高雾度、低透光的特点，同时表面附着性好，镀铝和印刷性能优良，受热后仍能保持良好的平整度，常应用于背光源遮光、家用电器、高档标签制作、室内亚光装饰材料和礼品印刷包装等。

在聚酯薄膜的加工过程中，拉伸温度是主要的工艺参数之一，它对薄膜在双向拉伸过程中的应力—应变有直接作用，同时对BOPET薄膜的各项性能指标有着较大的影响。目前关于BOPET等薄膜通用拉伸工艺的研究较多，但是针对亚光膜及拉伸温度对其影响情况的研究较少。张艳等[1]研究了拉伸温度对无机微粉PET反射膜性能的影响，随着拉伸温度的升高，膜在拉伸时易发生断裂、表面不光滑、光泽度呈下降趋势；徐云升[2]研究了拉伸温度对BOPET薄膜力学性能的影响，当拉伸温度在100～105 ℃之间薄膜拉伸强度达到最大值。本文考察了拉伸温度对应力—应变曲线以及制备的亚光膜透光率、雾度、光泽度、力学性能、表面摩擦系数和热收缩等各性能指标的影响，从而为亚光聚酯薄膜的工艺调整和膜级聚酯切片开发提供参考借鉴。

1 试 验

1.1 原料与仪器设备

原位聚合制备的亚光聚酯母粒，特性粘度0.56 dL/g；FG605有光聚酯切片，特性粘度0.60 dL/g，中国石化仪征化纤公司。

LCM-300型挤出流延实验线，LabTech Engneering公司；

KARO IV双向拉伸机，德国Brukner公司；

Diamond DSC热分析仪，PE公司；

CMT4104型万能材料试验机，美特斯公司；

Haze-gard plus透射雾度仪，BYK公司；

Micro-gloss45°角光泽度仪，BYK公司；

MXD-01型摩擦系数仪，济南兰光机电公司；

DY-100型热老化试验箱，厦门德仪设备有限公司。

1.2 薄膜制备

将亚光聚酯母粒与有光聚酯切片按质量比1∶1混合，经过挤出熔融铸片，制得厚度为150 μm的厚片，将厚片裁切为10 cm×10 cm试样，试样在不同预热温度(分别设定92 ℃、97 ℃、102 ℃、107 ℃、112 ℃)下以340%×340%倍率同步双向拉伸，热定型(210 ℃，3 s)后制得厚度为14 μm亚光薄膜。

1.3 性能测试

DSC测试：将亚光膜试样在氮气保护下从25 ℃开始以10 ℃/min的速度升温至290 ℃,测量热流变化，软件分析吸热峰的面积计算其结晶熔融热焓；

力学性能测试：将亚光膜试样按照GB/T 1040.3—2006标准在万能材料试验机上进行拉伸，试验机行车速率设定20 cm/min，测试拉伸强度和断裂伸长率；

透光率、雾度测试：使用透射雾度仪测试亚光膜试样透光率和雾度，测试环境25 ℃，62%RH；

热收缩率测试：测量薄膜试样初始长度尺寸，然后将试样放置在150 ℃的热老化试验箱中保持30 min，取出试样测量变化后的长度尺寸，计算热收缩率为η。

l0为初始尺寸，mm,l1为变化后的尺寸，mm。

摩擦系数测试：测试采用摩擦系数代测试薄膜静摩擦系数Us和动摩擦系数Ud。滑块质量采用200 g，测试环境25 ℃，62%RH。

2 结果与讨论

2.1 拉伸温度对双向拉伸过程中拉伸应力-应变曲线的影响

BOPET薄膜的双向拉伸通常在其玻璃化温度以上，此时膜片处于高弹态具备拉伸延展的能力，实验结果表明，PET亚光厚片的拉伸应力—应变曲线为高弹形变类型，如图1，没有明显的应力屈服点[3]，这可能是因为PET亚光膜的主要原料成分仍是PET，拉伸应力—应变曲线与纯PET厚片相似。拉伸温度在92 ℃ 至102 ℃，屈服应力较大，形变大于250%后拉力增大明显，形变达到340%时拉伸已接近极限。随着拉伸温度升高，PET分子热运动的能量增大，克服聚合物内力使其发生形变所需的外力作用变小，最大屈服应力减小，当拉伸温度升高至107 ℃以上，拉伸形变有很大发展情况下，应力增加不明显。

图1 不同拉伸温度下的拉伸应力—应变曲线

2.2 拉伸温度对BOPET亚光膜结晶取向性能影响

用DSC测定的薄膜结晶熔融得到的熔融峰曲线和基线所包围的总面积换算成热量，得到结晶熔融热焓，对同种结晶聚合物而言，其结晶熔融焓ΔHm与结晶程度呈正比关系。如表1所示，拉伸温度从92 ℃升高到112 ℃，ΔHm逐渐减小，说明其结晶性能也逐渐降低；同时，能够反映聚合物分子链段取向性能的双折射值Δn也逐渐减小。分析认为，因为拉伸温度的升高，分子链运动能力提高，薄膜成型过程中需要克服的缠结应力减小，从而抑制了取向的产生，所以结晶程度呈现下降的趋势，薄膜的结晶热焓降低[4]。

表1 不同拉伸温度下制备的亚光膜结晶熔融焓ΔHm和双折射值Δn

2.3 拉伸温度对BOPET亚光膜光学性能影响

薄膜材料的透光率是指透过薄膜射出的光通量与入射的光通量之比。光线射到半透明的BOPET亚光薄膜时，部分进行定向反射，部分进行漫反射，进入样品后部分被样品吸收，部分透过样品薄膜；经薄膜出射光中，主要光是按折射定律前进，部分产生散乱的半球散射[5]。实验结果表明，亚光膜的透光率随拉伸温度的变化不大，如图2所示，其值在86%～87%之间，而由于薄膜厚度偏差等因素存在的测试误差为百分之零点几，表明拉伸温度引起的薄膜微观结构的改变对透光率的影响较小。

图2 拉伸温度对几种PET亚光膜透光率的影响

薄膜的雾度是偏离入射光2.5°角以上的透射光强占总透射光强的百分数。随着拉伸温度升高，亚光膜雾度明显增大，如图3所示。

薄膜光泽度是指薄膜试样在面方向上，被试样反射的光通量与标准表面反射光通量的比。由图3可知，随着拉伸温度升高亚光膜光泽度减小，温度低于107 ℃时，光泽度随着拉伸温度升高而降低的程度非常显著，而107 ℃以上，光泽度的降低幅度不大。

分析以上实验结果，亚光膜之所以呈现高雾度低光泽度的特性是因为膜中分散的SiO2的微团聚物与PET基料的结合使得膜层内部和膜表面形成了不平的凹凸，未经双向拉伸的亚光PET厚片由于SiO2微团聚物分散不够不具有高雾度低光泽的性能，而双向拉伸过程是微团聚物随着PET大分子链伸展而分散的过程，微团聚物的分散会进一步将凹凸的面积扩大，因此亚光膜在经过双向拉伸之后才呈现高雾度低光泽度的特性。如图4所示，拉伸温度较低时，微团聚物随着PET大分子链发生运动分散能力不足，凹凸呈现分散的颗粒状且面积较小，当拉伸温度升高，微团聚物在BOPET中运动分散性提高，使得凹凸逐渐成为带状，同时面积增大，所以薄膜的雾度提高，光泽度下降。实验中当温度低于107 ℃时，这种运动分散性对温度是比较敏感的。

图3 拉伸温度对PET亚光膜透光率和光泽度的影响

图4 不同拉伸温度的BOPET亚光膜的SEM微观形貌

2.4 拉伸温度对BOPET亚光膜摩擦系数的影响

纯BOPET薄膜表面平整，膜层间形成真空密合状态，相互滑动比较困难，而亚光膜中由于存在SiO2微团聚物，使得薄膜表层可以形成许多凸起，薄膜层与层之间的实际接触面积减少，从而降低粘结力，相互滑动就会较容易，有利于摩擦系数的降低[6]。如上所述，拉伸温度会对微团聚物在薄膜表面的分散产生影响，从而对BOPET亚光膜的表面摩擦系数产生一定的影响，但实验结果表明，薄膜的表面静摩擦系数us和动摩擦系数ud随着拉伸温度变化不大，如图5所示，说明随着拉伸温度升高，材料中微团聚物分散性提高对亚光膜表面摩擦系数的影响不大。

图5 BOPET亚光膜摩擦系数随拉伸温度的变化

2.5 拉伸温度对BOPET亚光膜力学性能的影响

如前所述，拉伸温度升高会导致BOPET结晶性能降低，同时提高亚光膜中SiO2的分散性，从而会导致PET大分子链缠结力的减小，受力时大分子链间发生滑移的可能性变大，所以随着制备过程中拉伸温度的升高，BOPET亚光膜的拉伸强度下降，断裂伸长率提高，如图6所示。BOPET亚光膜的拉伸强度随着拉伸温度升高下降较明显，其断裂伸长率在温度低于107 ℃时随着温度升高而增大，而高于107 ℃时会明显降低，在实际生产过程中应避免过高的拉伸温度导致亚光膜力学性能降低过多。

图6 拉伸温度对亚光膜的拉伸强度和断裂伸长率的影响

2.6 拉伸温度对BOPET亚光膜热收缩率的影响

热收缩率是表征BOPET亚光薄膜在受热作用下的尺寸稳定性，也即薄膜受热变形的程度，亦可反映薄膜的耐温性能。在薄膜制备过程中，除了热定型工艺之外，拉伸温度对热收率的影响同样重要，如图7所示，BOPET亚光膜的纵向(MD)和横向(TD)热收缩率随着拉伸温度升高下降较明显，这是因为拉伸温度会对薄膜的分子链段取向程度产生影响，拉伸温度升高，薄膜取向减弱，热收缩率减小。

图7 拉伸温度对BOPET亚光膜热收缩性能的影响

3 结 论

提高BOPET亚光薄膜制备过程中拉伸温度，会略微降低薄膜结晶取向，大幅提高其雾度减小光泽度，显著降低BOPET亚光膜拉伸强度，减小热收缩率，而对薄膜透光率、摩擦系数的影响较小，过高的拉伸温度还会导致薄膜断裂伸长率变得较差。

[1] 张艳，丁永红，俞强，等.拉伸工艺对无机微粉PET反射膜性能的影响[J].塑料工业，2012 (11) :107-110.

[2] 徐云升.BOPET薄膜拉伸工艺条件的选择及对产品质量的影响[J].聚酯工业，1998 (2) :26-29.

[3] 何曼君，陈维孝，董西侠.高分子物理[M].上海：复旦大学出版社，1990：303.

[4] 宋歌.BOPET制备过程中结晶和取向结构的表征[D].上海：东华大学，2010：20.

[5] 林艳，周晓峰.透光率/雾度测定仪原理解析及应用[J].上海计量测试，2014，2(240):53-55.

[6] 高宏保.聚酯膜用SiO2开口剂的特征及评价[J].合成技术及应用，2007，22(1):20-23.

Influenceofstretchingtemperatureonbiaxiallyorientedpolyethyleneterephthalatemattefilm

Wang Kun1,2, Si Hu1, Wang Yuhe1, Wang Shuxia1,2

(1. Research Institute of Sinopec Yizheng Chemical Fibre Co.， Ltd.， Yizheng Jiangsu 211900， China； 2. Jiangsu Key Laboratory of High Performance Fiber， Yizheng Jiangsu 211900， China)

Biaxially oriented polyethylene terephthalate (BOPET) matte film samples were prepared with the method of extrusion casting—biaxially stretching. The rule of influence of stretching temperature on stress-strain ,optical properties ,crystallization property ,mechanical property and surface friction coefficient of the prepared BOPET matte film samples were studied. The result showed that increasing stretching temperature will obviously increase the value of haze and decrease glossiness, redule tensile strength and heat shrinkage. But it had little influeuce on light transmittanle or friction coefficient.

BOPET；matte film；stretching temperature；property

TQ322.2

A

1006-334X(2017)04-0010-04

2017-08-04

王坤(1989-)，江苏泰州人，助理工程师，主要从事聚合物加工与研究工作。