双向拉伸PET薄膜生产技术与发展方向

唐文鹏

摘 要：聚酯薄膜（也称PET薄膜）在工业和日常生活中应用范围越来越广，为了响应节能环保的号召，聚酯薄膜的生产技术在不断完善，为了制作出消耗原材料更少、质量更优的PET薄膜，生产厂商尝试了多种制作工艺，最终被广泛应用的是双向拉伸技术。这一技术能保证制作出的PET薄膜厚度均匀，由于制作过程的影响，最终的成品拉伸性能良好。本文主要介绍了现在双向拉伸技术的情况，主要包含生产工艺和生产设备两个方面，并分析了未来的方向。

关键词：双向拉伸技术 PET薄膜 生产技术发展

中图分类号：TQ320.721 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）09（c）-0093-02

双向拉伸顾名思义是通过设备对熔融冷却的片材（模头挤出形成特定厚度的片状）进行横向和纵向的拉伸，使其延展开来形成膜状，这种操作原理在最初生产薄膜时已经使用，但取得长足的进步是从双向拉伸开始的。所以现阶段薄膜的生产步骤一般为：原料计量下料、高温熔融剪切塑化、模头挤出冷却成片状，预热纵向和横拉拉伸，最后进行收卷，具体工艺更为复杂。

1 PET薄膜双向拉伸主要生产工艺

1.1 结晶和干燥

PET薄膜的原材料是混合物，原材料的选取状态称为“切片”。除了基础的PET切片，制作时要根据薄膜的不同用途和不同要求选择其他材料加入，这部分其他材料我们称之为“母料切片”，原材料决定了生产过程中将要采取的措施，由于PET薄膜的原材料基本都含有一些空气和水分，所以为了避免在制作过程中收到气泡的影响，在熔融前要进行预结晶和干燥过程。预结晶和干燥步骤能较为精细地去除原材料中的水分，含水量降低原材料受热熔化所需温度将有所提升，熔化后物质较为独立、均匀，拉伸时不会出现局部粘连现象。预结晶和干燥温度要控制在150℃～170℃，干燥时间约3.5～4h。

1.2 熔融并挤出

干燥后的原材料要进行高温熔融，为了便于将熔融后的物质拉伸成薄膜，在熔融后还要通过专用的设备系统挤出成片状。熔融原材料的装置常为单螺杆挤出机，本身具有熔融和挤出的功能，原材料在其中首先受到预热，在此过程中将材料进一步压实，使其紧密，熔融效果更好，然后进行压缩，熔融并不是我们想象的仅靠外界温度完成的原料熔化，而是依靠压缩过程产生的热量，此时原材料已经达到了塑化的温度，并将持续下去，压缩是为了让拉伸的片状材料密度更大，满足拉伸所需的状态。在机器中完成熔融压缩后原材料被挤压后输送到下一个机器——计量泵。熔融后的原材料并不能保证完全纯净，仍然可能有杂质、凝胶粒子、魚眼等异物存在，所以在计量泵进出口都布置了过滤装置，计量泵在计量熔融后材料的体积的过程中必须要保证材料不会冷却，所以本身具有较高温度，安置在其端口的过滤装置也自带加热功能。

1.3 拉伸及冷却

片状材料在挤出冷却后就要进行拉伸，拉伸阶段对工艺的要求非常高，尤其是拉伸温度和拉伸比都要精确控制，这两项控制的要求按双向拉伸聚酯薄膜（BOPET）来讲应该是保持纵向拉伸后的结晶度在17%。进行拉伸的PET材料不能保持高温下的熔融状态，为了让其进入到可被拉伸的固体状态并在冷却中不会产生过多结晶，并且保持厚度均匀，材料要通过一个快速冷却的装置，迅速冷却后的材料我们称之为铸片。

2 PET薄膜双向拉伸主要生产设备

2.1 模头

模头是决定铸片性质的主导性的生产设备。按照流道形式进行分类，模头可以被分为衣架型、鱼尾型、支管型，鱼尾型、交叉型和支管型模头各有其优缺点，在此不多做赘述，简单介绍一下现阶段应用最广泛的一种模头——衣架型模头的优点。衣架型模头的支管扩张角大，模头内压力分布均匀，所以经常用作PET铸片。按模头与挤出机的方向和熔体在支管中流向又分T型和I型两种。所谓T型是指挤出机与模头方向垂直，物料从支管中部进入；而I型是指挤出机与模头方向平行，物料从支管的一端进入，支管的另一端封闭。为保证物料在模头内有良好的流动性，其内腔做防粘处理通常镀硬铬处理。模头挤出片材厚度通过若干个带有加热线圈的推拉式差动螺栓调整模唇开度来进行初调，并通过在线测厚仪的自动测厚、反馈给模头的加热螺栓进行片材厚度的微调。模头的温度控制在275℃～280℃。

2.2 熔融装置

熔融装置主要包含熔融挤出机、熔体计量泵、熔体过滤器、熔体管。由于熔融阶段当材料熔融后全部处于高温阶段，所以熔体计量泵、过滤器、熔体管的材质全部都是耐高温的，比如熔体过滤器。熔体过滤器的主要作用是在材料进入熔体计量泵之前和从熔体计量泵后过滤掉结晶体、其他杂质，双重过滤保证最终进行冷却的材料少杂质少结晶无气泡，为了保证熔体良好的流动性熔体过滤器的温度要保持在275℃～285℃之间，我们常用的过滤器是碟状过滤器，其材料为不锈钢和不锈钢烧结毡组合而成，过滤精度要求为400～600目。熔融挤出机负责材料最开始的压实、压缩、熔融，在此阶段材料受到多倍的压缩，密度上升的同时逐渐步入熔融状态，最终流入熔体计量泵的时候已经完全熔融塑化。计量泵是熔融材料流入的第一个装置，对保证铸片质量，使PET薄膜厚度均匀起着重要的作用，在材料流经计量泵进口处的过滤器时可能因为熔融效果不同而产生挤出不良的情况，计量泵长期保持着较高的温度，并由精密的齿轮和伺服电机控制，熔体在计量泵中经过“二次加工”——压力逐渐稳定、密度均匀。在流经计量泵出口的过滤器时更加稳定，铸片材质更加均匀。

2.3 纵向拉伸机

纵向拉伸机是双向拉伸技术生产PET薄膜的核心装置，也是精进双向拉伸技术必须优化的一个环节。拉伸的速度、温度、拉伸比经工艺参数设定后交由机器控制，所以纵向拉伸机的精密度要求非常高，纵拉伸机辊筒表面温度精度为±1℃。近代纵拉机的工作辊筒均采用双壳程螺旋通道式结构。辊筒的内外圆表面一次装夹加工，保证辊筒壁厚均匀和内外圆表面严格同心。流道一般采用三螺旋式，设计上保证每个流道的流量相等。辊筒表面采用镀铬处理，辊面同时进行镜面抛光（一般Ra0.008）。随着对辊面耐磨性要求的提高，碳化钨涂层处理也在逐渐推广使用。预热辊和冷却辊的直径一般为300～600mm ，拉伸辊的直径一般为180～220mm。这种直径能保证拉出的薄膜厚度均匀，在拉伸过程中收到均匀的加热或冷却效果，薄膜的质量和延展性都有所提升。

3 PET薄膜双向拉伸技术发展方向

现如今国内市场生产的普通厚度PET薄膜应用没有太大的提升空间，但是随着更高级的科学技术的发展以及智能电子产品的普及，不大于4微米的薄型膜或150～300Mm的厚型膜前景广阔，所以接下来的生产目标可能会有所转移，根据市场需求进行一些转变。与此同时生产技术向更加简单的方向发展，智能控制的生产器械将逐步占领传统生产器械的空间，薄膜的材质或许会进行更加环保易降解的改变。

4 结语

PET薄膜的生产技术还在不停优化，我们可以预见到未来的一些发展方向：薄膜的品质将逐步提高，生产成本消耗将进一步下降，而机械的精密度、自动化程度将逐渐上升，这也是科技发展下的必然结果。PET薄膜用途广泛，解决其生产问题将能大大提高生产生活的效率，双向拉伸技术一直被沿用至今，在没有出现大的变革之前应该会一直沿用下去，所以目前还是要从这一工艺入手进行优化，并且在逐渐发展的过程中还要注意能源消耗及环境保护。

参考文献

[1] 冯树铭.BOPET差异化和功能化的应用及发展[J].聚酯工业，2010，23（3）：5-10.

[2] 尹燕平.双向拉伸塑料薄膜[M].北京：化学工业出版社，1999：275-280.