接道良

（儀化東麗聚酯薄膜有限公司，江蘇 儀征 211900）

專題論述

BOPET現(xiàn)代生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制技術(shù)

接道良

（儀化東麗聚酯薄膜有限公司，江蘇 儀征 211900）

詳細(xì)介紹雙向拉伸聚對(duì)苯二甲酸乙二酯薄膜（BOPET）的現(xiàn)代生產(chǎn)工藝，包括PET樹脂干燥、擠出鑄片、雙向拉伸和卷取，并對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題如厚度不均、熱收縮、模頭線、變質(zhì)聚合物、碳黑粒子、魚眼、靜電印、油污、劃痕等進(jìn)行了原因分析，給出了相應(yīng)的解決、控制方法。

雙向拉伸聚酯薄膜；生產(chǎn)工藝；質(zhì)量控制

雙向拉伸聚對(duì)苯二甲酸乙二酯薄膜（BOPET）最初是在20世紀(jì)50年代由英國I.C.I.公司開發(fā)的。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，產(chǎn)品已由原來的單一包裝膜、絕緣膜發(fā)展到現(xiàn)在的鐳射用膜、電容器用膜、光學(xué)用膜、感光干膜等。按厚度有從0.5μm到250 μm的幾十個(gè)規(guī)格，其生產(chǎn)工藝也由簡單的單點(diǎn)逐步拉伸發(fā)展到現(xiàn)在的多步或同步雙向拉伸，其產(chǎn)品形式亦由平膜發(fā)展到多層共擠膜、強(qiáng)化膜及涂布膜等。

聚酯薄膜已成為世界上發(fā)展最快的薄膜品種之一，目前國內(nèi)主要采用兩步法雙向拉伸工藝生產(chǎn)［1］。隨著其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，對(duì)聚酯薄膜的質(zhì)量要求越來越高，迫使生產(chǎn)廠家對(duì)生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題須隨時(shí)加以解決。筆者現(xiàn)將聚酯薄膜現(xiàn)代生產(chǎn)工藝及其常見質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因和解決方法作一介紹。

1 BOPET薄膜的現(xiàn)代生產(chǎn)工藝［2～3］

BOPET薄膜的現(xiàn)代生產(chǎn)工藝流程一般為：PET樹脂干燥→擠出鑄片→縱向拉伸→橫向拉伸→收卷→分切→包裝。

1.1 PET樹脂的干燥

PET樹脂由于分子中含有極性基團(tuán)，因此吸濕性較強(qiáng)，干燥前其含水率為0.4%，而水分的存在使PET在加工時(shí)極易發(fā)生氧化降解，影響產(chǎn)品質(zhì)量。要實(shí)現(xiàn)加工前最終含水率小于0.005%、干燥過程降解最少、不結(jié)塊、結(jié)晶很均勻，必須選擇適宜的干燥條件。影響聚酯切片干燥質(zhì)量的因素有干燥溫度和干燥時(shí)間。干燥溫度越高，達(dá)到工藝要求的含水率的時(shí)間越短。需要注意的是，隨著溫度的提高，干燥時(shí)間增長，樹脂的降解越嚴(yán)重，見圖1所示，因此一般聚酯干燥溫度不超過180℃，干燥時(shí)間4～6 h左右。

圖1 聚酯切片干燥時(shí)間與特性粘數(shù)降低的關(guān)系

1.2 PET熔體擠出鑄片

將干燥好的PET樹脂熔融擠出塑化，分別通過預(yù)過濾器、計(jì)量泵、精過濾器后進(jìn)入模頭，然后經(jīng)過冷鼓冷卻成厚片。冷鼓內(nèi)冷卻水的溫度小于40℃。在鑄片階段應(yīng)控制厚片的結(jié)晶度小于3%。具體擠出－鑄片工藝條件見表1。

表1 PET鑄片工藝溫度

1.3 PET厚片的雙向拉伸

薄膜的雙向拉伸過程是將從擠出機(jī)擠出的片材在一定溫度下，經(jīng)縱、橫方向拉伸，使分子鏈或待定的結(jié)晶面進(jìn)行取向，然后在拉伸的情況下進(jìn)行熱定型處理。經(jīng)過雙向拉伸的薄膜，由于分子鏈段取向，結(jié)晶度提高，因此可顯著提高拉伸強(qiáng)度、彈性模量、撕裂強(qiáng)度，改善透明性、氣密性、電絕緣性及光澤等。

1.3.1 縱向拉伸工藝

為了提高片材的拉伸質(zhì)量，拉伸溫度和拉伸比的控制至關(guān)重要。從圖2可以看出溫度對(duì)聚合物的拉伸應(yīng)力－應(yīng)變影響。隨著拉伸溫度升高，材料將從脆性斷裂、無屈服的曲線1變?yōu)轫g性、有屈服的曲線2和3，溫度繼續(xù)升高，就變成如同橡膠無屈服點(diǎn)的曲線4。

圖2 溫度對(duì)聚合物應(yīng)力、應(yīng)變的影響

因此在聚酯薄膜的生產(chǎn)過程中，溫度過高會(huì)使分子鏈段的活動(dòng)能力加劇，使粘性形變?cè)黾臃炊茐娜∠?；反之，若拉伸溫度較低，取向效果較好，但大分子鏈段活動(dòng)能力差，所需拉伸應(yīng)力較大，容易產(chǎn)生打滑和受力不均勻而引起厚度公差及寬度不穩(wěn)定。研究無定型PET厚片的應(yīng)力－應(yīng)變曲線發(fā)現(xiàn)，PET的拉伸溫度控制在85～100℃左右較好。為防止片基粘輥，便于均勻拉伸，可采用遠(yuǎn)紅外輔助加熱。

拉伸比是指拉伸后的長度與拉伸前的長度之比。拉伸比越大，沿拉伸方向的強(qiáng)度增加也就越大。但要得到高強(qiáng)度薄膜，拉伸比不能控制在最大，因?yàn)樵趩蜗蚶旌笱乩旆较驈?qiáng)度增加會(huì)使與之垂直方向的強(qiáng)度降低。因此為保證薄膜在縱、橫方向上都具有優(yōu)良的性能，就必須使縱向與橫向拉伸比相匹配?？v向拉伸后，薄膜需要在小于40℃的溫度下驟冷。通?？v向拉伸后薄膜的結(jié)晶度小于12%。

1.3.2 橫向拉伸工藝

縱拉厚片經(jīng)導(dǎo)向輥送至拉幅機(jī)進(jìn)行橫向拉伸，使分子定向排列，并進(jìn)行熱定型和冷卻處理。縱拉厚片的預(yù)熱、拉伸、熱定型和冷卻都是在一個(gè)烘箱內(nèi)進(jìn)行的，因此工藝參數(shù)的選定要考慮烘箱的長度、產(chǎn)品的產(chǎn)出速度及熱風(fēng)傳導(dǎo)和烘箱的保溫情況。一般要求熱風(fēng)在烘箱內(nèi)的循環(huán)方式必須是使吹到薄膜上下表面的風(fēng)溫、風(fēng)壓和風(fēng)速一致，且各區(qū)溫度不能相串，鋏子溫度要盡量低。熱定型的目的除了為消除拉伸中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，主要還是使薄膜中的分子鏈取向轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶的取向和部分松弛，從而制得熱穩(wěn)定性好、收縮率低的薄膜。經(jīng)過縱向、橫向拉伸和熱處理的聚酯薄膜，結(jié)晶度可以達(dá)到45%～55%。經(jīng)多次生產(chǎn)試驗(yàn)，非收縮聚酯薄膜的縱向－橫向拉伸工藝見表2所示。

表2 非收縮聚酯薄膜的縱向－橫向拉伸工藝

1.4 薄膜的表面處理和卷取

BOPET薄膜由于在橫拉時(shí)是用鋏子夾住邊部進(jìn)行拉伸的，所以被夾住的部分不能被拉伸，在收卷前必須裁去。這部分邊膜通過牽引、粉碎、回收造粒后可按比例回收利用。雙向拉伸聚酯薄膜的表面張力可達(dá)44達(dá)因，因此在多數(shù)場合下，可直接進(jìn)行后加工。對(duì)于有特殊要求的產(chǎn)品，在拉伸后還需要進(jìn)行電暈處理，使其表面張力達(dá)到52達(dá)因，以增加印刷牢度，改善在鍍鋁中的性能。

BOPET薄膜的收卷張力和壓力采用自動(dòng)控制以保證收卷表面平整、松緊一致。

2 質(zhì)量問題及控制技術(shù)

2.1 薄膜厚度不均勻［4］

測量薄膜的厚度，表明其平均厚度比規(guī)格厚度要厚或薄，是為厚度公差，通常用正、負(fù)百分率表示。公差的分布，即厚度偏差的大小分布，用來表征厚薄的均勻性。聚酯薄膜有縱向和橫向的厚薄均勻性值。圖3所示為橫向厚薄均勻性分布的3種典型狀態(tài)。

造成縱向厚度不均勻的原因?yàn)椋篴）擠出機(jī)、計(jì)量泵轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；b）冷鼓轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、上下振動(dòng)及偏心；c）進(jìn)料量、切片溫度、結(jié)晶度波動(dòng)；d）樹脂熔體粘度變動(dòng)；e）縱向拉伸速度、溫度及倍率不穩(wěn)定。

造成橫向厚度不均勻的原因?yàn)椋篴）樹脂熔體粘度、溫度沿?cái)嗝娣植疾痪鶆?；b）模唇口局部溫度波動(dòng)；c）測厚反饋滯后、不靈敏；d）從鑄片到縱向拉伸的工藝過程中，由于溫度不均勻或同步性不好，導(dǎo)致物理結(jié)構(gòu)（結(jié)晶度、取向度等）沿橫向分布不一致，在橫向拉伸時(shí)發(fā)展的厚度不均勻；e）縱拉伸機(jī)所用紅外燈管各段的功率不一致。

其解決方法為：調(diào)整設(shè)備，控制好樹脂熔融溫度。

圖3 橫向厚薄均勻性分布的3種典型狀態(tài)

2.2 熱收縮偏高或不勻［4］

按熱收縮測定方法，一般檢測150℃、30 min下的熱收縮值，一些燙金及膠帶用膜則需檢測180℃、30 min下的熱收縮值。

經(jīng)熱定型后的聚酯薄膜，其熱收縮值的大小，決定于尚存的非晶分子鏈取向程度和低結(jié)晶熔點(diǎn)的結(jié)晶取向分量。前者是解取向收縮，發(fā)生于非晶區(qū)；而后者發(fā)生于晶區(qū)，其中細(xì)小的結(jié)晶因它的結(jié)晶熔點(diǎn)低于熱收縮測定的溫度，故在熱收縮測定過程中熔融并解取向，導(dǎo)致熱收縮。據(jù)此，從樹脂和熱定型工藝尋找熱收縮偏大原因。樹脂方面：a）結(jié)晶速度（尤其是結(jié)晶增長速度）慢；b）特性粘數(shù)（［η］）或熔體粘度偏高。熱定型工藝方面：a）熱定型溫度偏低；b）松弛量不適當(dāng)；c）生產(chǎn)線速度過快，熱定型時(shí)間不足。

此外，縱拉與橫拉工藝對(duì)熱收縮也有一定的影響。

2.2.1 縱拉工藝對(duì)熱收縮值影響

a）縱拉溫度偏高，松弛速度接近或快于拉伸形變速度，取向程度低，熱定型時(shí)傾向形成低結(jié)晶熔點(diǎn)的細(xì)小結(jié)晶，故高溫（180℃）熱收縮值偏大；縱拉溫度偏低，則非晶的分子鏈取向程度往往會(huì)偏高，其結(jié)果是150℃的熱收縮值偏大；

b）縱拉伸輥溫度偏高，經(jīng)縱向拉伸的片膜，其結(jié)晶度偏高，縱向的結(jié)晶取向較大，對(duì)降低熱收縮值一般有利，但不利橫向拉伸；縱拉伸輥溫度偏低，經(jīng)縱向拉伸的片膜的結(jié)晶度偏低，分子鏈縱向的取向程度大，將導(dǎo)致熱收縮值偏大。

2.2.2 橫拉工藝對(duì)熱收縮值影響

a）橫向拉伸溫度偏高或偏低造成的后果與縱向拉伸溫度一樣，但橫向拉伸后可通過調(diào)整幅寬，即控制松弛量等來改變熱定型效果，所以一般情況橫向拉伸溫度的影響作用不明顯；

b）真正的橫向拉伸倍率要比從拉伸段軌道間距計(jì)算的大，差別的多少與橫拉預(yù)熱達(dá)到的溫度有關(guān)。橫向拉伸倍率大小對(duì)熱收縮值有一定影響。

關(guān)于熱收縮不勻，即熱收縮測定值偏差大，是由于非晶的分子鏈取向程度和低結(jié)晶熔點(diǎn)的結(jié)晶取向分量分布不勻所致。其解決方法：選用適當(dāng)?shù)臉渲袄旃に嚕患皶r(shí)調(diào)整熱定型工藝，使熱收縮符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 模頭線［4］

在膜上可能出現(xiàn)模頭線，用偏振光鏡觀察，便可檢出。它是沿縱向顯示透光性、厚薄差別的條紋，基本呈直線型。

模頭線的成因?yàn)椋篴）模唇內(nèi)有異物阻礙熔體流動(dòng)。被異物分開的熔融物料在流過異物后會(huì)再匯合起來，但在流至冷卻鼓之前的短時(shí)間內(nèi)，卻未能借助表面張力使之流平，故形成條紋；b）模唇口沾污，在熔體膜表面拖帶出條紋；c）熔體膜表面與模唇口面之間的夾角偏小，或模頭處于低溫低濕的環(huán)境，熔體中小分子物揮發(fā)在唇口集聚，易出現(xiàn)模頭線。

其解決方法為：a）適當(dāng)降低熔體粘度；b）定期修模唇；c）對(duì)模頭所處的環(huán)境加溫加濕。

2.4 變質(zhì)聚合物

變質(zhì)聚合物是樹脂長時(shí)間靜置于高溫，緩慢結(jié)晶而成的高結(jié)晶、完整結(jié)晶產(chǎn)物，可在聚合過程中形成，也可在擠出加工中（如擠出鑄片設(shè)備中存在的料流“死角”）或暫停生產(chǎn)時(shí)形成［5］。圖4所示為欠點(diǎn)檢測儀檢測到的變質(zhì)聚合物形狀。

圖4 欠點(diǎn)檢測儀檢測到的變質(zhì)聚合物形狀

其解決方法為：a）加強(qiáng)熔體過濾；b）減少“死角”，除選用質(zhì)優(yōu)的設(shè)備外，還要注意樹脂更換、生產(chǎn)線速度轉(zhuǎn)換；c）增加熔體的流動(dòng)性，避免熔體停留時(shí)間過長；d）停機(jī)后恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)，可把模頭等部位升溫至變聚物的熔點(diǎn)溫度，然后再返回操作工藝溫度。

2.5 碳黑粒子

出現(xiàn)碳黑粒子的原因可能為：a）由于少量熔體長期粘附在過濾器中已降解炭化，難以洗掉或過濾碟片老損泄漏；b）過濾器曾局部超高溫使用；c）過濾器清洗不凈［6］。

其解決方法為：a）及時(shí)更換超過使用壽命的過濾碟片和已知存有大量炭化物的過濾碟片；b）嚴(yán)格控制過濾器的溫度；c）嚴(yán)格按清洗步驟執(zhí)行，特別是排污和三甘醇清洗時(shí)的溫度、時(shí)間尤其重要，另外對(duì)過濾芯也要清洗。

2.6 魚眼

大一點(diǎn)的魚眼常光下便可看到，細(xì)小點(diǎn)的氣泡則要在偏振光下觀察。魚眼的形狀多為圓形，有時(shí)呈橢圓，個(gè)別為長條形，如圖5。

圖5 電子顯微鏡下（200倍）觀察到的魚眼形狀

魚眼產(chǎn)生的原因主要有：a）鑄條切粒工藝不當(dāng)，樹脂切片中存在氣泡；b）切片未壓緊便進(jìn)入熔融段，有空氣混入；c）切片含水率高；d）樹脂熱穩(wěn)定性不好，或工藝溫度過高，使其在高溫下氧化分解；e）原料中回收切片的比例偏高。

其解決方法為：a）嚴(yán)格工藝操作；b）更換熱穩(wěn)定性好的樹脂；c）降低原料中回收切片的比例。

2.7 靜電?。?］

把薄膜放在偏振光下觀察，可看到一串的小點(diǎn)或條狀痕，是為靜電印，它處于薄膜表面，與靜電吸附工藝有關(guān)。鑄片時(shí)，為了加強(qiáng)熔體膜片與冷卻鼓的緊貼效果，可采用靜電吸附技術(shù)。但是，如果熔體膜片一些部位電阻過低，則可能發(fā)生電擊穿；或電極之間、電極與熔體膜片之間受污染，發(fā)生放電；或靜電電壓波動(dòng)、電極安放位置不當(dāng)；或當(dāng)靜電將熔體膜片推向冷卻鼓表面時(shí)，形成機(jī)械壓痕或夾進(jìn)空氣。這些因素都會(huì)在膜表面產(chǎn)生靜電印的缺陷。

其解決方法為：a）原料中添加含有金屬離子的添加劑；b）根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整靜電電壓；c）調(diào)整靜電支架位置。

2.8油污、水漬

油污、水漬在成品膜上往往很難察覺出來，而通過在線欠點(diǎn)檢測儀則很容易檢出。如圖6。

圖6 欠點(diǎn)檢測儀檢測到的油污、水漬形狀

單點(diǎn)或成串的點(diǎn)狀油污，是橫向拉伸機(jī)鋏具的潤滑油受鋏具在生產(chǎn)中高速運(yùn)行時(shí)的離心力作用，被甩出至薄膜上的結(jié)果。水漬的產(chǎn)生原因有：a）冷卻區(qū)烘箱頂部的金屬軟管破損，冷凝水從烘箱頂部滴到膜面上；b）生產(chǎn)未電暈產(chǎn)品時(shí)，若環(huán)境濕度較大，電暈電極易結(jié)露，產(chǎn)生的水滴滴到膜面上。

其解決方法為：a）根據(jù)鋏具及軌道的磨損情況，及時(shí)調(diào)整加油量；b）確保烘箱內(nèi)特別是入口處擋油板的完好；c）定期檢查烘箱頂部的所有管道是否有破損；d）生產(chǎn)未電暈產(chǎn)品時(shí)控制適當(dāng)?shù)臏貪穸龋蛴肞E膜將電暈電極包裹。

2.9 劃痕、擦痕

劃痕一般是膜的速度與輥的速度不一致所造成的。由于膜速／輥速≠1，使膜在輥表面滑移，構(gòu)成摩擦，故劃痕一般較為密集。若輥表面上有凸起的異物，或被揮發(fā)物污染，則會(huì)劃傷膜表面，并有一定的周期。應(yīng)該指出的是，除揮發(fā)物污染外，處于薄膜表面的添加劑粒子，有時(shí)會(huì)因摩擦而脫落，并構(gòu)成對(duì)薄膜表面的劃傷。添加劑脫落造成的劃痕沒有周期性，據(jù)此可與上述的輥表面上有凸起點(diǎn)，或被揮發(fā)物污染造成的劃痕相區(qū)別。另外，因破膜或脫鋏而殘留在橫拉烘箱內(nèi)的廢膜也有可能劃傷膜面，此劃痕為連續(xù)性的長劃痕，因此較容易與輥?zhàn)赢a(chǎn)生的劃痕相區(qū)別。

其解決方法為：a）檢查與薄膜運(yùn)行中接觸的各輥，消除凸起點(diǎn)或粗糙部位，調(diào)整其速度。可從劃痕出現(xiàn)周期的長度來尋找造成劃傷的輥；b）經(jīng)常清除污染物。可用水、酒精、三甘醇等進(jìn)行清洗，如有必要可用砂紙打磨除之；c）選用添加劑母料時(shí)，控制添加劑粒子直徑小于5 μm；d）定期清理烘箱內(nèi)殘留的廢膜。

3 結(jié) 語

兩步法雙向拉伸制備BOPET薄膜工藝技術(shù)成熟，工序簡便。常見質(zhì)量問題的產(chǎn)生，與各工序的操作密切相關(guān)，只要嚴(yán)格操作規(guī)程，精心控制，避免缺陷產(chǎn)生，就能制備出質(zhì)量合格的產(chǎn)品。

1 吳培熙，王祖玉，張玉霞，等.塑料制品生產(chǎn)工藝手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.10

2 尹燕平.雙向拉伸塑料薄膜［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.6

3 趙玉斌.BOPET薄膜生產(chǎn)工藝及常見疵病分析［J］.工程塑料應(yīng)用，2008，36（7）：36～39

4 楊始堃.聚酯薄膜（BOPET）品質(zhì)問題分析（一）［J］.聚酯工業(yè)，2007，20（2）：60～62

5 楊始堃.聚酯薄膜（BOPET）品質(zhì)問題分析（二）［J］.聚酯工業(yè)，2007，20（3）：60～61

6 傅斌.聚酯薄膜生產(chǎn)過程中的不熔物問題研討［J］.廣東化工，1999（4）：43～45

Advanced production and quality control technology of bopet film

Jie Daoliang
（Yihua Toray Polyester Film Co．，Ltd．，Yizheng Jiangsu 211900，China）

The advanced production technology of BOPET including PET drying，extrusion casting，biaxial stretching and winding was presented in detail.The quality problems such as uneven thickness，shrink，die lines，aberrance of polymer，carbon particles，fish eyes，electrostatic mark，oil，scratch were analyzed，and the corresponding solution were put forward.

BOPET；production technology；quality control

TQ320.721

：B

：1006-334X（2010）02-0041-04

2010－05－31

接道良（1981－），江蘇建湖人，工程師，主要從事聚酯薄膜工藝技術(shù)管理工作。