李 爽

（中煤陜西榆林能源化工有限公司化工分公司，陜西 榆林 719000）

引言

中煤陜西榆林能源化工有限公司生產(chǎn)的線性低密度聚乙烯（LLDPE）DFDA-7042 采用的是Unipol 氣相流化床工藝技術(shù)生產(chǎn)，該薄膜產(chǎn)品在市場上主要應(yīng)用于棚膜、纏繞膜、商品外包裝等，對(duì)薄膜的透光性有較高的要求。相較于高壓低密度聚乙烯（HP-LDPE）薄膜產(chǎn)品，DFDA-7042 改善了薄膜的力學(xué)性能，具有較高的撕裂強(qiáng)度、耐穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度，但透光性相對(duì)較差[1]。

影響DFDA-7042 透光性的因素分兩種，一種是制粒前通過改變聚合反應(yīng)條件和添加劑的使用等調(diào)整聚合物的MFR、密度、相對(duì)分子質(zhì)量及分布等，改變聚合物的分子結(jié)構(gòu)以此提高薄膜透光性，具體方法一種是降低薄膜中的灰分含量、降低乙烯分壓、使用高活性催化劑和添加劑以及成核劑等；另一種是在制粒后的加工成型過程中，通過制膜工藝的優(yōu)化提升薄膜的透光性能，具體方法有優(yōu)化熔體溫度、降低冷卻線高度、提高吹脹比等提高薄膜的透光性[2]。

影響薄膜光學(xué)性能的關(guān)鍵因素是LLDPE 的結(jié)晶度。當(dāng)LLDPE 結(jié)晶形成的球晶較大時(shí)，可見光波不能透過球晶，從而影響薄膜的透光性。

本文結(jié)合實(shí)際工作情況，在DFDA-7042 已制粒的情況下，研究制膜工藝對(duì)薄膜透光性的影響，選擇最優(yōu)制膜條件（以薄膜霧度表征薄膜透光性能）。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備

吹膜機(jī)，LF600，Φ30 型，萊伯泰科（LabTech）公司；投射霧影儀，4775 型，德國BYK 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)原料

線性低密度聚乙烯，DFDA7042，中煤陜西榆林能源化工有限公司，熔體流動(dòng)速率（MFR）2.0 g/10 min，密度0.920 g/cm3。

2 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)論

聚合物結(jié)晶度對(duì)球晶尺寸的影響有兩個(gè)：冷卻速度和結(jié)晶溫度，具體為，快速冷卻條件下，結(jié)晶度低，球晶尺寸??；慢速冷卻條件下，結(jié)晶度高，球晶尺寸大；較高溫度下結(jié)晶，球晶尺寸大，結(jié)晶度高；較低溫度下結(jié)晶，球晶尺寸小，結(jié)晶度低。通過一系列加工工藝參數(shù)的調(diào)整，找出薄膜吹塑過程中冷卻速度和結(jié)晶溫度對(duì)薄膜霧度的影響因子，給出最佳工藝條件。

2.1 加工溫度的影響

提高加工溫度使LLDPE 分子鏈產(chǎn)生松弛，分子排列取向減弱，薄膜結(jié)晶過程中的不規(guī)則性增加，結(jié)晶度降低，使薄膜的透光性提高。但加工溫度太高會(huì)使熔體強(qiáng)度降低，受儀器本身的冷卻效率制約導(dǎo)致膜泡不穩(wěn)定，褶皺明顯增加，透光性變差。對(duì)于DFDA-7042，當(dāng)溫度低于160 ℃時(shí)，薄膜表面呈現(xiàn)線條狀斑紋，并伴有大量魚眼殘生，這是因?yàn)槿垠w溫度太低，聚合物不能得到充分的熔融塑化；溫度高于200 ℃時(shí)，膜泡扭曲并伴隨劇烈抖動(dòng)，成膜性差。熔體溫度對(duì)薄膜霧度的影響見圖1。

圖1 熔體溫度對(duì)薄膜霧度的影響

2.2 冷卻線高度的影響

冷卻線是指塑料由黏流態(tài)進(jìn)入高彈態(tài)的分界線。冷卻線時(shí)聚合物的結(jié)晶固化點(diǎn)，結(jié)晶時(shí)聚合物的透明度降低，提高冷卻線使薄膜有更長的時(shí)間固化，分子有更多的時(shí)間松弛，分子取向性更好，橫向和縱向均衡，薄膜的力學(xué)性能提高，但結(jié)晶形成的球晶也進(jìn)一步增大，光學(xué)性能下降。受儀器冷卻風(fēng)環(huán)喇叭開口直徑和膜口直徑的制約，冷卻線高度太低使熔體出膜口膨脹觸碰喇叭口，冷卻線過高膜泡螺旋不穩(wěn)、冷卻線上下平移，薄膜厚度不均勻。具體見圖2。

圖2 冷卻線高度（與膜口直徑之比）對(duì)薄膜霧度的影響

2.3 吹脹比的影響

提高吹脹比，膜泡在膨脹的過程中得到了較好的塑化，利于薄膜的橫縱向延伸，影響熔體結(jié)晶速率，晶球變小，霧度降低。當(dāng)吹脹比達(dá)到2.6 以后，對(duì)薄膜霧度的影響已經(jīng)相對(duì)平緩。當(dāng)吹脹比為3.2 時(shí)，風(fēng)環(huán)喇叭口緊貼熔體，膜泡稍微抖動(dòng)即破裂，吹脹比低于1.5時(shí)，受風(fēng)環(huán)冷卻效率制約，薄膜出現(xiàn)蛇形擺動(dòng)，褶皺明顯。具體見圖3。

圖3 吹脹比對(duì)霧度的影響

2.4 吹膜工藝正交實(shí)驗(yàn)

因各影響因素之間存在交互作用，單因素實(shí)驗(yàn)不能很好地找出最佳制膜條件，為此利用正交設(shè)計(jì)法優(yōu)化最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)。根據(jù)上述單因素考察結(jié)構(gòu)，確定三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，如表1 所示。

表1 DFDA-7042 吹膜試驗(yàn)因素水平表

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析

從表2 的結(jié)果可以看出，影響薄膜霧度的主要因素是冷卻線高度和熔體溫度，吹脹比對(duì)霧度的影響較小。

表2 DFDA-7042 吹膜正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

①②③為不同因素的不同水平下霧度值的總和，R 為①②③中最大值與最小值的差值，各因素綜合確定最有制膜條件為熔體溫度200 ℃、冷卻線1.5、吹脹比3.2。

2.6 最佳制膜條件及分析

通過正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定最佳制膜條件，結(jié)合操作的難易程度以及能耗物耗影響，綜合選取實(shí)驗(yàn)8 方案：熔體溫度200 ℃、冷卻線2.0、吹脹比2.0 作為最佳制膜條件。

3 結(jié)論

1）在影響DFDA-7042 制膜條件中，熔體溫度、冷卻線高度對(duì)透光性影響較大，吹脹比影響較小。

2）最佳制膜條件為：熔體溫度200 ℃、冷卻線2.0、吹脹比2.0。

3）制膜儀器風(fēng)環(huán)喇叭口直徑直接制約薄膜的吹脹比調(diào)整，尤其較大吹脹比條件下，極易出現(xiàn)破膜情況。