塑料薄膜的成型加工方法有多種，例如有壓延法、流延法、吹塑法、拉伸法等，近年來雙向拉伸膜成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。今后，雙向拉伸技術(shù)將更多地向著特種功能膜，如厚膜拉伸、薄型膜拉伸、多層共擠拉伸等方向發(fā)展。
近年來，適應(yīng)包裝行業(yè)對包裝物要求的不斷提高，各種功能膜市場發(fā)展迅速。經(jīng)過雙向拉伸生產(chǎn)的塑料薄膜可有效改善材料的拉伸性能（拉伸強(qiáng)度是未拉伸薄膜的3-5倍）、阻隔性能、光學(xué)性能、耐熱耐寒性、尺寸穩(wěn)定性、厚度均勻性等多種性能，并具有生產(chǎn)速度快、產(chǎn)能大、效率高等特點(diǎn)，市場迅速發(fā)展。
雙向拉伸原理
塑料薄膜雙向拉伸的原理：是將高聚物樹脂通過擠出機(jī)加熱熔融擠出厚片后，在玻璃化溫度以上、熔點(diǎn)以下的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)（高彈態(tài)下），通過縱拉機(jī)與橫拉機(jī)時(shí)，在外力作用下，先后沿縱向和橫向進(jìn)行一定倍數(shù)的拉伸，從而使高聚物的分子鏈或結(jié)晶面在平行于薄膜平面的方向上進(jìn)行取向而有序排列；然后在拉緊狀態(tài)下進(jìn)行熱定型使取向的大分子結(jié)構(gòu)固定下來；最后經(jīng)冷卻及后續(xù)處理便可制得理想的塑料薄膜。
雙向拉伸設(shè)備供應(yīng)商不斷開發(fā)新技術(shù)（相片提供 Photo Courtesy：Bruckner）
雙向拉伸薄膜生產(chǎn)設(shè)備與工藝
雙向拉伸薄膜的生產(chǎn)設(shè)備與工藝，以聚酯（PET）為例簡述如下：
配料與混合
普通聚酯薄膜所使用的原料主要是有光PET切片和母料切片。母料切片是指含有添加劑的PET切片，添加劑有二氧化硅、碳酸鈣、硫酸鋇、高嶺土等，應(yīng)根據(jù)薄膜的不同用途選用相應(yīng)的母料切片。聚酯薄膜一般采用一定含量的含硅母料切片與有光切片配用，其作用是通過二氧化硅微粒在薄膜中的分布，增加薄膜表面微觀上的粗糙度，使收卷時(shí)薄膜之間可容納少量的空氣，以防止薄膜粘連。
有光切片與一定比例的母料切片通過計(jì)量混合機(jī)混合后進(jìn)入下一工序。
結(jié)晶和干燥
對有吸濕傾向的高聚物，例如PET、PA、PC等，在進(jìn)行雙向拉伸之前，須先進(jìn)行予結(jié)晶和干燥處理。一是提高聚合物的軟化點(diǎn)，避免其在干燥和熔融擠出過程中樹脂粒子互相粘連、結(jié)塊；二是去除樹脂中水分，防止含有酯基的聚合物在熔融擠出過程中發(fā)生水解降解和產(chǎn)生氣泡。
PET的予結(jié)晶和干燥設(shè)備一般采用帶有結(jié)晶床的填充塔，同時(shí)配有干空氣制備裝置，包括空壓機(jī)、分子篩去濕器、加熱器等。
予結(jié)晶和干燥溫度在150-170℃左右，干燥時(shí)間約3.5-4小時(shí)。干燥后的PET切片濕含量要求控制在50ppm以下。
熔融擠出
熔融擠出包括擠出機(jī)、熔體計(jì)量泵、熔體過濾器和靜態(tài)混合器。
1 熔融擠出機(jī)
經(jīng)過結(jié)晶和干燥處理的PET切片進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行加熱熔融塑化。為了保證PET切片塑化良好、擠出熔體壓力穩(wěn)定，螺桿的結(jié)構(gòu)非常重要。除對長徑比、壓縮比、各功能段均有一定要求外，還特別要求是屏障型螺桿，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的螺桿具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）有利于擠出物料的良好塑化。2）有利于擠出機(jī)出口物料溫度均勻一致。3）擠出機(jī)出料穩(wěn)定。4）排氣性能好。5）有利于提高擠出能力。
若擠出量不是太大，推薦選用排氣式雙螺桿擠出機(jī)。排氣擠出機(jī)有兩個(gè)排氣口與兩套抽真空系統(tǒng)相連接，具有很好的抽排氣、除濕功能，可將物料中所含的水分及低聚物抽走，可以省去復(fù)雜的預(yù)結(jié)晶/干燥系統(tǒng)，既節(jié)省投資又可降低運(yùn)行成本。
擠出機(jī)溫度設(shè)定，從加料口到機(jī)頭約為210℃-280℃左右。
2 熔體計(jì)量泵
熔體計(jì)量通過高精度的齒輪泵來實(shí)現(xiàn)。計(jì)量泵的作用是保證向模頭提供的熔體具有足夠而穩(wěn)定的壓力，以克服熔體通過過濾器時(shí)的阻力，實(shí)現(xiàn)薄膜厚度的均勻性。計(jì)量泵通常采用斜的二齒輪泵，為了進(jìn)一步提高計(jì)量精度，也有的選用三齒輪泵。因?yàn)槿X輪泵比二齒輪泵脈沖小，其泵出量的波動(dòng)也小。計(jì)量泵的加熱溫度在270℃-280℃。
3 熔體過濾器
為了去除熔體中可能存在的雜質(zhì)、凝膠粒子、魚眼等異物，常在熔體管線上計(jì)量泵的前后各安裝一只過濾器。PET薄膜生產(chǎn)線通常采用碟狀過濾器，其材料為不銹鋼網(wǎng)與不銹鋼燒結(jié)氈組合而成。不銹鋼碟片的尺寸為Φ12英寸，過濾網(wǎng)孔徑一般在10-30μ。過濾器加熱溫度控制在275-285℃。
4 熔體管
熔體管的作用是將擠出機(jī)、計(jì)量泵、過濾器等與模頭連接起來，讓熔體從中通過。要求熔體管內(nèi)壁高度光潔且無死角，熔體管串連起來的長度應(yīng)盡量短，以免熔體在其中滯流、停留時(shí)間過長而產(chǎn)生降解。
來自擠出機(jī)的熔體進(jìn)入熔體管后，分別流經(jīng)粗過濾器、計(jì)量泵、精過濾器后進(jìn)入模頭。如是三層共擠生產(chǎn)線，在模頭上方還配置一個(gè)熔體分配器。過濾器、計(jì)量泵和熔體管等可以用電加熱，也可用導(dǎo)熱油夾套加熱。熔體管加熱溫度控制在275-285℃。
5 靜態(tài)混合器
熔體流過熔體管時(shí)，沿著管壁的熔體溫度與熔體中心的溫度有較大的溫差，為使進(jìn)入模頭的熔體溫度均勻一致，以保證模頭出料均勻，須在熔體管連接模頭的一端內(nèi)部安裝若干組靜態(tài)混合器，熔體流過靜態(tài)混合器時(shí)，會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生分—合—分—合的混合作用，從而達(dá)到熔體溫度均勻化的目的。
鑄片系統(tǒng)
鑄片系統(tǒng)主要包括模頭、急冷輥和鑄片貼附裝置等。
1 模頭：是流延鑄片的關(guān)鍵，它直接決定鑄片的外形和厚度的均勻性。PET常采用衣架型長縫模頭，模頭開度通過若干個(gè)帶有加熱線圈的推/拉式差動(dòng)螺栓進(jìn)行初調(diào)，并通過在線測厚儀的自動(dòng)測厚、反饋給模頭的加熱螺栓進(jìn)行模唇開度的微調(diào)。模頭溫度控制在275℃左右。
2 急冷輥（鑄片輥、俗稱冷鼓）：是將流出模頭呈粘流態(tài)的PET熔體在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的急冷輥上快速冷卻至其玻璃化溫度以下而形成玻璃態(tài)的厚度均勻的鑄片。急冷的目的是使厚片成無定型結(jié)構(gòu)，盡量減少其結(jié)晶，以免對下道拉伸工序產(chǎn)生不良影響。為此，對鑄片輥要求：一是其表面溫度要均勻、冷卻效果要好；二是要求急冷輥轉(zhuǎn)速均勻而穩(wěn)定。鑄片輥內(nèi)通30℃左右的冷卻水，以保證鑄片冷至60℃以下。
3 靜電吸附裝置：其作用是使鑄片與急冷輥能緊密接觸，防止急冷輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)卷入空氣，以保證傳熱—冷卻效果。靜電吸附裝置由金屬絲電極、高壓發(fā)生器及電極收放力矩電機(jī)等組成。其工作原理是利用高壓發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)千伏的直流電壓，使電極絲、鑄片輥分別變成負(fù)極和正極（鑄片輥接地），鑄片在此高壓靜電場中因靜電感應(yīng)而帶上與鑄片輥極性相反的靜電荷，在異性相吸的作用下，鑄片與急冷輥表面緊密吸附在一起，達(dá)到排除空氣和良好傳熱的目的。
對非極性高聚物如PP，采用靜電吸附的效果不及具有極性的PET，故BOPP雙拉生產(chǎn)線鑄片時(shí)，通常采用氣刀法貼附。
縱向拉伸（MDO）
縱向拉伸是將來自鑄片機(jī)的厚片在加熱狀態(tài)下進(jìn)行一定倍數(shù)的縱向拉伸?？v向拉伸機(jī)由預(yù)熱輥、拉伸輥、冷卻輥、張力輥和橡膠壓輥、紅外加熱管、加熱機(jī)組及驅(qū)動(dòng)裝置等組成。
預(yù)熱輥：一般有8只，輥筒表面鍍鉻，一字形排列，溫度 60℃-80℃。
拉伸輥：如是單點(diǎn)拉伸，有一只慢拉輥、一只快拉輥，表面鍍鉻。慢拉輥溫度80℃-85℃，快拉輥溫度30℃。
冷卻輥：一般有4只，輥筒表面鍍鉻，一字形排列，溫度30℃、50℃。
張力輥：二只，分別位于第一個(gè)予熱輥和第四個(gè)冷卻輥的上方。
縱拉比：一般在3-3.5倍，它是通過慢拉輥與快拉輥之間的速度差而產(chǎn)生的。
橫向拉伸（TDO）
橫向拉伸機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，它由烘箱、鏈夾和導(dǎo)軌、靜壓箱、鏈條張緊器、導(dǎo)軌寬度調(diào)節(jié)裝置、開閉夾器、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及EPC等組成。橫拉機(jī)構(gòu)有進(jìn)膜、預(yù)熱、拉幅、緩沖、定型和冷卻等功能段。
橫拉機(jī)的作用是將經(jīng)過縱向拉伸的薄膜在橫拉機(jī)內(nèi)分別通過預(yù)熱、拉幅、熱定型和冷卻而完成薄膜的雙向拉伸。
橫向拉伸的主要工藝參數(shù)有：
拉伸溫度：因經(jīng)過縱向拉伸的薄膜已有一定的結(jié)晶取向度，故橫向拉伸溫度要比縱拉高15℃-25℃，具體溫度取決于薄膜的厚度和拉伸速度。
拉伸倍數(shù)：對于平衡膜，橫向拉伸倍數(shù)與縱向拉伸倍數(shù)基本相同或接近；對于強(qiáng)化膜，縱向拉伸倍數(shù)要大于橫向拉伸倍數(shù)。
熱定型溫度與時(shí)間：在生產(chǎn)非收縮性薄膜時(shí)，橫向拉伸后必須進(jìn)行熱定型處理，目的是完善其結(jié)晶取向過程，消除內(nèi)應(yīng)力，增加尺寸穩(wěn)定性。熱定型溫度應(yīng)選擇PET結(jié)晶速率最大的溫度段，即190℃-210℃，熱定型時(shí)間約需3-6秒。
冷卻溫度：熱定型后的PET薄膜還要進(jìn)行熱松弛處理，最后進(jìn)入冷卻段風(fēng)冷至100℃以下。
牽引收卷與分切
本工序由若干個(gè)牽引導(dǎo)向輥、冷卻輥、展平輥、張力輥、跟蹤輥及切邊裝置、測厚儀和電暈處理機(jī)等組成。
測厚儀是測量與調(diào)節(jié)薄膜厚度的重要設(shè)備，它不僅有顯示薄膜厚度的功能，而且還具有自動(dòng)反饋控制薄膜厚度的功能。反饋控制包括：控制模頭膨脹螺栓的加熱功率或溫度，調(diào)節(jié)薄膜的橫向厚度；控制計(jì)量泵或鑄片輥的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)薄膜的縱向厚度。在線測厚儀有多種：如β測厚儀器、X射線測厚儀、紅外線測厚儀等，因近紅外測厚無環(huán)境污染、對人體無傷害，目前應(yīng)用比較普遍。
電暈處理機(jī)的工作原理是通過在電極上施加高頻高壓電流，使電極產(chǎn)生電暈放電，氣體電離產(chǎn)生高能離子，在強(qiáng)電場作用下沖擊塑料薄膜表面，使薄膜表面活化，以增加薄膜的表面濕張力。例如PET在未處理前的表面濕張力為40-42達(dá)因/厘米，經(jīng)過電暈處理的表面濕張力可達(dá)50-55達(dá)因/厘米，這樣就可大大提高印刷油墨或真空鍍鋁層對PET表面的附著力。特別的BOPP和PE膜，因是非極性聚合物，如不經(jīng)電暈表面處理，根本無法進(jìn)行印刷或鍍鋁。
薄膜收卷：薄膜通過張力控制輥、展平輥、跟蹤輥，最后完成收卷工作。收卷張力的控制包括張力的設(shè)定、張力衰減及張力補(bǔ)償?shù)?，對薄膜收卷的質(zhì)量影響很大。
分切機(jī)：從收卷機(jī)卸下的大膜卷，根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或用戶的要求須在分切機(jī)上切成一定的規(guī)格，然后經(jīng)過檢驗(yàn)、包裝即為成品。分切機(jī)的工藝參數(shù)主要是收、放卷張力，橡膠壓輥結(jié)構(gòu)及其壓力，分切速度包括初始升速等的控制。
雙向拉伸的發(fā)展方向
近幾年，中國雙向拉伸生產(chǎn)線發(fā)展很快，各種塑料薄膜大小雙拉生產(chǎn)線已有近百條，但大部分是從國外引進(jìn)的。國外薄膜雙拉生產(chǎn)線供應(yīng)商主要有Brückner、DMT、DORNIER、MITSUBIHI等。目前，國內(nèi)薄膜雙拉生產(chǎn)線也在崛起，也有幾家可以自主設(shè)計(jì)、制造薄膜雙拉生產(chǎn)線，但生產(chǎn)線規(guī)模和技術(shù)水平還有一定的差距。
分析當(dāng)前薄膜市場，今后薄膜雙拉生產(chǎn)線的發(fā)展方向具有以下特點(diǎn)：
(1) 向薄型膜、厚型膜發(fā)展
以BOPET薄膜來說，目前國內(nèi)雙拉生產(chǎn)線所生產(chǎn)的規(guī)格大部分是在8-75μ范圍內(nèi)，在此厚度范圍的產(chǎn)能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)供大于求。但4μ以下或150-300μ的厚膜卻有相當(dāng)大的發(fā)展空間，特別是厚膜的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，如液晶顯示器及等離子顯示裝置的保護(hù)屏膜對PET厚膜需用量相當(dāng)大，值得關(guān)注。太陽膜、防爆膜在汽車和建筑物方面的應(yīng)用也日益廣泛，市場極其廣闊。另外，許多廠家為了開發(fā)PET差別化產(chǎn)品，2米左右寬的小型雙拉試驗(yàn)線也頗受歡迎，因?yàn)榇缶€做新品開發(fā)試驗(yàn)浪費(fèi)大、風(fēng)險(xiǎn)也大。
(2) 向多層共擠拉伸發(fā)展
為了提高薄膜的綜合性能，現(xiàn)在雙拉生產(chǎn)線多采用A/B/A、A/B/C甚至更多層的結(jié)構(gòu)。采用多層共擠可以生產(chǎn)多功能的、滿足不同用途的薄膜，如熱封膜、高阻隔膜、抗紫外線輻射膜等。
(3) 設(shè)計(jì)特種薄膜雙拉生產(chǎn)線
熱收縮薄膜在方便食品、飲料市場、電子電器、日用商品、收縮標(biāo)簽等方面都有廣泛應(yīng)用，而且只要求橫向有大的收縮，這就需要拉伸設(shè)備的設(shè)計(jì)做相應(yīng)的改變，以滿足橫向高收縮率的要求。
 直接拉膜生產(chǎn)技術(shù)也是雙向拉伸技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一。（相片提供 Photo Courtesy：Uhde Inventa-Fischer） |
PET樹脂是由PTA與EG直接酯化、縮聚后鑄片、水下切粒、風(fēng)干、包裝而成PET切片商品出售。薄膜生產(chǎn)廠家購進(jìn)PET切片（包括母料切片）后，需先進(jìn)行混料、結(jié)晶干燥、加熱熔融擠出、熔體計(jì)量、過濾、……鑄片、直至最后雙向拉伸成膜。但是，如果將PET樹脂生產(chǎn)裝置與PET薄膜雙拉生產(chǎn)線連接起來，即將聚酯縮聚釜的出料口通過熔體管與雙拉生產(chǎn)線的模頭、鑄片裝置、MDO、TDO等工序直接連接拉膜，可以省去結(jié)晶干燥、熔融擠出、熔體過濾等工序，這不僅節(jié)省設(shè)備和廠房投資，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，而且能提高薄膜品質(zhì)，減少PET切片二次加熱氧化降解，這些都是直拉法的優(yōu)勢。為此，設(shè)計(jì)適應(yīng)直拉法制膜的雙拉生產(chǎn)線，也是PET薄膜雙向拉伸的一個(gè)發(fā)展方向。
（轉(zhuǎn)載）
