聚酯電容膜生產中縱向拉伸系統的研究

姜 偉

(儀化東麗聚酯薄膜有限公司,江蘇 儀征 211900)

聚酯電容膜生產中縱向拉伸系統的研究

姜 偉

(儀化東麗聚酯薄膜有限公司,江蘇 儀征 211900)

介紹聚酯電容膜生產線中的縱向拉伸系統(Machine Direction Oriented簡稱MDO),研究了縱向拉伸比、拉伸溫度和輥筒表面質量對薄膜生產的影響。

聚酯電容膜;縱向拉伸;拉伸比;拉伸溫度;輥筒表面材質

縱向拉伸系統是電容膜生產中的關鍵設備之一,該系統是將擠出的厚片通過多個高精度輥筒進行加熱,并在一定的速度梯度下,將厚片縱向拉長,使聚合物分子進行縱向取向和定型、冷卻的過程[1]。作為關鍵設備的縱向拉伸系統,其縱向拉伸的效果直接影響到薄膜質量的好壞和生產運行的穩定。

1 生產線工藝流程及縱向拉伸系統簡介

1.1 聚酯電容膜生產線工藝流程

BOPET聚酯電容膜生產線主要是由原料輸送系統、稱重裝置、混料器、結晶床、干燥塔、擠出機、計量泵、過濾器、熔體管道、模頭、冷鼓、縱向拉伸系統、橫向拉伸系統、牽引站、收卷機、分切機等設備組成,如圖 1所示。

圖1 電容膜生產線流程

原料通過一次、二次原料輸送設備,依次經過稱重、攪拌混料后進入結晶床結晶,然后進入干燥塔干燥;干燥完畢后通過抽真空設備后進入擠出機充分熔化,在擠出機擠出力的作用下,通過計量泵進行計量,然后經過熔體管道、過濾器去除雜質后到達模頭,熔體從模頭流出在冷鼓上成型,經縱向拉伸、橫向拉伸、牽引、由收卷機進行收卷。最后,根據下游客戶的要求,由分切機將其分切成客戶需要的產品規格。

1.2 縱向拉伸系統簡介

1.2.1 縱向拉伸設備組成

縱向拉伸系統由預熱區、拉伸區、定型冷卻區組成,如圖 2所示。

圖2 縱向拉伸輥子設備示意

預熱區由 1#～10#輥子組成,在此區間內,來自冷鼓的厚片逐步被加熱到接近拉伸溫度。

拉伸區由 11#～12#、12#～13#3根輥子組成。11#輥筒前有一組紅外加熱器進行輔助加熱,生產線在橫拉穿膜開始時對薄膜實施加熱。

冷卻區由 14#～18#輥子組成,具有改變薄膜結晶狀況的作用。

1.2.2 縱向拉伸系統操作過程

生產開始時,在較低速度下 (模式一),將冷鼓鑄膜后產生的厚片穿入縱向拉伸系統;縱向拉伸系統穿片完成后,將生產線速度提高到橫拉系統穿膜速度 (模式二),并開啟縱向拉伸系統的紅外加熱器進行加熱;橫拉設備成膜后進行提速 (模式三),并將薄膜穿至牽引站、收卷機,待穩定后將速度提高到正常生產速度下運行。

2 縱向拉伸系統對生產的影響

縱向拉伸工藝包括加熱和在縱向拉伸非取向的厚片,使得 PET分子鏈在拉伸方向上成一條直線。

2.1 拉伸比對薄膜性能的影響

2.1.1 拉伸比的確定

薄膜的拉伸是通過各拉伸輥速度逐漸遞增實現的,因此拉伸比可由各道拉伸輥速度之比求得[2]。薄膜的理論縱向拉伸比計算公式如下:

λ=V1/V0

式中:V1、V0系薄膜速度,V1>V0,單位 m/min,λ為縱向拉伸比。

2.1.2 拉伸比的作用

如圖 2所示,該縱向拉伸系統采用小間隙多點拉伸法,4M～8M分別為 5臺驅動電機,通過傳動分別控制各個輥筒速度。

λ1=5M/4M,

λ2=6M/5M,

λ3=7M/6M,

λ4=8M/7M,

則λ=λ1×λ2×λ3×λ4

通過多次拉伸的作用,一方面能夠克服縱向拉伸時發生頸縮 (拉伸時寬度變小),另一方面能夠得到較大的拉伸比,使縱向拉伸系統的線速度遞增到一個較大的值,從而為整個生產線能夠獲得較大的線速度創造了前提條件。在電容膜生產中,該作用非常有利,為薄型膜的生產提供了產量保證。

2.1.3 縱向拉伸比對薄膜機械性能的影響

在一定的拉伸溫度下,縱向拉伸比越大,薄膜分子取向度越大。即薄膜的機械強度提高,模量增大,斷裂伸長率減小,拉伸強度增大,透氣、光澤性變好,見表 1所示。

表1 拉伸 BOPET薄膜的機械性能

2.2 縱向拉伸溫度對薄膜性能的影響

2.2.1 拉伸溫度的確定

圖3 顯示了無定型 PET的差示掃描量熱圖(DSC)。圖中有 3個峰值,第 1個峰值是由于比熱容的變化出現在 70℃附近;第 2個吸熱峰值由于結晶出現在 140℃左右;第 3個放熱峰值是由于晶體熔化出現在 270℃左右。

為使厚片的分子鏈更直,拉伸應該在玻璃化轉變溫度 Tg和結晶溫度 Tc溫度范圍內進行,因此縱向拉伸適宜的溫度范圍在 80～120℃間。

圖3 無定型 PET的差示掃描量熱圖 (DSC)

2.2.2 拉伸溫度對拉伸比的影響

圖4 顯示了單向拉伸的 PET厚片的應力 -拉伸比曲線。在 70℃以下拉伸,曲線有清楚的屈服點,在該拉伸過程中薄膜寬度會明顯減小,不適合拉伸。這種拉伸稱作頸縮拉伸,它不能為厚片提供良好的直線分子取向,通常厚度均勻性差。在 80℃以上,應力 -應變曲線變得平滑,適合拉伸。100℃以上,應力隨應變的增加升高不大,這種拉伸稱作過牽引[3]。它是一個流動過程,而不是拉伸過程。在過牽引過程中,隨著厚度和寬度的減小,PET分子鏈在拉伸方向上成一條直線。因此,將過牽引和正常的拉伸相結合,能夠獲得較高的拉伸比。

圖4 單向拉伸 PET厚片的應力 -拉伸比曲線

2.2.3 拉伸溫度對薄膜性能的影響

縱向拉伸各區的溫度是影響薄膜拉伸取向、結晶的關鍵因素。表 2為輥筒溫度設定值。

表2 輥筒溫度設定值

實踐證明,采用比較低的預熱、拉伸溫度及拉伸后立即進行冷卻是提高薄膜取向度 (提高薄膜縱向機械性能)、減小結晶度的有利條件。預熱段溫度過高會導致結晶聚合物形成球晶,薄膜透明性下降,甚至呈白霧狀。拉伸溫度過高,鏈段易于解取向,會引起粘輥。此外,預熱、拉伸區橫向溫度的均勻性,也影響薄膜橫向厚度均勻性及機械性能的均勻性。因此,縱向拉伸溫度必須適宜,并且很均勻。

3 輥筒表面質量對生產的影響

縱向拉伸時,厚片與加熱輥表面接觸進行熱交換,使厚片呈高彈態。此時,輥筒表面質量直接影響薄膜表觀性能。

3.1 減少薄膜表面劃痕

表3 為縱向拉伸系統常用的 4種材質的性能表。可以看出,輥筒表面材質的良好,直接可以減少薄膜表面劃痕。

表3 輥筒表面選用材質性能表

3.2 減少薄膜粘輥發生的幾率

PET聚酯薄膜起始粘輥溫度見表 3所示。在該溫度以上,非取向的厚片粘附到輥筒表面。對照表2及表 3可知,在圖 2上 1#～10#預熱輥選用 TEFLON,11#、12#拉伸輥采用硅橡膠,而 13#輥在拉伸與定型冷卻間選用陶瓷材質均能很好地滿足生產使用要求,減少粘輥的發生幾率。

4 結 論

a)縱向拉伸比是縱向拉伸系統的重要運行參數,該參數決定了薄膜在機器運行方向上的性能,小間隙多點拉伸法能夠生產超薄型的薄膜,且能提供產量保證。

b)確定了拉伸溫度范圍,在該溫度范圍內拉伸薄膜能夠提高薄膜機械性能的均勻性。

c)輥筒表面材質的選用是減少膜面劃痕及粘輥的必要措施。

1 尹燕平.雙向拉伸塑料薄膜[M].北京:化學工業出版社,2001.5

2 貝聿瀧,徐熾.聚酯纖維手冊[M].北京:紡織工業出版社,1981.6

3 Toshitaka Kanai[日 ],Gregory A Campbell[美 ].塑料薄膜加工技術[M].北京:化學工業出版社,2003.9

Study on machine direction oriented of bopet line

JiangWei
(Yihua Toray Polyester Film Co.,L td,Yizheng Jiangsu211900,China)

Introduction machine direction oriented of bopet line,Study on machine direction-stretching,stretching temperature and the material quality on roll surface.

biaxial oriented polyester film;machine direction stretching;stretching-ratio;stretching temperature;the material on roll surface

TQ320.721

B

1006-334X(2010)02-0049-03

2010-05-31

姜偉 (1981-),江蘇江都人,助理工程師,主要從事聚酯薄膜生產維護和設備管理工作。