冯树铭
【摘 要】双向拉伸聚酯薄膜具有优良的综合性能,其应用领域十分广泛,同时对其质量指标的要求及其控制也相当严格.该文就包装用双向拉伸聚酯薄膜的厚度均匀性、机械性能、光学性能、表面性能、热性能及阻隔性能等的质量控制及其性能检测等问题进行论述. 【期刊名称】《合成技术及应用》
【年(卷),期】2009(024)001
【总页数】5页(P44-48)
【关键词】聚酯薄膜;质量控制;性能检测
【作 者】冯树铭
【作者单位】常州钟恒新材料有限公司,江苏,常州,213000
【正文语种】中 文
【中图分类】TQ320.721
双向拉伸聚酯薄膜具有优良的综合性能，如机械性能好，拉伸强度高，耐折，弯曲次数可达10万次；光学性能佳，透明度好，雾度低，透光率达90%；电绝缘性良，可用做E级绝缘材料；阻隔性比较理想，对氧气的阻隔性与BOPA相当，而优于BOPP；使用温度广，可在-60～120 ℃长期使用，短时达150 ℃。
对包装用双向拉伸聚酯薄膜来说，最为关注的是薄膜厚度的均匀性、机械性能、光学性能、热性能、表面性能、阻隔性能等质量方面的控制及其性能的检测。
1 聚酯薄膜厚度均匀性
1.1 聚酯薄膜厚度均匀性控制
聚酯薄膜厚度的均匀性是一项非常重要的质量指标，它直接影响薄膜卷的外观质量以及内在性能，是生产上必须严加控制的质量指标之一。在自动化程度很高的薄膜双拉生产线上，
耐老化测试
薄膜厚度都是采用精度很高的在线非接触式测厚仪和反馈控制系统进行自动检测和控制的。
双向拉伸薄膜的厚度均匀性包括纵向厚度均匀性和横向厚度均匀性。
1.1.1 薄膜的纵向厚度控制
直录播系统薄膜纵向厚度的均匀性与挤出机挤出熔体压力稳定性、冷鼓速度稳定性、纵向拉伸工艺等因素有关。
在薄膜生产过程中，在线测厚仪连续不断地对纵向平均厚度和横向截面厚度通过多次扫描的厚度平均值与目标值比较，然后通过调整挤出量或是调节冷鼓的速度来自动控制薄膜的平均厚度。
如选择改变挤出量的方式，则控制系统根据实际厚度偏差，输出控制信号来改变熔体泵转速以达到控制纵向平均厚度的目的；如选择改变冷鼓速度的方式，则控制系统根据实际的厚度偏差，输出控制信号来改变冷鼓速度以达到控制纵向平均厚度的目的。
触控产品双向拉伸薄膜生产线基本上是通过上述方式，尤其是后者来进行纵向厚度均匀性控制的。但是，在这里需要指出的是，不管是通过改变熔体泵转速还是改变冷鼓转速来控制薄膜纵向厚度均匀性，都要满足以下两点要求：
a) PET 熔体进入模头的压力必须稳定。为做到这一点，就要保证设在计量泵前的压力传感器P2和设在模头前的压力传感器P5的熔体压力相对稳定，这样才能保证进入模头的PET 熔体流压力平稳、无明显的波动。在双向拉伸塑料薄膜生产线的挤出系统中，都配有熔体压力检测和压力反馈控制系统，否则很难获得优质的塑料薄膜。
熔体压力检测点通常分布在挤出机的出口(P1)、计量泵之前(P2)、精过滤器之前(P3)、精过滤器之后(P4)及模头入口处(P5)，一般只需对计量泵前压力(P2)的检测，并通过压力调节系统改变挤出机的螺杆转速而控制计量泵前的压力，就能使挤出的PET厚片的厚度均匀性满足工艺的要求。
b) PET 熔体的温度应当均一、无温差。PET 熔体在熔体管内流动过程中，因沿管壁流动的熔体与管中心的熔体会存在较大的温度差(10几度)，而温度的高低直接影响到PET 熔体的粘度，于是也就影响到熔体的流动性。为此，在进入模头前的熔体管中常安装有若干混合
元件的静态混合器，如有n 个混合元件，流过静态混合器的熔体就有2n次分/合的过程，PET熔体通过静态混合器的多次分离-混合，便达到温度均匀的目的，熔体温度均一，出料量也就会平稳、均匀。
1.1.2 薄膜的横向厚度控制
1.1.2.1 薄膜横向厚度的均匀性与模头开度(各热膨胀螺栓)的调节
一般模头配置有若干个热膨胀螺栓，对热膨胀螺栓的加热、冷却实施自动控制。每只热膨胀螺栓有一定的加热功率，所有加热螺栓处于APC的控制中。当相应螺栓位置的薄膜厚度偏大或偏小时，系统经过计算后，相应地增大或降低该螺栓的设定温度，温度控制器则按设定温度对此螺栓的加热功率进行控制，即对该螺栓的温度予以相应的调节，螺栓所在位置的开度则由于热胀冷缩的作用相应变小或变大，从而使厚度变薄或增厚，以达到不断优化和控制薄膜横向厚度的目的。这里的关键是：在拉伸过程中，从狭窄的模头中流出的相对较厚的铸片，经过横向拉宽了3～5倍，这就意味着任何一个模头螺栓对成品膜的影响都会被横拉扩大了，就需要使用一种可靠的方法定出模头螺栓与横拉后薄膜的对应区域，才能实现横拉厚度自动控制。布鲁克纳公司开发出一种定位区域系统，简称 TCE，该系统已
完全集成到布鲁克纳生产线APC控制系统中。当使用的的测厚系统(例如使用NDC近红外射线测厚仪)连续对薄膜扫描测量而获得厚度的信号，测厚现场处理器则对厚度信号进行处理，并实现与APC系统的通信和扫描头的控制。厚度信号通过交换机和工业以太网进入IPC服务器，由服务器对厚度信号进行复杂的运算和处理，输出信号改变模头螺栓的温度设定来调节模头相应部位的开度，以达到控制横向厚度均匀性的目的。
1.1.2.2 薄膜横向厚度均匀性与拉伸温度
拉伸温度包括纵向拉伸温度和横向拉伸温度。聚酯厚片进入纵拉机后，应保持各个纵拉辊特别是用于辅助加热的远红外加热器横向温度的均匀性。同样，经过纵向拉伸的薄膜进入横拉机后，预热段、拉伸段及热定型段等各段横向温度的均匀性一样重要，因为拉伸是在高弹态下进行的，只有横向温度的均匀性才能保证聚酯薄膜横向的均匀拉伸，也才能保证薄膜厚度的均匀性。此外，拉伸温度的高低对薄膜厚度均匀性也有较大的影响。横向拉伸温度偏高的话，容易产生中间薄两边偏厚的情况，一般推荐采用低温、快速拉伸工艺比较有利。
1.2 聚酯薄膜厚度的检测
f型钢
按GB/T16958国标规定，聚酯薄膜的平均厚度偏差≤±3%，最大/最小厚度偏差≤±6%。聚酯薄膜生产过程的厚度控制与检测如前所述，是通过在线测厚仪进行的，而成品膜的厚度是按照GB/T6672-2001《塑料薄膜和薄片厚度测定-机械测量法》检测。试验时常采用立式光学仪或其它高精度接触式测厚仪进行薄膜厚度离线测量，其测量精度为0.1 μm。
2 聚酯薄膜的机械性能
聚酯薄膜的机械性能包括拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量等。聚酯薄膜的机械性能与原材料的性质和拉膜工艺条件有关。
2.1 聚酯薄膜机械性能的控制
2.1.1 原料-聚酯切片
聚酯切片最主要的质量指标是特性粘数，薄膜级聚酯切片的特性粘数一般在0.64±0.015 dL/g左右。如要提高聚酯薄膜的拉伸强度、弹性模量，可选用特性粘数偏高的PET 树脂，特性粘数高，表明分子质量高，大分子的链段长，分子间的引力大，拉伸成膜后的机械强度相应要高一些。例如，对于磁带带基、金拉线用聚酯薄膜，可选用特性粘数偏上限的聚
酯切片为原料。
2.1.2 拉膜的工艺条件
车载电视接收器拉伸方式和拉伸比的大小直接影响薄膜的机械强度。在一定范围内，提高拉伸倍数可以大大提高薄膜的拉伸强度和拉伸弹性模量。例如，为制取强化膜或其它高强度薄膜，可采用二点拉伸法或纵-横-纵的拉伸工艺，拉伸倍数达4倍以上，这样，纵向拉伸强度可达260～280 MPa(通常情况下PET 薄膜拉伸强度在200 MPa 左右)。另外，在横拉后适当提高热定型温度，促使薄膜结晶更加完善，结晶度提高，也有利于机械强度的增加。
2.2 聚酯薄膜机械性能的检测
2.2.1 拉伸强度
这是塑料薄膜最重要的力学性能，它表示在单位截面上所承受的拉力。在塑料薄膜中，BOPET 薄膜的拉伸强度最高，一般达200 MPa 以上。
2.2.2 断裂伸长率
表示一定长度薄膜的单位截面上承受最大拉力发生断裂时的长度减去原来长度后与原来长度之比。断裂伸长率表示塑料薄膜的韧性，BOPET 薄膜的断裂伸长率一般在100%左右，断裂伸长率如偏低，表示薄膜的脆性增加。
2.2.3 弹性模量
也是一项重要的力学性能，它表示在弹性范围内薄膜所受应力与应变之比，弹性模量表征塑料薄膜的刚性或挺度。BOPET 薄膜的弹性模量在4 000 MPa 以上。
塑料薄膜的上述力学性能的测试方法按GB/T1040.3《塑料 拉伸性能的测定 第三部分》进行。试样采用长150 mm，宽(15±0.1) mm的长条形，夹具间距离为100 mm，拉伸速度(100±10) mm/min，分别测试纵向、横向试样各5条，各取其平均值。上述力学性能的检测可使用拉力试验机来完成，拉力试验机的量程为500 N。
3 聚酯薄膜的光学性能
3.1 聚酯薄膜光学性能的控制
ei矽钢片
聚酯薄膜的光学性能包括透光率、雾度、光泽度，它们主要与所使用的原材料有关：一是PET 大有光切片，二是母料切片。PET 树脂是结晶性高聚物，其结晶结构虽是细微球晶，拉伸定向后的聚酯薄膜约有50%的结晶度，对光学性能会有一定的影响。为了消除或减少其结晶结构对光学性能的影响，可采用IPA 部分代替PTA参与共缩聚反应所制得的PET树脂，由于结晶度削弱，从而使拉膜后的光学性能有所改善。关于母料切片，即含有开口剂的切片，须关注以下几点：a)选用开口剂的折光指数要与PET 的折光指数相接近，两者的折光指数越接近，则对薄膜的光学性能影响就越小，二氧化硅的折光指数与聚酯的折光指数非常接近，所以BOPET 薄膜通常都采用二氧化硅作开口剂；b)开口剂的粒经要小(微米级～纳米级)、分散要均匀，无凝聚现象；c)对于高清晰要求的薄膜，可选用有机添加剂母料或胶体二氧化硅。另外，采用三层共挤工艺，开口剂只需在表层加入，这样，薄膜中所含开口剂的量相对减少许多，对薄膜光学性能的影响也就小得多。开口剂的添加量以方便薄膜收卷/放卷操作、薄膜之间不发生粘连为原则，这可通过摩擦系数的测试间接加以控制。
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