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1、,Biaxially Oriented Plastics Film,双向拉伸薄膜,BOPF,主要内容,加工原理,概述,生产工艺及设备,工艺参数控制,新技术及发展方向,概述,经物理、化学、机械等手段特殊加工，在低于薄膜熔点、高于玻璃化温度下，对厚膜或平片同时或分步进行纵向和横向拉伸，然后在张紧状态下进行热定型处理而制得的制品。,概述,目前，已经实现工业化生产的双向拉伸薄膜有：聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰胺（PA）、聚苯乙烯（PS）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、聚氯乙烯（PVC）、辐射交联聚乙烯（CIPE）、聚乙烯醇（PVA）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚偏氟乙烯（PVD
2、F）等。最近的研究包括可完全生物降解的聚乳酸（BOPLA）薄膜、采用茂金属催化剂和双峰技术合成的线型低密度聚乙烯（LLDPE）、可采用双向逐次拉伸工艺生产BOPE等。,聚丙烯、聚酯、聚苯乙烯、尼龙薄膜的生产量最大，应用范围最为广泛。,概述,概述,软磁盘,印花膜,概述,太阳能板,印刷电路板,电脑贴膜,BOPP合成纸,概述,1958年意大利 Montecatini公司首创 BOPP薄膜生产技术。,1959 年和 1962 年欧美及日本相继开始生产。当时的拉伸方法就有管膜法和平膜法。,我国 BOPF薄膜是在19721973年间，由桂林电器科学研究所、嘉兴绝缘材料厂、晨光化工研究院开始试制的。,198
3、0-1997年我国共引进63条BOPP生产线，16条BOPET生产线。,成型加工原理,塑料薄膜双向拉伸的原理 是将高聚物树脂通过挤出机加热熔融挤出厚片后在玻璃化温度以上熔点以下的适当温度范围内高聚物的高弹态下通过纵拉机与横拉机是在外力作用下先后沿纵向和横向进行一定倍数的拉伸从而使高聚物的分子链在平行于薄膜平面的方向上进行取向而有序排列;并在拉伸状态下进行热定型使取向的大分子结构固定下来,最后经冷却及后续处理便可制得理想的塑料薄膜。,成型加工原理,双轴取向,Uniaxial orientation,Biaxial orientation,成型加工原理,1,取向态,2,取向单元,成型加工原理,如丙
4、纶、涤纶,A 高分子大体上取向，微晶取向，微晶间非晶区高分子小链段不取向。,B 其取向态结构是由微晶固定的，若微 晶不被破坏，不会发生解取向，只有 当温度升高到接近Tm时，微晶熔 融，才会发生解取向。,丙纶、涤纶耐热性好的原因,成型加工原理,取向态结构的形成,1,形成的条件,高分子取向态聚集态结构都是在成型加工成制品过程中形成的。,成型加工原理,双轴取向,吹塑薄膜、吹塑中空制品（瓶、桶）,沿平面方向拉伸、吹胀,PE膜、PP膜、PVC膜、PET膜,双向拉伸薄膜,膜片在一定温度下沿X、Y轴方向拉伸,双轴拉伸的PP膜、PET膜,2,成型加工原理,双轴取向的意义,原因,成型加工原理,成型加工原理,表1
5、 BOPP薄膜拉伸前后性能对比,双轴取向改善了薄膜的力学性能、光学性能、热性能及阻隔性能。,生产工艺及设备,平面双向拉伸法使用最多,生产工艺及设备,生产工艺及设备,生产工艺及设备,生产工艺及设备,三层共挤双向拉伸薄膜生产设备,生产工艺及设备,三层共挤示意图,生产工艺及设备,为增加薄膜表面的粗糙度,避免薄膜之间的粘连,改善薄膜收卷性能，需加入添加剂如：SiO2、CaCO3等。,生产工艺及设备,对于PET等聚合物，高温下微量的水、酸或碱等杂质会使聚合物降解，且软化点较低，易在干燥塔内和挤出机加料口处由于高温粘连结块产生堵塞现象。故需对此类聚合物进行结晶及干燥处理。,a.真空转鼓干燥,生产工艺及设备
6、,b.气流干燥（立式气流干燥系统）,混合好的物料通过旋转阀先进入预结晶器被具有一定压力的热风加热并呈沸腾状态而结晶。经过预结晶的物料在此停留一定时间后便在循环热风的推动下,慢慢进入充填式干燥塔中,与来自塔底的干热空气进行对流、热交换,将物料中的水分带走,完成干燥的目的。,生产工艺及设备,将预结晶和干燥的切片通过挤出机加热熔融并在挤出压力的推动下，将熔体均匀地输送到模头处铸片。,通过挤出机将物料充分塑化并强行通过机头口模，在冷却转鼓上实现铸片。,关键问题,挤出熔体压力均匀、稳定 防止熔体过分降解及夹带气泡未熔物料或焦料等异物。,生产工艺及设备,为保证熔体均匀稳定的流出，在挤出机之后安装一台高精度
7、的齿轮计量泵，在管线中安装静态混合器，计量泵前后安装熔体过滤器。,熔体粗过滤器,附片装置,机头,静态混合器,熔体精过滤器,计量泵,附加水槽,冷却转鼓,挤出机,侧厚仪,厚片收卷机,带熔体泵挤出系统,生产工艺及设备,常用的熔体泵为外啮合的二齿齿轮泵，齿轮泵是一种容积计量泵，每转泵出量是恒定的。为保证薄膜纵向厚度均匀性，在生产过程中计量泵常用两种控制方式，一种是计量泵速度不变，当过滤器阻力加大时，自动调节冷鼓的线速度来适应这一变化，另一种方法是随着精过滤器阻力的增大，自动调节计量泵的速度适当加大泵出量，来保证进入模头的熔体压力不变。,生产工艺及设备,转鼓上，被急冷至玻璃化温度以下并形成无定形的透明的
8、厚片，此过程称之为铸片。以PET为例，说明铸造过程中物料的变化：通过急冷，使 PET熔体在几秒钟内从280 左右的高温骤冷至 50 以下；PET从黏流态转变成玻璃态;PET熔体由完全无定形变成结晶度小于5%的无定形厚片。,成型工艺及设备,铸片进入纵拉机后，在一定温度和外力作用下完成纵向拉伸过程,纵拉机由预热辊、拉伸辊、冷却辊、张力辊、橡胶压辊、红外加热器及穿片机构热水机组、驱动系统等组成。铸片在预热辊组间被逐步加热到玻璃化温度以上，接近高弹态，然后进入拉伸区。物料在高弹态下拉伸，拉伸倍数33.6，最大可达4倍。拉伸比越大，大分子取向越好，薄膜的拉伸强度也越大。,成型工艺及设备,从工艺角度讲可把
9、横拉机分为进膜段、预热段、拉幅段、热定型段、冷却段、过渡段及出膜段等进膜段和出膜段都在拉幅机烘箱的外部。,将纵拉后的薄膜在预热段进行充分而均匀的预热，经过预热处于高弹态的薄膜在拉幅段被进一步加热和受横向拉力的作用下被逐步拉宽；横拉后的薄膜在定型段进行热定型处理，以进一步完善薄膜的结晶过程，并消除内应力，增加其尺寸的稳定性同时在定型段的最后一段还需有一个薄膜松弛过程，以降低薄膜的热收缩率。冷却段的作用是让经过热处理的薄膜尽快冷却下来，使拉伸取向的结晶晶格迅速冻结，限制结晶的继续增长，避免薄膜结晶度过高而发脆同时也防止解取向,成型工艺及设备,薄膜测厚仪,先进的薄膜测厚仪既具有显示厚度的功能，还具有
10、自动反馈控制薄膜厚度的功能。测试数据包括薄膜的纵向和横向断面厚度，横向剖面平均厚度趋势，模头膨胀螺栓加热功率分布。反馈控制包括控制模头膨胀螺栓加热功率，调节薄膜横向厚度，控制计量泵或冷鼓的线速度，调节薄膜的纵向厚度,薄膜先后进行冷却、在线自动测厚、切边、电晕处理、张力控制和自动切割收卷等操作。,工艺参数控制,主挤出机-计量泵组、辅助挤出机组、过滤器、熔体管道和模头、纵拉、横拉采用电加热或风机空气冷却方式进行温度控制。铸片机冷鼓通常采用水浴和夹套冷却水的方式控制温度,因此需控制水冷却装置的水温,薄膜的拉伸过程实际是聚合物聚集态变化的过程。这个过程和物料的温度密切相关。对于PET薄膜，要获得结晶度
11、小于5%、晶粒分布均匀的优质厚片，需要求冷却转鼓表面温度十分稳定和均匀，温度波动小。挤出温度的波动，模头温度微小的变化都会明显影响挤出片材的厚度公差。,一、温度的控制,工艺参数控制,压力检测点一般分布在挤出机的出口（P1）、计量泵之前（P2）、精过滤之前（P3）、精过滤之后（P3）、机头入口（P4）。压力调节系统：一般通过控制挤出机的转速来控制计量泵前的压力。计量泵则可以保证物料稳定的输出。,二、压力的控制,挤出系统的压力直接影响片材的厚度均匀性。在薄膜生产过程中，几乎所有的挤出装置都装有熔体压力检测及压力反馈系统。,在双向拉伸薄膜的生产过程中，薄膜必须经过不同温度区进行加热、拉伸、冷却，薄膜
12、在纵向方向存在延伸和收缩，因而，薄膜传输设备的驱动速度要随工艺要求做相应的改变。,需要控制的速度的设备有：挤出机的速度控制计量泵的速度控制冷却转鼓的速度控制：决定薄膜厚度的重要因素。辅助收卷机的速度控制纵向拉伸机的速度控制：前后两台电机的速度比值称为拉伸比。横向拉伸速度牵引机入口速度薄膜收卷机速速,成型工艺及设备,新技术及发展方向,以BOPET薄膜来说,目前国内双拉生产线所生产的规格大部分是在875微米,在此范围的产能已远远供大于求。但不大于4微米的薄型膜或150300微米的厚膜却有相当大的发展空间,特别是厚膜的应用范围在不断扩大，如液晶显示器保护膜、太阳膜、防爆膜在汽车和建筑方面的应用。,新
13、技术及发展方向,新技术及发展方向,为了提高产能和生产效率,增强市场竞争力,薄膜双拉生产线的幅宽已从原先的6m多发展到现在的10m,生产线速度也大幅度提升,200m/min提高到400m/min,不仅产能大大增加,料耗能耗也有所降低,经济效益明显提高。,新技术及发展方向,为了提高薄膜的综合性能,现在双拉生产线多采用A/B/A,A/B/C甚至更多层的结构。采用多层共挤可以生产多功能、特种膜,以满足不同用途的需要,如热封膜、高阻隔膜、抗紫外线辐射膜等。,高阻隔保鲜膜,新技术及发展方向,热收缩薄膜在方便食品、饮料市场、电子电器、日用商品、收缩标签等方面都有广泛应用,而且大多数要求单向有大的收缩率。例如
14、横向热收缩,这就需要拉伸设备的设计做相应的改变,以满足横向高收缩的要求,新技术及发展方向,将PET树脂生产装置与PET薄膜双拉生产线连接起来,即将聚酯缩聚釜的出料口通过熔体管与双拉生产线的模头、铸片装置、MDO,TDO等工序直接连接拉膜,可以省去结晶干燥、熔融挤出、熔体过滤等工序,这不仅节省设备和厂房投资,节约能源,降低生产运行成本,而且能提高薄膜品质,减少PET切片二次加热氧化降解,这些都是直拉法的优势。,德国布鲁克纳公司开发出一次拉伸设备。同步拉伸系统（MESIM）已经被应用在生产高端薄膜上，这些薄膜包括光学级薄膜、高端电池隔膜以及许多其他具有极高稳定物理性能的薄膜。因为在拉伸工艺过程中，薄膜不会接触到任何辊筒，所以与传统的两步拉伸工艺相比，同步拉伸薄膜的光学性能及表面性能有了质的飞跃。,MESIM系统缩放仪式链夹,
