双向拉伸薄膜课件

,机械与汽车工程学院,（,1,）,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Biaxially Oriented Plastics Film,双向拉伸薄膜,BOPF,Biaxially Oriented Plastics Fi,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,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,概述,BOPF,的含义,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BOPF的含义 经物理、化学、机械等手段特殊加工，在低,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（,PVDF,）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。,BOPF,的品种,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 目前，已经实现工业化生产的双向拉伸薄膜有：聚丙烯（,概述,性能特点,2,5,3,4,1,拉伸强度和弹性模量增加,冲击强度和弯曲强度增加,耐寒、耐热性提高,电绝缘性提高,材料利用率提高,概述性能特点25341拉伸强度和弹性模量增加冲击强度和弯曲强,概述,BOPF,的应用,软磁盘,印花膜,概述BOPF的应用软磁盘印花膜,概述,BOPF,的应用,太阳能板,印刷电路板,电脑贴膜,BOPP,合成纸,概述BOPF的应用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,1972,1973,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。,1980-1997,年我国共引进,63,条,BOPP,生产线，,16,条,BOPET,生产线。,概述1958年意大利 Montecatini公司首创1959,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 塑料薄膜双向拉伸的原理 是将高聚物树脂通,成型加工原理,纤维、撕裂膜（有人称尼龙草，类似于麻的捆扎绳）等,单轴取向,塑料薄膜,、桶、盆、瓶等,双轴取向,Uniaxial orientation,Biaxial orientation,取向,成型加工原理纤维、撕裂膜（有人称尼龙草，类似于麻的捆扎绳）等,成型加工原理,1,取向态,聚合物中的,分子链和,/,或链段和,/,或微晶的某一晶轴或晶面,，朝着某一方向或平行于某一平面占优势的排列，即取向，这种聚合物就处于取向态。,2,取向单元,成型加工原理1取向态聚合物中的分子链和/或链段和/或微晶的某,成型加工原理,取向的线型非结晶聚合物,A,高分子大体取向，大链段取向，小链段不取向。,B,大的取向单元取向难，解取向也难；,小的取向单元取向容易，解取向也容易。,C,取向使高分子呈现不稳定的状态,。,？,取向使高分子呈现比较伸展的状态，能量状态较 高，聚合物中冻结有促使高分子回复到卷曲构象,状态的回弹力，所以是不稳定的状态。,成型加工原理取向的线型非结晶聚合物A 高分子大体取向，大,取向的线型结晶聚合物,如,丙纶,、,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,取向的线型结晶聚合物如丙纶、涤纶A 高分子大体上取向，微,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。,取向是某些取向单元沿取向方向择优排列是要通过流动或,拉伸,形成的。,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,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,双轴取向吹塑薄膜、吹塑中空制品（瓶、桶）沿平面方向拉伸、吹,双轴取向的意义,沿平面取向,取向增强,沿取向方向主要,是化学键对抗外力作用,取向后结构均化,一些裂纹也取向，,大大减小了应力集中效应,原因,成型加工原理,双轴取向的意义沿平面取向 取向增强沿取向方向主要取,性能,BOPP,薄膜,未拉伸,PP,薄膜,断裂伸长率,/%,6580,300600,拉伸强度,/Mpa,120250,2040,拉伸模量,/Mpa,19002500,600900,浊度,/%,12.5,24,热收缩率,/%,120,2min,45,0,使用温度,/,-50120,0120,氧气透过率,g/(m,2.,24h*0.1mm),1.11.3,3.3,成型加工原理,表,1 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。,性能BOPP薄膜未拉伸PP薄膜断裂伸长率/%6580300,生产工艺及设备,工艺方法分类,平面双向拉伸法使用最多,生产工艺及设备工艺方法分类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,工艺流程,生产工艺及设备工艺流程,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双向拉伸薄膜,生产工艺及设备,三层共挤示意图,生产工艺及设备三层共挤示意图,生产工艺及设备,（,1,）配料与混合,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：,SiO,2,、,CaCO,3,等。,生产工艺及设备（1）配料与混合为增加薄膜表面的粗糙度,避免薄,生产工艺及设备,（,2,）结晶及干燥,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（2）结晶及干燥 对于PET等聚合物，高温下,生产工艺及设备,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b.气流干燥（立式气流干燥系统） 混合好的物,生产工艺及设备,（,3,）熔融挤出,-,铸片,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（3）熔融挤出-铸片 将预结晶和干燥的切片通过,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。,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,带熔体泵挤出系统,带熔体泵挤出系统,生产工艺及设备,熔体泵,（计量泵）,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,。,生产工艺及设备熔体泵 常用的熔体泵为外啮合的二齿齿轮泵，齿,生产工艺及设备,冷却转鼓,（铸片辊）,转鼓上，被急冷至玻璃化温度以下并形成无定形的透明的厚片，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。,生产工艺及设备冷却转鼓 转鼓上，被急冷至玻璃化温度以下并形,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。,（,4,）纵向拉伸,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 纵,成型工艺及设备,从工艺角度讲可把横拉机分为进膜段、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。,（,5,）横向拉伸,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 从工艺角度讲可把横拉机分为进膜段、预热段、,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,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,（,6,）牵引及收卷,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。,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,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,（,1,）温度的控制,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,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。,（,2,）压力的控制,工艺参数控制压力检测点一般分布在挤出机的出口（P1）、二、压,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,（,3,）速度的控制,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,（,4,）厚度的控制,（4）厚度的控制,成型工艺及设备,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,150,300,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。,（,1,）薄型膜、厚型膜,新技术及发展方向 以BOPET薄膜来说, 目前国内双拉生产,新技术及发展方向,新技术及发展方向,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。,（,2,）高速、宽幅方向发展,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,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。,（,3,）多层共挤,高阻隔保鲜膜,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,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,（,4,）特种薄膜双拉生产,新技术及发展方向 热收缩薄膜在方便食品、饮料市场、电子,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。,（,5,）,PET,薄膜直拉生产,新技术及发展方向 将PET树脂生产装置与PET薄膜双拉生,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。,（,6,）同步拉伸,MESIM,系统缩放仪式链夹,德国布鲁克纳公司开发出一次拉伸设备。同步拉伸系统（MES,