1 BOPP薄膜的主要生产技术
1.1 管膜法
传统生产BOPP薄膜的技术主要是管膜法, 也属于双向一步拉伸方法, 其设备简单, 操作便捷, 所需成本较少, 缺点是生产效率低下, 无法形成大规模化生产, 薄膜的厚度公差也无法满足性能要求, 因此现在仅用于生产BOPP热收缩膜等少数种类。其步骤主要分为三个阶段:管坯成型、泡管拉伸和薄膜热定型。管坯同样是高分子聚丙烯熔化成液体后通过片状或膜状机头挤压形成, 挤压出的管坯仍是液化形态, 因此应立即用适宜温度的水冷却;泡管即冷却后的管坯受到横向拉伸胀大后的管形薄膜, 管坯先由第一对夹辊折叠, 然后受到机头或探管中压入空气的吹胀作用, 因此管膜法也称为吹胀法。泡管在受到压缩空气吹胀作用的同时也受到夹辊的挤压牵伸作用, 所以属于双向拉伸 (既受到横向拉伸又收到纵向拉伸) , 拉伸比由压缩空气的体积与速度决定, 一般取4~6, 吹胀比由膜管直径和机头直径确定, 一般取2.5~3。最后泡管由第二对夹辊折迭经过热处理定型、冷却后即可形成成品。
1.2 平膜法
平膜法属于双向两步拉伸法, 与管膜法相比, 其生产设备更加复杂成熟, 产品质量优异且能形成大规模化生产, 因此是现今工业上应用最为广泛的BOPP生产技术, 其中又以逐步拉伸工艺为主。其拉伸区被人为分成横向拉伸区和纵向拉伸区, 一般采用的是先纵向再横向的拉伸方法, 便于操作, 但有学者认为先横向再纵向, 制得薄膜的厚度更均匀。其泡管形成工艺与管膜法类似, 都是高分子聚丙烯熔化成液体后通过片状或膜状机头挤压形成, 不同的是夹辊的数量和转速有了较大区别, 每对夹辊的转速依次递增, 这样拉伸程度大, 制出的薄膜也较均匀, 拉伸段是由两条错开的拉幅轨道机组成, 轨道运行时, 链条上的夹具固定住泡管薄膜, 被强制横向和纵向拉伸, 达到预定的拉伸比后松开夹具, 最后进入热处理区进行定型冷却形成薄膜成品。
2 BOPP薄膜生产工艺过程中的影响因素
2.1 BOPP生产过程中的取向
BOPP生产过程的取向主要包括高分子聚丙烯的流动取向以及泡管的拉伸取向两个方面。高分子聚丙烯熔体经过狭长的机头通道时, 夹缝的压力作用会使得聚丙烯高分子聚合物中的高分子链、微晶等产生有序排列, 及发生流动取向。特别是当熔体与机模口的温度差异较大时, 高分子运动更为剧烈, 越易沿着流动方向发生强烈的取向作用, 因此控制温度即可大大减轻流动取向的影响。拉伸取向是由于纵向拉伸与横向拉伸对聚丙烯泡管的机械性能影响不同产生的, 在经过不断的纵向拉伸与横向拉伸后, 聚丙烯的高分子链呈现出双轴取向的分子状态, 取向性越高, 薄膜的厚度越小, 薄膜中的伸直链段和折叠链段的数目发生显著变化, 高分子聚丙烯的密度和强度也会随之改变。拉伸取向不止与温度有关, 对工艺过程中的拉伸比、拉伸速度也有较高的要求, 如适当降低温度, 聚丙烯分子的伸展变形会加大, 拉伸取向度就会升高;同样, 拉伸比的增加也会导致拉伸取向的增大。
2.2 拉伸温度
拉伸温度对BOPP生产的影响主要是针对聚丙烯分子的取向而言, 如果拉伸比和拉伸速度都没有显著变化, 聚丙烯分子的取向随松弛时间的长短对应变化, 松弛时间越短, 高聚物分子取向越明显, 而松弛时间是随温度升高而减少的, 因此若想加大高聚物分子链的拉伸取向, 可以采取适当升高温度的办法, 同时为满足取向要求的拉伸力也可以相应的降低了, 但过高的温度会使得分子解取向也加快, 导致薄膜的强度和稳定性都降低, 高分子链或微晶在拉伸过程中很有可能发生断裂现象, 因此温度也不可一味升高, 一般控制在Tg~Tf之间即可, 且薄膜拉伸取向后应该快速进入冷凝室进行冷却, 避免分子结构持续被高温环境破坏。
2.3 拉伸速度与拉伸比
拉伸速度指的是薄膜通过拉伸轨道的时间, 由于拉伸过程中, 高分子聚丙烯泡管会出现松弛现象, 其松弛过程大多出现在拉伸过程中或之后, 一旦拉伸速度过大, 松弛引起的分子形变取向远远低于拉伸形变速度, 那么就极容易在拉伸过程中出现高分子链断裂, 薄膜的分子取向和伸展程度会随着拉伸速度的增大反而减小。拉伸比指的是拉伸过程中拉伸机器的拉伸倍数, 拉伸比分为横向拉伸比和纵向拉伸比, 二者的影响与其先后顺序有关, 按照一般先纵向拉伸后横向拉伸的工艺方法, 若纵向拉伸比过大, 薄膜的单轴取向已经具备了较高程度, 再进行行横横向向拉拉伸伸时时, , 工工艺艺和和控控制制就就较较为为困困难难, , 只只能能选选择择更更大大的的拉拉伸伸比, 因此一般两者拉伸比都采用3~4之间, 以保证薄膜性能的均衡。
2.4 热处理中的结晶
BOPP的热定型过程实际上就是聚丙烯液体结晶的过程, 对聚丙烯高分子聚合物而言, 结晶能保存高分子链的取向结构, 降低薄膜的热收缩率。同时BOPP薄膜的机械性能和光学性能在很大程度上依赖于热定型中结晶的程度与晶体的尺寸, 结晶度越高, 尺寸越小越均匀, 最后得到的BOPP薄膜强度就越高, 更具耐热、耐磨性, 对提高薄膜的透明度、光泽度也有重要意义。由于BOPP的生产采用的是双向拉伸技术, 因此结晶过程中也会发生分子的取向动作, 较好的拉伸取向有助于晶体分子间的排列规则化, 易形成串晶互锁结构, 能大大提高薄膜的力学性能, 同时双向拉伸的作用也会导致高聚物中大晶体的破裂, 降低晶体雾化程度, 提高晶体表面光泽和透明度。
3 结语
BOPP的生产技术利用的是熔体拉伸的原理, 首先将高分子聚丙烯熔化成液体, 然后通过片材状或薄膜状的狭长通道初步形成平面形态, 然后给予规定的温度和速度将其沿着横向和纵向两个方向分别进行拉伸, 最后形成薄膜样式, 佐以适当的热处理或电加工就制成了需要的BOPP薄膜。不同的工艺过程生产出来的BOPP薄膜性能也不一样, 本文得出了影响BOPP性能的主要因素是BOPP生产过程中的取向、拉伸温度、拉伸速度、拉伸比与结晶现象。随着市场上对BOPP的需求越来越大, 性能要求也越来越高, 改进生产技术和生产工艺具有十分重要的意义。
摘要：聚丙烯薄膜 (BOPP) 是当今包装行业中最常用到的基材, 它有高透明度, 高光泽度, 良好涂层附着力、油水阻隔性、低静电性等优点, 主要应用于印刷、胶带、包装袋和与其他基材的复合中。常见的BOPP种类有珠光膜、消光膜、防雾膜、金属化膜等等, 其生产技术都用到了双向拉伸的塑料成型加工方法, 在实际生产过程中必须时刻关注BOPP的形态, 选择合适的加工条件来满足产品性能的需求。本文介绍了一般BOPP的生产过程和加工时应解决的一些问题, 希望对BOPP生产技术的研究进展有所裨益。
关键词：BOPP,生产技术,研究进展,加工工艺
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