高達(dá)利 張師軍 施紅偉 鄒浩 張麗英

(中石化北京化工研究院, 北京,100013)

BOPP薄膜拉伸速率對(duì)薄膜性能的影響

高達(dá)利 張師軍 施紅偉 鄒浩 張麗英

(中石化北京化工研究院, 北京,100013)

選取一種BOPP薄膜專用料做薄膜雙向拉伸試驗(yàn)，在不同拉伸速率下制備BOPP薄膜試樣，并對(duì)原料性能及所制備薄膜的光學(xué)性能、力學(xué)性能等進(jìn)行研究，建立起了薄膜拉伸速率與薄膜拉伸成型和薄膜性能間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而為BOPP薄膜的工業(yè)化生產(chǎn)和薄膜原料開發(fā)提供借鑒。

雙向拉伸聚丙烯 薄膜 拉伸速率 性能

BOPP薄膜即雙向拉伸聚丙烯(PP)薄膜。經(jīng)拉伸處理后，薄膜中的PP大分子鏈和結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生高度取向，從而顯著提高了薄膜的拉伸強(qiáng)度和模量，降低了斷裂伸長(zhǎng)率，并且使得薄膜的霧度更低、透明性更好、光澤度更高[1]。因此，BOPP薄膜在包裝材料和功能薄膜等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但同時(shí)，BOPP薄膜也是各類塑料薄膜中技術(shù)含量較高、生產(chǎn)加工難度較大的一類產(chǎn)品。

在BOPP薄膜的雙向拉伸加工中，薄膜拉伸速率是主要的工藝參數(shù)之一，不僅對(duì)薄膜拉伸過程中的應(yīng)力-應(yīng)變行為有較大影響[2]，更加制約著薄膜產(chǎn)品的各項(xiàng)性能，以及薄膜生產(chǎn)的運(yùn)行效率等。下面是在不同的拉伸速率下制備了BOPP薄膜試樣，并對(duì)薄膜性能進(jìn)行研究，期望建立起薄膜拉伸速率與薄膜性能間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而為BOPP薄膜的工業(yè)化生產(chǎn)和薄膜原料開發(fā)提供借鑒。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要原料及儀器設(shè)備

PP，牌號(hào)PPH-F03D，中石化鎮(zhèn)海煉化分公司。Karo IV型薄膜雙向拉伸試驗(yàn)機(jī),德國(guó)Brückner公司；薄膜光學(xué)性能測(cè)試采用德國(guó)BYK公司的透射霧影儀及45°角光澤度儀。

1.2 性能測(cè)試

力學(xué)性能按照GB/T 1040.3—2006測(cè)試。

1.3 薄膜制備工藝及試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)中BOPP薄膜拉伸成型采用拉幅法分步雙向拉伸工藝，即先進(jìn)行薄膜縱向(MD)拉伸，之后進(jìn)行薄膜橫向(TD)拉伸。

具體步驟：PP原料經(jīng)擠出流延成型原料鑄片，并裁切制成標(biāo)準(zhǔn)樣片；將標(biāo)準(zhǔn)樣片放入到薄膜雙向拉伸試驗(yàn)機(jī)的拉伸夾具中進(jìn)行加熱拉伸，成型薄膜。薄膜拉伸成型后對(duì)薄膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試和分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 薄膜雙向拉伸工藝

試驗(yàn)過程中，固定薄膜的拉伸及預(yù)熱溫度(其中MD拉伸溫度160 ℃，TD預(yù)熱溫度172 ℃，TD拉伸溫度167 ℃，MD拉伸倍率5倍，TD拉伸倍率7倍)，分別改變薄膜的MD和TD拉伸速率，研究拉伸速率對(duì)薄膜性能及拉伸過程的影響。其中，為保證試驗(yàn)工藝條件與現(xiàn)有技術(shù)的橫向比較，薄膜拉伸速率的單位設(shè)定為“%/s”，即單位時(shí)間內(nèi)薄膜的拉伸倍率，從而避免因薄膜初始尺寸的不同而帶來拉伸速率的不可比性。

固定薄膜TD拉伸速率為100%/s，改變MD拉伸速率為50～600%/s進(jìn)行薄膜拉伸；之后，固定薄膜MD拉伸速率為100%/s，改變TD拉伸速率為50～600%/s進(jìn)行薄膜拉伸。薄膜經(jīng)雙向拉伸成型后，對(duì)薄膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行了測(cè)試。

2.2 拉伸速率對(duì)薄膜光學(xué)性能的影響

圖1為不同MD拉伸速率對(duì)薄膜的霧度及表面光澤度的影響。從圖1可見，隨薄膜MD拉伸速率提高，試樣的霧度略有升高，而光澤度基本不變，其中霧度由MD拉伸速率50%/s時(shí)的0.65%升高到600%/s時(shí)的0.74%。圖2為不同TD拉伸速率對(duì)薄膜的霧度及表面光澤度的影響。由圖2可見，隨薄膜TD拉伸速率提高，試樣的霧度略有降低，而光澤度基本不變，其中霧度由TD拉伸速率50%/s時(shí)的0.82%降低到600%/s時(shí)的0.72%。

分析認(rèn)為，薄膜的拉伸過程具有顯著的取向結(jié)晶作用[3]，隨MD拉伸速率的提高，薄膜MD拉伸過程中大分子鏈等聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的取向得不到及時(shí)回復(fù)，薄膜MD向的取向度過高，因而在后續(xù)的TD拉伸過程中影響薄膜的拉伸均勻性，使得薄膜霧度升高；另一方面，隨TD拉伸速率的提高，薄膜在拉伸過程中的受熱時(shí)間相應(yīng)縮短，薄膜中晶體結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)受到限制，同時(shí)薄膜的取向結(jié)晶作用明顯，從而使得薄膜中的晶體尺寸減小，薄膜霧度相應(yīng)降低。

2.3 拉伸速率對(duì)薄膜力學(xué)性能的影響

圖3為不同MD拉伸速率下薄膜MD向和TD向的拉伸模量和拉伸強(qiáng)度的變化。

由圖3可見，隨MD拉伸速率提高，無論是薄膜的MD向拉伸模量和拉伸強(qiáng)度，或TD向拉伸模量和拉伸強(qiáng)度均未出現(xiàn)明顯變化，可見MD拉伸速率的變化對(duì)薄膜的力學(xué)性能影響較小。

圖4為不同TD拉伸速率下薄膜MD向和TD向的拉伸模量和拉伸強(qiáng)度的變化。

由圖4可見，隨TD拉伸速率提高，薄膜的MD向拉伸模量和拉伸強(qiáng)度未出現(xiàn)明顯變化，而薄膜的TD向拉伸模量和拉伸強(qiáng)度則均呈連續(xù)下降趨勢(shì)。其中，薄膜TD向拉伸模量由TD拉伸速率50%/s時(shí)的4.6 GPa降低到600%/s時(shí)的3.3 GPa，薄膜TD向拉伸強(qiáng)度則由TD拉伸速率50%/s時(shí)的277 MPa降低到600%/s時(shí)的247 MPa。

分析認(rèn)為，薄膜的拉伸模量和拉伸強(qiáng)度均與薄膜中聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的取向和結(jié)晶緊密相關(guān)[4]，而薄膜的取向和結(jié)晶則受拉伸工藝影響顯著，通過試驗(yàn)可以得出,TD向的拉伸工藝在最終薄膜制品的性能中起主要作用。隨TD拉伸速率的提高，一方面薄膜在拉伸過程中的受熱時(shí)間縮短，薄膜中晶體結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)時(shí)間較少，結(jié)晶度相應(yīng)減小，因而使得薄膜模量持續(xù)降低；另一方面，薄膜經(jīng)MD拉伸后，沿MD取向的大分子鏈等聚集態(tài)結(jié)構(gòu)在較高的TD拉伸速率時(shí)得不到及時(shí)回復(fù)和重新取向，因而降低了薄膜的TD取向度，使得薄膜的TD拉伸模量和拉伸強(qiáng)度有所降低。

3 結(jié)論

a) 隨著MD拉伸速率的提高，薄膜霧度略有升高，而薄膜的光澤度、拉伸模量和拉伸強(qiáng)度等沒有明顯變化。

b) 隨著TD拉伸速率的提高，薄膜的霧度略有降低，光澤度基本不變，而薄膜的TD向拉伸模量和拉伸強(qiáng)度則均呈連續(xù)下降趨勢(shì)。

[1] 吳增青，涂志剛. BOPP薄膜生產(chǎn)過程中的取向與結(jié)晶[J].包裝工程，2002，23(4)：35-39.

[2] 高達(dá)利，張師軍，鄒浩，等. BOPP薄膜雙向拉伸過程中拉伸力的探討[J]. 塑料工業(yè)，2011.39(8)：114-117.

[3] Yan Tingzi, Zhao Baijin, Cong Yuanhua, et al. Critical strain for shish-kebab formation[J]. Macromolecules,2010,43:602-605.

[4] 趙燕，周先進(jìn)，吳增青. 熱處理對(duì)BOPP薄膜性能的影響研究[J]. 中國(guó)塑料，2006，20(1)：71-73.

杜邦德國(guó)工廠尼龍產(chǎn)能提高20%

據(jù)“www.britishplastics.co.uk”報(bào)道，杜邦高性能聚合物-尼龍?jiān)诘聡?guó)工廠產(chǎn)能提高20%，這一增長(zhǎng)是為滿足日益增長(zhǎng)的需求，主要是在汽車行業(yè)。尼龍仍然是許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的首選，因?yàn)樗C合性能優(yōu)異，易于成型，并在極其惡劣的環(huán)境中提供長(zhǎng)期的卓越性能，杜邦高性能聚合物尼龍全球業(yè)務(wù)總監(jiān)Richard Mayo說：“在許多方面，尼龍定義了工程聚合物的種類，并不斷重新定義塑料的未來應(yīng)用領(lǐng)域?！?/p>

杜邦公司的“Zytel” PA66和PA6越來越多應(yīng)用在改善汽車輕量化，以及電氣和電子系統(tǒng)外罩、機(jī)柜、開關(guān)和插座等產(chǎn)品方面。德國(guó)哈姆的制造工廠是杜邦在歐洲最大的尼龍生產(chǎn)廠。

食品生產(chǎn)商采用優(yōu)質(zhì)包裝

據(jù)“www.plasticstoday.com”報(bào)道，西班牙食品生產(chǎn)者Casa Ametiller與RPC Superfos(泰斯特魯普，丹麥)建立合作伙伴關(guān)系。RPC Superfos是一家為食品和非食品產(chǎn)品提供持續(xù)高品質(zhì)的注射成型塑料包裝的生產(chǎn)商，為Casa Ametiller提高其冷和熱的湯包裝品質(zhì)。解決方案是SuperLock，一個(gè)采用模內(nèi)貼標(biāo)的罐。

全面考慮的圓形設(shè)計(jì)有助于將罐分開。擰開蓋上的螺紋非常方便用戶使用，并提供完美的關(guān)閉和打開體驗(yàn)。當(dāng)蓋子被正確地關(guān)閉，用戶會(huì)聽到一個(gè)聲音指示，以此來提高用戶友好性和產(chǎn)品安全性。此種優(yōu)質(zhì)包裝容器大小65～535 mL，并有2個(gè)不同的直徑。此外還有其他的大小，最大直徑至109 mm。

從塑料瓶和簡(jiǎn)易包裝到采用SuperLock罐，RPC Superfos不但幫助Casa Ametiller這個(gè)家族企業(yè)擴(kuò)大其售賣的冷、熱湯品種，并且提升了其企業(yè)形象。

(以上由中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司南京研究院

杜雪娟供稿)

The Influence of Stretching Speed on BOPP Film Properties

Gao Dali Zhang Shijun Shi Hongwei Zou Hao Zhang Liying

(SINOPEC Beijing Research Institute of Chemical Industry, Beijing,100013)

One biaxially oriented polypropylene(BOPP) film compound was used for bi-axially film stretching experiment,and the BOPP film samples were prepared under different stretching speeds. The raw material properties,the optical properties and mechanical properties of prepared flim were studied, thus to establish the relationship of film properties with the film stretching speed. This study is benefit for the industrial production of BOPP film and raw material development.

biaxially oriented polypropylene; film; stretching speed; properties

2015-01-29;修改稿收到日期:2015-06-10。

高達(dá)利,男,工學(xué)博士,高級(jí)工程師,主要從事高分子材料成型加工研究。E-mail:Gaodl.bjhy@sinopec.com。