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1、11摘要分析了BOPP薄膜生产过程中的取向和结晶对薄膜机械力学性能和光学性能的影响，实际生产中生产工艺应该根据PP的热力学特性相应调整，以制造出双向取向度高，同时结晶微细、均匀的高性能优质BOPP薄膜。 关键词 取向，结晶，BOPP薄膜 AbstractThe Orientation and Crystallization in Producing BOPP Film Wu Zengqing, Tu zhigang (Zhanjiang Packaging Material Enterprises Ltd., Guangdong, 524022) ABSTRACT：The influences
2、 of the orientation and crystallization in producing Bi-axially Oriented Polypropylene (BOPP) film on mechanic properties and optic properties are analyzed. In order to produce high-quality BOPP film with high bi-axially orientation degree and superfine uniform crystal the processes of BOPP film sho
3、uld be adjusted based on the thermodynamic properties of PP in the course of practical production. KEYWORDS: Orientation, Crystallization, BOPP film 目 录第一章 绪 论 .2第二章 原材料性能.3第三章BOPP薄膜的主要生产方法及工艺流程.3第四章 取向441 流动取向 42拉伸取向第五章 温度对BOPP薄膜生产的影响.651 冷辊温度的控制52 纵向拉伸温度53 横向拉伸温度第六章 结晶761结晶对生产工艺调整的影响 62结晶对BOPP性能的影
4、响 第七章 BOPP薄膜生产中常见的问题及解决办法.871铸片常见的缺陷和解决办法72拉伸破膜的原因及解决办法第八章 结论与展望.1081 结论 82 展望 参考文献11第一章 绪 论双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜具有高光泽、高挺度、阻气性好、抗冲强度高等特点，是一种性能优良的高透明包装材料1。从80年代后期开始至今，BOPP薄膜在食品、饮料、香烟、服装等行业的包装上得到广泛应用。尽管BOPP薄膜的设备和技术都依赖进口，投资规模大，但由于其市场潜力大、产品附加值高，利润大，近年来再次成为塑料包装行业的投资热点。 对于一种包装材料而言，反映外观美感的光学性能和反映使用承受强度的机械力学性能是非常
5、重要的性能指标。聚丙烯（PP）是一种结晶性聚合物，在BOPP薄膜的加工过程中，PP在力、热和电场等的作用下，经历了复杂的取向和结晶的变化，PP聚集态结构中的取向和结晶将对BOPP薄膜光学性能、力学性能起决定性影响，因此如何通过工艺的调整，控制BOPP薄膜生产过程中的取向和结晶是改善产品品质、提高产品等级的关键。第二章 原材料性能 工业化生产BOPP薄膜用主料的主要成分是PP。PP是一种典型的立体规整性聚合物，根据烃基在分子平面两侧的分布，可分为等规PP、间规PP和无规PP。等规PP和间规PP具有不同的结晶结构，等规PP是以均相成核的三维生长方式进行结晶，而间规PP主要以均相成核的二维方式进行结
6、晶，形成了外观尺寸不规则的小晶片，而且由于间规PP分子结构的规整度较低，使得间规PP具有较低的结晶速率和结晶度。研究表明，等规度越大，结晶速率越快，薄膜产品的屈服强度和表面硬度会明显增大，而无规PP在聚合物中起内部润滑剂的作用，并有利于聚合物定向，有助于改善薄膜的光学性能。 目前，BOPP薄膜品种繁多，性能也差异很大，造成这种情况的主要原因是使用的原料和生产工艺不同。实践证明，只有等规PP的质量分数为95%97%，无规PP的质量分数为3%5%的PP才适合生产BOPP薄膜，并且一般选用熔体流动速率为24g/10min的PP。另外，通过在PP薄膜的表面上共挤出一层或多层熔点较低的共聚物，可以扩大B
7、OPP薄膜在包装工业中的应用范围。 第三章BOPP薄膜的主要生产方法及工艺流程目前BOPP薄膜的生产方法主要有管膜法和平膜法。管膜法属双向一步拉伸法；平膜法又分为双向一步拉伸和双向两步拉伸两种方法。管膜法具有设备简单、投资少、占地小、无边料损失、操作简单等优点，但由于存在生产效率低、产品厚度公差大等缺点，自20世纪80年代以来几乎没有发展，目前仅用于生产BOPP热收缩膜等特殊品种。双向一步拉伸法制得的产品纵横向性能均衡，拉伸过程中几乎不破膜，但因设备复杂、制造困难、价格昂贵、边料损失多、难于高速化、产品厚度受限制等问题，目前尚未得到大规模采用。而双向两步拉伸法设备成熟、生产效率高、适于大批量生
8、产，被绝大多数企业所采用。以逐次双向拉伸工艺为例，其工艺流程如下。 图2.1总体上，逐次拉伸法是将挤出的PP片材先经过纵向拉伸、后横向拉伸来完成二次取向过程。生产过程中主要控制的工艺参数有生产线速度、温度、拉伸比等。 BOPP薄膜质量控制指标包括弹性模量，纵、横向的抗张强度、断裂伸长率、热收缩率，摩擦系数，浊度，光泽度等，这些指标主要体现薄膜的力学性能和光学性能，它们与PP高分子链的聚集状态如取向、结晶等有密不可分的联系。 第四章 取向 由于聚合物分子具有长链的结构特点，聚合物成型加工过程中，在外力场的作用下，高分子链、链段或微晶会沿着外力方向有序排列，产生不同程度的取向，形成一种新的聚集态结
9、构-取向态结构，致使材料在不同方向上的机械力学、光学和热力学性能发生显著变化。 BOPP薄膜生产中的取向主要包括流动取向和拉伸取向。 41 流动取向 流动取向发生在挤出口模中，BOPP薄膜生产通常使用衣架型模头，PP熔体在口模中成型段的流动近似为狭缝流道中的流动，在靠近流道壁面处熔体流动速度梯度大，特别是模唇处温度较低，在拉伸力、剪切应力的作用下，高分子链沿流动方向伸展取向；熔体挤出时，由于温度很高，分子热运动剧烈，也存在强烈解取向作用。因此流动取向对BOPP薄膜性能的影响相对较小。 42拉伸取向 4.2.1 纵向拉伸和横向拉伸过程BOPP薄膜生产过程中的取向主要发生纵向拉伸和横向拉伸过程，在
10、经过纵向拉伸后，高分子链单轴纵向取向，大大提高了片材的纵向机械性能，而横向性能恶化；进一步横拉之后，高分子链呈双轴取向状态如图2所示，因此可以综合改善BOPP薄膜的性能，并且随分子链取向度提高，薄膜中伸直链段数目增多，折叠链段数目减少，晶片之间的连接链段增加，材料的密度和强度都相应提高，而伸长率降低4。但在横拉伸预热及横拉伸时，由于温度升高，分子链松弛时间缩短，利于解取向，加上横向拉伸力的作用，会在一定程度上损害分子链的纵向取向度，导致薄膜的纵向热收缩率减小。 图3.14.2.2纵、横向拉伸比拉伸比是一个很重要的工艺参数，无论是纵向拉伸比，还是横向拉伸比，对BOPP薄膜的物理、力学性能都有重大
11、的影响。在一定的温度下，拉伸比愈大，PP分子链的取向度愈大。即薄膜的力学强度提高、模量增大、断裂伸长率减小，冲击强度、耐折性增大，透气、光泽性变好。BOPP薄膜生产过程中的取向主要发生在纵向拉伸和横向拉伸过程中，在经过纵向拉伸后，高分子链呈单轴纵向取向，大大提高了铸片的纵向力学性能，而横向性能劣化。进一步横向拉伸后，高分子链呈双轴取向状态。随着分子链取向度的提高，薄膜中伸直链段数目增多，折叠链段数目相应减少，晶片之间的连接链段逐渐增加，材料的密度和强度都相应提高，而断裂伸长率降低。因此双向拉伸可以综合改善PP薄膜的性能。 纵向拉伸比和横向拉伸比的差异最终决定BOPP薄膜纵、横向的物理、力学性能
12、差异。如果纵向拉伸比和横向拉伸比相差不大，两个方向上的分子取向就没有明显的差异，BOPP薄膜表现出各向同性。为了生产纵向性能高于横向性能的BOPP薄膜，纵、横拉伸比的选择相当重要，一般情况下，纵向拉伸比（4.55.5）小于横向拉伸比（7.59.0）。BOPP薄膜的横向拉伸是一个重要且复杂的过程，整个过程在一个连续的热环境中进行。横向拉伸过程具有多拉伸起始点，这主要是由横向上的某些薄弱点、较高的横向拉伸速率，以及薄膜中杂质、气泡和外观缺陷等因素造成的。多拉伸起始点易引起产品厚度不均匀。同时在横向拉伸时，有“阶梯拉伸”和“固有拉伸倍数”的问题。即在横向拉伸过程中，在薄膜的横向有若干个突然被拉伸到最
13、大倍数的“阶梯”点。随着拉伸过程的进行，“阶梯”逐渐向两侧扩展，直至在整个幅面上全部被拉伸。在BOPP薄膜生产中，拉伸程度必须达到“固有拉伸倍数”，即薄膜的纵向拉伸比和横向拉伸比的乘积必须达到40左右。如果纵向拉伸比不足，拉伸后薄膜横向出现许多“斑马纹”或厚条道；如果横向拉伸比不足，两个边部就会出现厚条道。为了制得理想的强化薄膜，拉伸取向过程中，温度、拉伸比、拉伸速度等工艺参数的控制非常重要。BOPP双向拉伸通常在玻璃化转变温度Tg至熔融温度Tm之间进行，如纵向拉伸温度一般为80-110，横向拉伸温度为120-150，在给定的拉伸比和拉伸速度下，适当降低拉伸温度，分子伸展形变会增大，粘性变形就
14、会减小，有助于提高取向度；但过低的温度会降低了分子链段的活动能力，不利于取向；在热拉伸取向的同时，也存在着解取向的趋势，因此拉伸之后应迅速降低温度，以保持高分子链的定向程度。一般来说，在正常的生产温度下，取向程度随拉伸比的增大而增加，而随拉伸速度的增加，拉伸应力作用的时间缩短，从而影响取向的效果。 第五章 温度对BOPP薄膜生产的影响对不同拉伸速度下,BOPP料的结晶行为及结晶结构进行了研究,以DSC方法测试了试样的结晶度、熔点等,以WAXD测定了试样的结晶结构等.结果表明:BOPP料在不同的拉伸速度(50、60、70、80、90 、100、110、120、130、140、150mm/min)
15、下,表现出不同的应力应变行为:在较低的拉伸速度下,试样出现应变软化和冷拉现象,冷拉完成后有部分试样出现了应变硬化,但不明显;在高速拉伸时,试样均为脆性断裂,断裂应变很小;显著的区别于BOPP薄膜的应力应变行为.DSC方法获得的结晶度表明,四种原料,等规度大的,结晶能力强,结晶度也大,相应的屈服应力也大,说明其屈服强度可能主要受结晶度所控制;随着拉伸速度的提高,T36F、PD382和FS3011的结晶度都表现出了一定程度的上升,相应的屈服应力也随之有所上升,但上升的幅度不大,这似乎表明,拉伸过程有助于分子链段排入晶格,使结晶度上升,但究竟是取向还是取向促进的结晶对力学性能的作用大,有待于进一步深入研究.WAXD图谱表明,在某些拉伸速度下的部分试
