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吳增青 涂志剛

（湛江包裝材料企業(yè)有限公司，524022）

摘要：分析了BOPP薄膜生產(chǎn)過程中的取向和結(jié)晶對薄膜機(jī)械力學(xué)性能和光學(xué)性能的影響，實(shí)際生產(chǎn)中生產(chǎn)工藝應(yīng)該根據(jù)PP的熱力學(xué)特性相應(yīng)調(diào)整，以制造出雙向取向度高，同時結(jié)晶微細(xì)、均勻的高性能優(yōu)質(zhì)BOPP薄膜。

關(guān)鍵詞：取向，結(jié)晶，BOPP薄膜

中圖分類號：TQ324；TQ314.24

The Orientation and Crystallization in Producing BOPP Film

Wu Zengqing, Tu zhigang

(Zhanjiang Packaging Material Enterprises Ltd., Guangdong, 524022)

ABSTRACT：The influences 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 should be adjusted based on the thermodynamic properties of PP in the course of practical production. KEYWORDS: Orientation, Crystallization, BOPP film

....雙向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜具有高光澤、高挺度、阻氣性好、抗沖強(qiáng)度高等特點(diǎn)，是一種性能優(yōu)良的高透明包裝材料[1]。從80年代后期開始至今，BOPP薄膜在食品、飲料、香煙、服裝等行業(yè)的包裝上得到廣泛應(yīng)用。盡管BOPP薄膜的設(shè)備和技術(shù)都依賴進(jìn)口，投資規(guī)模大，但由于其市場潛力大、產(chǎn)品附加值高，利潤大，近年來再次成為塑料包裝行業(yè)的投資熱點(diǎn)[2]。

....對于一種包裝材料而言，反映外觀美感的光學(xué)性能和反映使用承受強(qiáng)度的機(jī)械力學(xué)性能是非常重要的性能指標(biāo)。聚丙烯（PP）是一種結(jié)晶性聚合物，在BOPP薄膜的加工過程中，PP在力、熱和電場等的作用下，經(jīng)歷了復(fù)雜的取向和結(jié)晶的變化，PP聚集態(tài)結(jié)構(gòu)中的取向和結(jié)晶將對BOPP薄膜光學(xué)性能、力學(xué)性能起決定性影響，因此如何通過工藝的調(diào)整，控制BOPP薄膜生產(chǎn)過程中的取向和結(jié)晶是改善產(chǎn)品品質(zhì)、提高產(chǎn)品等級的關(guān)鍵。

1 BOPP薄膜加工工藝

以逐次雙向拉伸工藝為例，其工藝流程如下。

....總體上，逐次拉伸法是將擠出的PP片材先經(jīng)過縱向拉伸、后橫向拉伸來完成二次取向過程。生產(chǎn)過程中主要控制的工藝參數(shù)有生產(chǎn)線速度、溫度、拉伸比等。

....BOPP薄膜質(zhì)量控制指標(biāo)包括彈性模量，縱、橫向的抗張強(qiáng)度、斷裂伸長率、熱收縮率，摩擦系數(shù)，濁度，光澤度等，這些指標(biāo)主要體現(xiàn)薄膜的力學(xué)性能和光學(xué)性能，它們與PP高分子鏈的聚集狀態(tài)如取向、結(jié)晶等有密不可分的聯(lián)系。

2 取向

....由于聚合物分子具有長鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，聚合物成型加工過程中，在外力場的作用下，高分子鏈、鏈段或微晶會沿著外力方向有序排列，產(chǎn)生不同程度的取向，形成一種新的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)-取向態(tài)結(jié)構(gòu)，致使材料在不同方向上的機(jī)械力學(xué)、光學(xué)和熱力學(xué)性能發(fā)生顯著變化。

....BOPP薄膜生產(chǎn)中的取向主要包括流動取向和拉伸取向。

2．1 流動取向[3]

....流動取向發(fā)生在擠出口模中，BOPP薄膜生產(chǎn)通常使用衣架型模頭，PP熔體在口模中成型段的流動近似為狹縫流道中的流動，在靠近流道壁面處熔體流動速度梯度大，特別是模唇處溫度較低，在拉伸力、剪切應(yīng)力的作用下，高分子鏈沿流動方向伸展取向；熔體擠出時，由于溫度很高，分子熱運(yùn)動劇烈，也存在強(qiáng)烈解取向作用。因此流動取向?qū)OPP薄膜性能的影響相對較小。

....BOPP薄膜生產(chǎn)過程中的取向主要發(fā)生縱向拉伸和橫向拉伸過程，在經(jīng)過縱向拉伸后，高分子鏈單軸縱向取向，大大提高了片材的縱向機(jī)械性能，而橫向性能惡化；進(jìn)一步橫拉之后，高分子鏈呈雙軸取向狀態(tài)如圖2所示，因此可以綜合改善BOPP薄膜的性能，并且隨分子鏈取向度提高，薄膜中伸直鏈段數(shù)目增多，折疊鏈段數(shù)目減少，晶片之間的連接鏈段增加，材料的密度和強(qiáng)度都相應(yīng)提高，而伸長率降低[4]。但在橫拉伸預(yù)熱及橫拉伸時，由于溫度升高，分子鏈松弛時間縮短，利于解取向，加上橫向拉伸力的作用，會在一定程度上損害分子鏈的縱向取向度，導(dǎo)致薄膜的縱向熱收縮率減小。

....為了制得理想的強(qiáng)化薄膜，拉伸取向過程中，溫度、拉伸比、拉伸速度等工藝參數(shù)的控制非常重要[5]。BOPP雙向拉伸通常在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg至熔融溫度Tm之間進(jìn)行，如縱向拉伸溫度一般為80-110℃，橫向拉伸溫度為120-150℃，在給定的拉伸比和拉伸速度下，適當(dāng)降低拉伸溫度，分子伸展形變會增大，粘性變形就會減小，有助于提高取向度；但過低的溫度會降低了分子鏈段的活動能力，不利于取向；在熱拉伸取向的同時，也存在著解取向的趨勢，因此拉伸之后應(yīng)迅速降低溫度，以保持高分子鏈的定向程度。一般來說，在正常的生產(chǎn)溫度下，取向程度隨拉伸比的增大而增加，而隨拉伸速度的增加，拉伸應(yīng)力作用的時間縮短，從而影響取向的效果。

3 結(jié)晶

....晶態(tài)結(jié)構(gòu)是高聚物中三維有序的最規(guī)整的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，結(jié)晶是BOPP生產(chǎn)加工過程中不可回避的問題，PP結(jié)晶的速度、結(jié)晶的完善程度、結(jié)晶的形態(tài)、晶體的大小等對生產(chǎn)工藝、薄膜性能都有非常重要的影響。

3．1結(jié)晶對生產(chǎn)工藝調(diào)整的影響

....均聚PP有α、β、γ、δ和擬六方共五種晶系，其中α晶系屬單斜晶系，是最常見、最穩(wěn)定的結(jié)晶。PP結(jié)晶貫穿著從熔體擠出到時效處理等BOPP生產(chǎn)的整個過程。為了提高成膜性，PP擠出時采用驟冷鑄片，以控制結(jié)晶的生成，降低結(jié)晶度；在雙向拉伸時要求結(jié)晶速度較慢，以利于拉伸取向，較早、較快的結(jié)晶和較大的結(jié)晶顆粒都有可能導(dǎo)致破膜[6]；在橫拉后熱處理定型階段，為了提高剛性和強(qiáng)度，要求產(chǎn)生并加速結(jié)晶。

3．2結(jié)晶對BOPP性能的影響

....薄膜中PP的結(jié)晶度和晶體尺寸對BOPP薄膜的機(jī)械力學(xué)性能和光學(xué)性能有重要影響。結(jié)晶度高則強(qiáng)度高，韌性差；晶體尺寸小而均勻，有利于提高薄膜的力學(xué)強(qiáng)度，耐磨性、耐熱性，提高薄膜的透明度和表面光澤度。

....雙向拉伸過程中的結(jié)晶有著高聚物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)特殊性的一面，存在取向與結(jié)晶互生現(xiàn)象，即取向?qū)е陆Y(jié)晶，結(jié)晶中有取向。拉伸取向引起晶片傾斜、滑移延展，原有的晶片被拉伸細(xì)化，重排為取向態(tài)，形成取向的折疊鏈晶片、伸直鏈晶或球晶轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒗w晶狀結(jié)構(gòu)等。因此薄膜的綜合性能進(jìn)一步得到強(qiáng)化。

....如研究表明，拉伸取向?qū)е路肿渔溡?guī)則排列，產(chǎn)生均相晶核，誘導(dǎo)拉伸結(jié)晶，形成串晶互鎖結(jié)構(gòu)，可以大大提高取向方向PP的力學(xué)性能[7]；雙向拉伸也可以使PP中可能產(chǎn)生的較大顆粒晶體破碎，從而減小晶體尺寸，提高透光率，降低霧度。如PP經(jīng)雙向拉伸后，霧度下降50%[8]。

....從結(jié)晶的角度來看，要生產(chǎn)高質(zhì)量的BOPP薄膜，應(yīng)盡量減小PP晶體的尺寸，一般可以從兩個方面考慮，其一，工藝調(diào)整，如各段的冷卻速度、溫度、拉伸比、拉伸速度等；其二是配方，如主料PP的選擇、成核劑的使用等。

....在PP高性能工程化和透明改性方面，如何使PP結(jié)晶微細(xì)化、均質(zhì)化也是重要改性途徑之一。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱新遠(yuǎn)，我國BOPP薄膜現(xiàn)狀及專用料的開發(fā)，廣州化工，2000，28（1）：28

[2] 中國包裝技術(shù)協(xié)會塑料包裝委員會第六屆委員會年會暨塑料包裝新技術(shù)研討會論文集2002年3月，蘇州

[3] 尹燕平，雙向拉伸塑料薄膜，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999

[4] 金日光，華幼卿，高分子物理，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991

[5] 吳耀根，鄭少華，王云等，專利，CN1169911A

[6] 湯明，王亞輝，秦學(xué)軍，BOPP專用料結(jié)構(gòu)表征及性能研究，塑料加工應(yīng)用，1999，（2）：1

[7] 申開智，胡文江，向子上等，聚丙烯在單向拉伸力場中形成雙向自增強(qiáng)片材及其結(jié)構(gòu)與性能的研究，高分子材料科學(xué)與工程，2002，18（1）：145

[8] 李軍，王文廣，高雯，塑料透明改性，塑料科技，1999，129（1）：21

吳增青，男，1958年3月出生，高級工程師，長期從事塑料成型加工研究。

聯(lián)系人：涂志剛 email: zhigtu@263.net tel: 0759-3391326 , 013702876506

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