"雙向拉伸”是近年來頗受關(guān)注的塑料薄膜成型方法之一，采用雙向拉伸技術(shù)可以顯著提高薄膜的機(jī)械性能、阻隔性能、光學(xué)性能、熱性能及厚度均勻性等，可滿足多種應(yīng)用領(lǐng)域的生産要求。
塑料薄膜已經(jīng)發(fā)展成爲(wèi)我國産量最大、品種最多的塑料制品之一，廣泛應(yīng)用于包裝、電子電器、農(nóng)業(yè)、建築裝飾及日用品等領(lǐng)域，其産量約占塑料制品總産量的20%。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，塑料薄膜使用最廣的是包裝工業(yè)，其次是農(nóng)用塑料薄膜，其余用作電工材料、感光材料等。除傳統(tǒng)的PE、PVC、PS外，BOPET（雙向拉伸聚酯）、BOPP（雙向拉伸聚丙烯）、BOPA（雙向拉伸尼龍）是近幾年敏捷發(fā)展起來的新型薄膜材料。
塑料薄膜的成型方法很多，如壓延法、流延法、吹塑法、拉伸法等。其中，雙向拉伸成爲(wèi)近年來頗受關(guān)注的方法之一。
采用雙向拉伸技術(shù)生產(chǎn)的塑料薄膜具有以下特點(diǎn)：與未拉伸薄膜相比，機(jī)械性能顯著提高，拉伸強(qiáng)度是未拉伸薄膜的3～5倍；阻隔性能提高，對氣體和水汽的浸透性降低；光學(xué)性能、晶瑩度、外表光澤度提高；耐熱性、耐寒性能獲得改善，尺寸穩(wěn)定性好；厚度均勻性好，厚度偏差；實(shí)現(xiàn)高自動化程度和高速生產(chǎn)。
適用于雙向拉伸生産的塑料薄膜要緊包括聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯和聚酰亞胺薄膜等。
基本原理
塑料薄膜雙向拉伸技術(shù)的基本原理爲(wèi)：高聚物原料通過擠出機(jī)被加熱熔融擠出成厚片後，在玻璃化溫度以上、熔點(diǎn)以下的適當(dāng)溫度範(fàn)圍內(nèi)（高彈態(tài)下），通過縱拉機(jī)與橫拉機(jī)時在外力作用下，先後沿縱向和橫向進(jìn)行一定倍數(shù)的拉伸，從而使分子鏈或結(jié)晶面在平行于薄膜平面的方向上進(jìn)行取向而有序排列，然後在拉緊狀態(tài)下進(jìn)行熱定型，使取向的大分子結(jié)構(gòu)固定，最後經(jīng)冷卻及後續(xù)處理便可制得薄膜。
生産設(shè)備與工藝
雙向拉伸薄膜生産線是由多種設(shè)備組成的連續(xù)生産線，包括：幹燥塔、擠出機(jī)、鑄片機(jī)、縱向拉伸機(jī)、橫向拉伸機(jī)、牽引收卷機(jī)等。其生産流程較長，工藝也比較複雜。
以BOPET薄膜爲(wèi)例，將要緊設(shè)備與工藝簡述如下：
1、配料與混合
一般BOPET薄膜所使用的原料主假如母料切片和有光切片。母料切片是指含有添加劑的PET切片，添加劑有二氧化矽、碳酸鈣、硫酸鋇、高嶺土等，根據(jù)薄膜的不同用途來選用相應(yīng)的母料切片。聚酯薄膜一般采用一定量的含矽母料切片與有光切片配用，其作用是通過二氧化矽微粒在薄膜中的分布，增加薄膜外表微觀上的毛糙度，使收卷時薄膜之間容納有極少量的空氣，從而預(yù)防薄膜粘連。有光切片與一定比例的母料切片通過計(jì)量混合機(jī)進(jìn)行混合後進(jìn)入下工序。
2、結(jié)晶和幹燥
對于有吸濕傾向的高聚物（例如PET、PA、PC等），在進(jìn)行雙向拉伸之前，須先進(jìn)行預(yù)結(jié)晶和幹燥處理。這樣做的目的是：提高聚合物的軟化點(diǎn)，幸免其在幹燥和熔融擠出過程中樹脂粒子相互粘連或結(jié)塊；去除樹脂中的水分，預(yù)防含有酯基的聚合物在熔融擠出過程中發(fā)生水解或産生氣泡。
PET的預(yù)結(jié)晶和幹燥設(shè)備一般采用帶有結(jié)晶床的填充塔，同時配有幹空氣制備裝置，包括空壓機(jī)、分子篩去濕器、加熱器等。預(yù)結(jié)晶和幹燥溫度爲(wèi)150℃～170℃，幹燥時間約3.5～4h，幹燥後的PET切片濕含量要求控制在30～50ppm。
3、 熔融擠出
擠出機(jī)。經(jīng)過結(jié)晶和幹燥處理後的PET切片進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行加熱熔融塑化。爲(wèi)了保證PET切片良好的塑化質(zhì)量和穩(wěn)定的擠出熔體壓力，螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。除對長徑比、壓縮比、各功能段均有一定要求外，還特別要求是Barrier型螺桿，這種結(jié)構(gòu)的螺桿有利于保證擠出物料的良好塑化、擠出機(jī)出口物料溫度的均勻一致、擠出機(jī)的穩(wěn)定出料和良好排氣，並有利于提高擠出能力。
若擠出量不是太大，推薦選用排氣式雙螺桿擠出機(jī)。這種擠出機(jī)有兩個排氣口與兩個抽真空系統(tǒng)相連接，具有很好的抽排氣、除濕功能，可將物料中所含的水分和低聚物抽走，因而可以省去一套複雜的預(yù)結(jié)晶/幹燥系統(tǒng)，節(jié)省投資並降低運(yùn)行成本。擠出機(jī)溫度設(shè)定從加料口到機(jī)頭約爲(wèi)210℃～280℃。
熔體計(jì)量泵。熔體計(jì)量是通過高精度的齒輪泵來實(shí)現(xiàn)的。計(jì)量泵的作用是保證向模頭提供的熔體具有足夠而穩(wěn)定的壓力，以克服熔體通過過濾器時的阻力，保全薄膜厚度的均勻性。熔體計(jì)量泵通常采用斜的二齒輪，泵的加熱溫度控制在270℃～280℃。
熔體過濾器。爲(wèi)了去除熔體中也許存在的雜質(zhì)、凝膠粒子、魚眼等異物，常在熔體管線上計(jì)量泵的前後各安裝一個過濾器。BOPET薄膜生産線通常采用碟狀過濾器，其材料爲(wèi)不鏽鋼網(wǎng)與不鏽鋼燒結(jié)氈組合而成。不鏽鋼碟片的尺寸爲(wèi)φ12in（1in=25.4mm），過濾網(wǎng)孔徑一般在20～30μm，過濾器加熱溫度控制在275℃～285℃。
熔體管。熔體管的作用是將擠出機(jī)、計(jì)量泵、過濾器等與模頭連接起來，以讓熔體從中通過。熔體管內(nèi)壁要求非常光潔且無死角，熔體管串連起來的長度盡量短一些，以免熔體在其中滯流，停留時間過長而産生降解。
來自擠出機(jī)的熔體被擠入到熔體管後，分別流經(jīng)粗過濾器、計(jì)量泵、精過濾器後進(jìn)入模頭。如果是三層共擠生産線，在模頭上方還配置一個熔體分配器。
過濾器、計(jì)量泵和熔體管等可以用電加熱，也可用導(dǎo)熱油夾套加熱。熔體管加熱溫度控制在275℃～285℃。
靜態(tài)混合器。熔體流過熔體管時，沿著管壁的熔體溫度與熔體中心的溫度有較大的溫差。爲(wèi)使進(jìn)入模頭的熔體溫度均勻一致，以保證模頭出料均勻，須在熔體管連接模頭一端的內(nèi)部安裝若幹組靜態(tài)混合器，熔體流過靜態(tài)混合器時，會自動産生分-合-分-合的混和作用，從而達(dá)到均化熔體溫度的目的。
4、鑄片系統(tǒng)
模頭。模頭是流延鑄片的關(guān)鍵模具，直接決定鑄片的外形和厚度均勻性。BOPET常采用衣架型模頭，模頭開度通過若幹個帶有加熱線圈的推/拉式差動螺栓進(jìn)行初調(diào)，並通過在線測厚儀的自動測厚、反饋給模頭的加熱螺栓進(jìn)行模唇開度的微調(diào)。模頭溫度控制在275℃～280℃。
急冷輥（鑄片輥、俗稱冷鼓）。從模頭流出呈粘流態(tài)的PET熔體在勻速轉(zhuǎn)動的急冷輥上被快速冷卻至其玻璃化溫度以下，形成厚度均勻的玻璃態(tài)鑄片。急冷的目的是使厚片形成無定型結(jié)構(gòu)，盡量減少其結(jié)晶，以免對下道拉伸工序産生不良影響。爲(wèi)此，要求鑄片輥外表溫度均勻，冷卻結(jié)果好。同時要求急冷輥轉(zhuǎn)速均勻而穩(wěn)定。另外，鑄片輥內(nèi)通30℃左右的冷卻水，以保證將鑄片冷卻至50℃以下。
靜電吸附裝置。靜電吸附裝置的作用是使鑄片與急冷輥緊密接觸，預(yù)防急冷輥快速轉(zhuǎn)動時卷入空氣，以保證傳熱/冷卻結(jié)果。
靜電吸附裝置由金屬絲電極、高壓發(fā)生器及電極收放力矩電機(jī)等組成。其工作原理是：使用高壓發(fā)生器産生的數(shù)千伏直流電壓，使電極絲、鑄片輥分別變成負(fù)極和正極（鑄片輥接地），鑄片在此高壓靜電場中因靜電感應(yīng)而帶上與鑄片輥極性相反的靜電荷，在異性相吸的作用下，鑄片與急冷輥外表緊密吸附在一起，達(dá)到排除空氣和良好傳熱的目的。
5、 縱向拉伸（MDO）
將來自鑄片機(jī)的厚片在縱向拉伸機(jī)組中加熱到高彈態(tài)下進(jìn)行一定倍數(shù)的縱向拉伸？v向拉伸機(jī)由預(yù)熱輥、拉伸輥、冷卻輥、張力輥和橡膠壓輥、紅外加熱管、加熱機(jī)組以及驅(qū)動裝置等組成？v向拉伸通常爲(wèi)單點(diǎn)拉伸，也有多點(diǎn)拉伸，如兩點(diǎn)或三點(diǎn)拉伸。縱拉比是通過慢拉輥與快拉輥之間的速度差而産生的，一般爲(wèi)3.3～4倍。
6、 橫向拉伸（TDO）
橫向拉伸機(jī)由烘箱、鏈夾和導(dǎo)軌、靜壓箱、鏈條張緊器、導(dǎo)軌寬度調(diào)節(jié)裝置、開閉夾器、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及EPC等組成。其作用是將經(jīng)過縱向拉伸的薄膜在橫拉機(jī)內(nèi)分別通過預(yù)熱、拉幅、熱定型和冷卻而完成薄膜的橫向拉伸。橫拉比爲(wèi)3.5～4倍。
7、 牽引收卷與分切
本工序由若幹個牽引導(dǎo)向輥、冷卻輥、展平輥、張力輥、跟蹤輥、切邊裝置、測厚儀及電暈處理機(jī)等組成。經(jīng)過雙向拉伸的薄膜通過切邊、測厚、電暈處理後便可進(jìn)行收卷和分切，經(jīng)檢驗(yàn)合格後即是成品。
塑料薄膜已經(jīng)發(fā)展成爲(wèi)我國産量最大、品種最多的塑料制品之一，廣泛應(yīng)用于包裝、電子電器、農(nóng)業(yè)、建築裝飾及日用品等領(lǐng)域，其産量約占塑料制品總産量的20%。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，塑料薄膜使用最廣的是包裝工業(yè)，其次是農(nóng)用塑料薄膜，其余用作電工材料、感光材料等。除傳統(tǒng)的PE、PVC、PS外，BOPET（雙向拉伸聚酯）、BOPP（雙向拉伸聚丙烯）、BOPA（雙向拉伸尼龍）是近幾年敏捷發(fā)展起來的新型薄膜材料。
塑料薄膜的成型方法很多，如壓延法、流延法、吹塑法、拉伸法等。其中，雙向拉伸成爲(wèi)近年來頗受關(guān)注的方法之一。
采用雙向拉伸技術(shù)生產(chǎn)的塑料薄膜具有以下特點(diǎn)：與未拉伸薄膜相比，機(jī)械性能顯著提高，拉伸強(qiáng)度是未拉伸薄膜的3～5倍；阻隔性能提高，對氣體和水汽的浸透性降低；光學(xué)性能、晶瑩度、外表光澤度提高；耐熱性、耐寒性能獲得改善，尺寸穩(wěn)定性好；厚度均勻性好，厚度偏差；實(shí)現(xiàn)高自動化程度和高速生產(chǎn)。
適用于雙向拉伸生産的塑料薄膜要緊包括聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯乙烯和聚酰亞胺薄膜等。
基本原理
塑料薄膜雙向拉伸技術(shù)的基本原理爲(wèi)：高聚物原料通過擠出機(jī)被加熱熔融擠出成厚片後，在玻璃化溫度以上、熔點(diǎn)以下的適當(dāng)溫度範(fàn)圍內(nèi)（高彈態(tài)下），通過縱拉機(jī)與橫拉機(jī)時在外力作用下，先後沿縱向和橫向進(jìn)行一定倍數(shù)的拉伸，從而使分子鏈或結(jié)晶面在平行于薄膜平面的方向上進(jìn)行取向而有序排列，然後在拉緊狀態(tài)下進(jìn)行熱定型，使取向的大分子結(jié)構(gòu)固定，最後經(jīng)冷卻及後續(xù)處理便可制得薄膜。
生産設(shè)備與工藝
雙向拉伸薄膜生産線是由多種設(shè)備組成的連續(xù)生産線，包括：幹燥塔、擠出機(jī)、鑄片機(jī)、縱向拉伸機(jī)、橫向拉伸機(jī)、牽引收卷機(jī)等。其生産流程較長，工藝也比較複雜。
以BOPET薄膜爲(wèi)例，將要緊設(shè)備與工藝簡述如下：
1、配料與混合
一般BOPET薄膜所使用的原料主假如母料切片和有光切片。母料切片是指含有添加劑的PET切片，添加劑有二氧化矽、碳酸鈣、硫酸鋇、高嶺土等，根據(jù)薄膜的不同用途來選用相應(yīng)的母料切片。聚酯薄膜一般采用一定量的含矽母料切片與有光切片配用，其作用是通過二氧化矽微粒在薄膜中的分布，增加薄膜外表微觀上的毛糙度，使收卷時薄膜之間容納有極少量的空氣，從而預(yù)防薄膜粘連。有光切片與一定比例的母料切片通過計(jì)量混合機(jī)進(jìn)行混合後進(jìn)入下工序。
2、結(jié)晶和幹燥
對于有吸濕傾向的高聚物（例如PET、PA、PC等），在進(jìn)行雙向拉伸之前，須先進(jìn)行預(yù)結(jié)晶和幹燥處理。這樣做的目的是：提高聚合物的軟化點(diǎn)，幸免其在幹燥和熔融擠出過程中樹脂粒子相互粘連或結(jié)塊；去除樹脂中的水分，預(yù)防含有酯基的聚合物在熔融擠出過程中發(fā)生水解或産生氣泡。
PET的預(yù)結(jié)晶和幹燥設(shè)備一般采用帶有結(jié)晶床的填充塔，同時配有幹空氣制備裝置，包括空壓機(jī)、分子篩去濕器、加熱器等。預(yù)結(jié)晶和幹燥溫度爲(wèi)150℃～170℃，幹燥時間約3.5～4h，幹燥後的PET切片濕含量要求控制在30～50ppm。
3、 熔融擠出
擠出機(jī)。經(jīng)過結(jié)晶和幹燥處理後的PET切片進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行加熱熔融塑化。爲(wèi)了保證PET切片良好的塑化質(zhì)量和穩(wěn)定的擠出熔體壓力，螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常重要。除對長徑比、壓縮比、各功能段均有一定要求外，還特別要求是Barrier型螺桿，這種結(jié)構(gòu)的螺桿有利于保證擠出物料的良好塑化、擠出機(jī)出口物料溫度的均勻一致、擠出機(jī)的穩(wěn)定出料和良好排氣，並有利于提高擠出能力。
若擠出量不是太大，推薦選用排氣式雙螺桿擠出機(jī)。這種擠出機(jī)有兩個排氣口與兩個抽真空系統(tǒng)相連接，具有很好的抽排氣、除濕功能，可將物料中所含的水分和低聚物抽走，因而可以省去一套複雜的預(yù)結(jié)晶/幹燥系統(tǒng)，節(jié)省投資並降低運(yùn)行成本。擠出機(jī)溫度設(shè)定從加料口到機(jī)頭約爲(wèi)210℃～280℃。
熔體計(jì)量泵。熔體計(jì)量是通過高精度的齒輪泵來實(shí)現(xiàn)的。計(jì)量泵的作用是保證向模頭提供的熔體具有足夠而穩(wěn)定的壓力，以克服熔體通過過濾器時的阻力，保全薄膜厚度的均勻性。熔體計(jì)量泵通常采用斜的二齒輪，泵的加熱溫度控制在270℃～280℃。
熔體過濾器。爲(wèi)了去除熔體中也許存在的雜質(zhì)、凝膠粒子、魚眼等異物，常在熔體管線上計(jì)量泵的前後各安裝一個過濾器。BOPET薄膜生産線通常采用碟狀過濾器，其材料爲(wèi)不鏽鋼網(wǎng)與不鏽鋼燒結(jié)氈組合而成。不鏽鋼碟片的尺寸爲(wèi)φ12in（1in=25.4mm），過濾網(wǎng)孔徑一般在20～30μm，過濾器加熱溫度控制在275℃～285℃。
熔體管。熔體管的作用是將擠出機(jī)、計(jì)量泵、過濾器等與模頭連接起來，以讓熔體從中通過。熔體管內(nèi)壁要求非常光潔且無死角，熔體管串連起來的長度盡量短一些，以免熔體在其中滯流，停留時間過長而産生降解。
來自擠出機(jī)的熔體被擠入到熔體管後，分別流經(jīng)粗過濾器、計(jì)量泵、精過濾器後進(jìn)入模頭。如果是三層共擠生産線，在模頭上方還配置一個熔體分配器。
過濾器、計(jì)量泵和熔體管等可以用電加熱，也可用導(dǎo)熱油夾套加熱。熔體管加熱溫度控制在275℃～285℃。
靜態(tài)混合器。熔體流過熔體管時，沿著管壁的熔體溫度與熔體中心的溫度有較大的溫差。爲(wèi)使進(jìn)入模頭的熔體溫度均勻一致，以保證模頭出料均勻，須在熔體管連接模頭一端的內(nèi)部安裝若幹組靜態(tài)混合器，熔體流過靜態(tài)混合器時，會自動産生分-合-分-合的混和作用，從而達(dá)到均化熔體溫度的目的。
4、鑄片系統(tǒng)
模頭。模頭是流延鑄片的關(guān)鍵模具，直接決定鑄片的外形和厚度均勻性。BOPET常采用衣架型模頭，模頭開度通過若幹個帶有加熱線圈的推/拉式差動螺栓進(jìn)行初調(diào)，並通過在線測厚儀的自動測厚、反饋給模頭的加熱螺栓進(jìn)行模唇開度的微調(diào)。模頭溫度控制在275℃～280℃。
急冷輥（鑄片輥、俗稱冷鼓）。從模頭流出呈粘流態(tài)的PET熔體在勻速轉(zhuǎn)動的急冷輥上被快速冷卻至其玻璃化溫度以下，形成厚度均勻的玻璃態(tài)鑄片。急冷的目的是使厚片形成無定型結(jié)構(gòu)，盡量減少其結(jié)晶，以免對下道拉伸工序産生不良影響。爲(wèi)此，要求鑄片輥外表溫度均勻，冷卻結(jié)果好。同時要求急冷輥轉(zhuǎn)速均勻而穩(wěn)定。另外，鑄片輥內(nèi)通30℃左右的冷卻水，以保證將鑄片冷卻至50℃以下。
靜電吸附裝置。靜電吸附裝置的作用是使鑄片與急冷輥緊密接觸，預(yù)防急冷輥快速轉(zhuǎn)動時卷入空氣，以保證傳熱/冷卻結(jié)果。
靜電吸附裝置由金屬絲電極、高壓發(fā)生器及電極收放力矩電機(jī)等組成。其工作原理是：使用高壓發(fā)生器産生的數(shù)千伏直流電壓，使電極絲、鑄片輥分別變成負(fù)極和正極（鑄片輥接地），鑄片在此高壓靜電場中因靜電感應(yīng)而帶上與鑄片輥極性相反的靜電荷，在異性相吸的作用下，鑄片與急冷輥外表緊密吸附在一起，達(dá)到排除空氣和良好傳熱的目的。
5、 縱向拉伸（MDO）
將來自鑄片機(jī)的厚片在縱向拉伸機(jī)組中加熱到高彈態(tài)下進(jìn)行一定倍數(shù)的縱向拉伸？v向拉伸機(jī)由預(yù)熱輥、拉伸輥、冷卻輥、張力輥和橡膠壓輥、紅外加熱管、加熱機(jī)組以及驅(qū)動裝置等組成？v向拉伸通常爲(wèi)單點(diǎn)拉伸，也有多點(diǎn)拉伸，如兩點(diǎn)或三點(diǎn)拉伸。縱拉比是通過慢拉輥與快拉輥之間的速度差而産生的，一般爲(wèi)3.3～4倍。
6、 橫向拉伸（TDO）
橫向拉伸機(jī)由烘箱、鏈夾和導(dǎo)軌、靜壓箱、鏈條張緊器、導(dǎo)軌寬度調(diào)節(jié)裝置、開閉夾器、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及EPC等組成。其作用是將經(jīng)過縱向拉伸的薄膜在橫拉機(jī)內(nèi)分別通過預(yù)熱、拉幅、熱定型和冷卻而完成薄膜的橫向拉伸。橫拉比爲(wèi)3.5～4倍。
7、 牽引收卷與分切
本工序由若幹個牽引導(dǎo)向輥、冷卻輥、展平輥、張力輥、跟蹤輥、切邊裝置、測厚儀及電暈處理機(jī)等組成。經(jīng)過雙向拉伸的薄膜通過切邊、測厚、電暈處理後便可進(jìn)行收卷和分切，經(jīng)檢驗(yàn)合格後即是成品。
