1、 拉幅薄膜的成型技術(shù)主講人：楊穩(wěn)華 吳偉飛導(dǎo) 師: 余劍英聚合物成型原理與技術(shù)聚合物成型原理與技術(shù) 指導(dǎo)老師：熊傳溪指導(dǎo)老師：熊傳溪拉幅薄膜的成型拉幅薄膜的成型拉幅薄膜的成型工藝?yán)∧さ某尚凸に?2拉幅取向的原理和方法拉幅取向的原理和方法 12022-5-33拉幅取向的原理和方法拉幅取向的原理和方法 基本原理：基本原理： 在在TgTg一一TmTm（或（或Tf)Tf)溫度范圍，溫度范圍，聚合物長(zhǎng)鏈?zhǔn)艿酵饬ψ饔美酆衔镩L(zhǎng)鏈?zhǔn)艿酵饬ψ饔美鞎r(shí)，沿力的作用方向伸長(zhǎng)伸時(shí)，沿力的作用方向伸長(zhǎng)和取向。和取向。拉幅薄膜的定義拉幅薄膜的定義 拉幅薄膜是將擠出得到的厚度為拉幅薄膜是將擠出得到的厚度為1-3毫米的

2、毫米的厚片或管柸，重新加熱到厚片或管柸，重新加熱到Tg-Tm(或或Tf)溫度范溫度范圍進(jìn)行大幅度拉伸而形成的薄膜。圍進(jìn)行大幅度拉伸而形成的薄膜。 拉幅薄膜的生產(chǎn)，可以將擠出原片（或管拉幅薄膜的生產(chǎn)，可以將擠出原片（或管柸）與拉幅過程直接聯(lián)系起來進(jìn)行連續(xù)生柸）與拉幅過程直接聯(lián)系起來進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，不一定將生產(chǎn)厚片或管柸與拉幅工序產(chǎn)，不一定將生產(chǎn)厚片或管柸與拉幅工序分為兩個(gè)單獨(dú)的過程來進(jìn)行。分為兩個(gè)單獨(dú)的過程來進(jìn)行。但不管哪種方式，聚合物在拉伸前都但不管哪種方式，聚合物在拉伸前都必須從較低溫度下重新加熱到必須從較低溫度下重新加熱到Tg-Tm(或或Tf)間的加工溫度，所以拉幅薄膜間的加工溫度，所以拉幅

3、薄膜是一種二次成型技術(shù)。是一種二次成型技術(shù)。非晶聚合物的取向5/3/2022 分子鏈取向后，聚合物的物理機(jī)械分子鏈取向后，聚合物的物理機(jī)械性能發(fā)生了變化，產(chǎn)生了各向異性現(xiàn)性能發(fā)生了變化，產(chǎn)生了各向異性現(xiàn)象，拉幅薄膜就是大分子具有取向結(jié)象，拉幅薄膜就是大分子具有取向結(jié)構(gòu)的一種材料。構(gòu)的一種材料。 與未拉伸薄膜比較，拉幅薄膜有以與未拉伸薄膜比較，拉幅薄膜有以下特點(diǎn)：下特點(diǎn)：(1(1） 強(qiáng)度為未拉伸薄膜的強(qiáng)度為未拉伸薄膜的3 35 5倍，透倍，透 明度和表面光澤好，對(duì)氣體和水蒸汽的滲明度和表面光澤好，對(duì)氣體和水蒸汽的滲透性等降低，制品使用價(jià)值提高。透性等降低，制品使用價(jià)值提高。 （2 2）薄膜厚度減

4、小，寬度增大，平均面積）薄膜厚度減小，寬度增大，平均面積增大，成本降低。增大，成本降低。 (3)(3)耐熱、耐寒性改善，使用范圍擴(kuò)大。耐熱、耐寒性改善，使用范圍擴(kuò)大。 薄膜的拉伸取向方法主要分為平膜法薄膜的拉伸取向方法主要分為平膜法( (即即拉幅法拉幅法) )和管膜法，兩種方法又有不同的拉和管膜法，兩種方法又有不同的拉伸技術(shù)，可簡(jiǎn)單分為伸技術(shù)，可簡(jiǎn)單分為: :拉幅薄膜的成型工藝?yán)∧さ某尚凸に嚬に噷?duì)產(chǎn)品性能的影響：工藝對(duì)產(chǎn)品性能的影響：無定形聚合物和結(jié)晶聚合物在拉幅工藝上存在著差無定形聚合物和結(jié)晶聚合物在拉幅工藝上存在著差別，關(guān)鍵是要通過適當(dāng)?shù)姆椒ê凸に嚄l件，使薄別，關(guān)鍵是要通過適當(dāng)?shù)姆椒ê?/p>

5、工藝條件，使薄膜中聚合物分子鏈能形成取向結(jié)構(gòu)；膜中聚合物分子鏈能形成取向結(jié)構(gòu)； （1 1）未取向的無定形薄膜沒有多大實(shí)用價(jià)值。）未取向的無定形薄膜沒有多大實(shí)用價(jià)值。 （2 2）結(jié)晶而未取向的薄膜脆性大，透明性差，）結(jié)晶而未取向的薄膜脆性大，透明性差，同樣使用價(jià)值不高；同樣使用價(jià)值不高；（3 3）取向但不結(jié)晶或結(jié)晶不足的薄膜，對(duì)熱）取向但不結(jié)晶或結(jié)晶不足的薄膜，對(duì)熱收縮十分敏感，使用范圍受到限制；收縮十分敏感，使用范圍受到限制；（4 4）結(jié)晶適當(dāng)）結(jié)晶適當(dāng)( (并且有微品結(jié)構(gòu)并且有微品結(jié)構(gòu)) )而又取向的而又取向的薄膜，不僅抗張強(qiáng)度和模量高，而且透明性薄膜，不僅抗張強(qiáng)度和模量高，而且透明性好，尺

6、寸穩(wěn)定，熱收縮小，具有良好的使用好，尺寸穩(wěn)定，熱收縮小，具有良好的使用性能。性能。坯料加熱到TgTm的溫度區(qū)間恒溫拉伸張緊熱定型冷卻坯料加熱到Tm熔融，破壞結(jié)晶結(jié)構(gòu)。驟冷，降溫至Tg以下，減少聚合物的結(jié)晶程度。加熱到Tg溫度以上，快速拉伸。驟冷降溫至Tg溫度以下，保持取向結(jié)構(gòu)。取向薄膜在0.85Tm溫度處短時(shí)間退火。冷卻后，得到微晶結(jié)構(gòu)均勻的拉幅薄膜產(chǎn)品。1. 平膜法逐步拉伸薄膜的成型平膜法逐步拉伸薄膜的成型 目前用得最多的是先進(jìn)行縱向拉伸，后進(jìn)目前用得最多的是先進(jìn)行縱向拉伸，后進(jìn)行橫向拉伸的方法，但有資料認(rèn)為先橫后縱的行橫向拉伸的方法，但有資料認(rèn)為先橫后縱的方法能制得厚度均勻的雙軸拉伸薄膜。

7、方法能制得厚度均勻的雙軸拉伸薄膜。 進(jìn)行縱拉伸時(shí)也有多點(diǎn)拉伸和單點(diǎn)拉伸之進(jìn)行縱拉伸時(shí)也有多點(diǎn)拉伸和單點(diǎn)拉伸之分，如果加熱到類橡膠態(tài)的厚片是由兩個(gè)不同分，如果加熱到類橡膠態(tài)的厚片是由兩個(gè)不同轉(zhuǎn)速的輥拉伸時(shí)稱單點(diǎn)拉伸，兩輥簡(jiǎn)表面的線轉(zhuǎn)速的輥拉伸時(shí)稱單點(diǎn)拉伸，兩輥簡(jiǎn)表面的線速度之比就是拉伸比，通常在速度之比就是拉伸比，通常在3 39 9之間；如果之間；如果拉伸比是分配在若干個(gè)不同轉(zhuǎn)速的輥筒來完成拉伸比是分配在若干個(gè)不同轉(zhuǎn)速的輥筒來完成拉幅機(jī)分為預(yù)熱段、拉伸段、熱定型段和冷卻拉幅機(jī)分為預(yù)熱段、拉伸段、熱定型段和冷卻段。拉伸段由拉幅機(jī)組成，拉幅帆有兩條張開段。拉伸段由拉幅機(jī)組成，拉幅帆有兩條張開呈一定角

8、度的軌道，其上固定有鏈輪鏈條可繞呈一定角度的軌道，其上固定有鏈輪鏈條可繞鏈輪沿軌道運(yùn)輸固定在鏈條上的夾具可夾住薄鏈輪沿軌道運(yùn)輸固定在鏈條上的夾具可夾住薄膜的兩邊，在沿軌道運(yùn)行中對(duì)薄膜產(chǎn)生強(qiáng)制橫膜的兩邊，在沿軌道運(yùn)行中對(duì)薄膜產(chǎn)生強(qiáng)制橫向拉伸作用。達(dá)預(yù)定橫向拉伸比后夾具松開，向拉伸作用。達(dá)預(yù)定橫向拉伸比后夾具松開，薄膜進(jìn)入熱定型區(qū)進(jìn)行熱處理，最后經(jīng)冷卻、薄膜進(jìn)入熱定型區(qū)進(jìn)行熱處理，最后經(jīng)冷卻、切邊和卷繞而得產(chǎn)品。切邊和卷繞而得產(chǎn)品。 時(shí)，則稱為多點(diǎn)拉伸，這時(shí)這些輥筒的轉(zhuǎn)時(shí)，則稱為多點(diǎn)拉伸，這時(shí)這些輥筒的轉(zhuǎn)速是依次遞增的，其總拉伸比是最后一個(gè)速是依次遞增的，其總拉伸比是最后一個(gè)拉伸輥拉伸輥( (或冷

9、卻輥或冷卻輥) )的轉(zhuǎn)速與第一個(gè)拉伸輥的轉(zhuǎn)速與第一個(gè)拉伸輥( (或預(yù)熱輥或預(yù)熱輥) )的轉(zhuǎn)速之比。多點(diǎn)拉伸具有拉的轉(zhuǎn)速之比。多點(diǎn)拉伸具有拉伸均勻，拉伸程度大，不易產(chǎn)生細(xì)頸現(xiàn)象伸均勻，拉伸程度大，不易產(chǎn)生細(xì)頸現(xiàn)象( (薄膜兩邊變厚而中間變薄薄膜兩邊變厚而中間變薄) )等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用較多。應(yīng)用較多。2. 管膜法拉幅薄膜管膜法拉幅薄膜 管膜法拉幅薄膜的成型工藝通?？煞譃楣芄苣しɡ∧さ某尚凸に囃ǔ？煞譃楣芘鞒尚?、拉伸和熱定型三個(gè)階段，管坯通坯成型、拉伸和熱定型三個(gè)階段，管坯通常由擠出機(jī)將熔融塑料經(jīng)管型機(jī)頭擠出形常由擠出機(jī)將熔融塑料經(jīng)管型機(jī)頭擠出形成；并立刻被冷卻夾套的水冷卻。如下圖成

10、；并立刻被冷卻夾套的水冷卻。如下圖所示：所示：拉幅薄膜成型過程中的影響因素拉幅薄膜成型過程中的影響因素 1. 1. 拉伸溫度拉伸溫度 聚合物分子的取向?yàn)橐凰沙诂F(xiàn)象，在同樣的取向條件聚合物分子的取向?yàn)橐凰沙诂F(xiàn)象，在同樣的取向條件下，聚合物分子中松弛時(shí)間短的部分能較早的取向，而松下，聚合物分子中松弛時(shí)間短的部分能較早的取向，而松弛時(shí)間長(zhǎng)的部分，取向較晚。弛時(shí)間長(zhǎng)的部分，取向較晚。 松弛時(shí)間隨溫度升高而減少，所以升高溫度有利于分松弛時(shí)間隨溫度升高而減少，所以升高溫度有利于分子取向，并能降低達(dá)到一定取向度所需的拉應(yīng)力。子取向，并能降低達(dá)到一定取向度所需的拉應(yīng)力。溫度過高時(shí)，解取向也加快。因此不適當(dāng)?shù)厣?/p>

11、溫度過高時(shí)，解取向也加快。因此不適當(dāng)?shù)厣邷囟雀邷囟? ,甚至?xí)贡∧?qiáng)度降低過甚，而在拉甚至?xí)贡∧?qiáng)度降低過甚，而在拉伸中斷裂，故取向溫度應(yīng)適當(dāng)，一般控制在伸中斷裂，故取向溫度應(yīng)適當(dāng)，一般控制在TgTgTm(Tm(或或Tf)Tf)間。根據(jù)這一原因，薄膜取向后間。根據(jù)這一原因，薄膜取向后必須進(jìn)行快速冷卻，否則長(zhǎng)時(shí)間的高溫作用會(huì)必須進(jìn)行快速冷卻，否則長(zhǎng)時(shí)間的高溫作用會(huì)使薄膜中取向結(jié)構(gòu)消失或減少。使薄膜中取向結(jié)構(gòu)消失或減少。 2. 2. 拉伸速度拉伸速度 由于松弛過程需要時(shí)間，因此拉伸時(shí)，大分子形由于松弛過程需要時(shí)間，因此拉伸時(shí)，大分子形變?nèi)∠虻乃沙谶^程落后于拉伸速度的變化，如果變?nèi)∠虻乃沙谶^程

12、落后于拉伸速度的變化，如果拉伸速度過大，在較低延伸時(shí)，薄膜就可能在拉拉伸速度過大，在較低延伸時(shí)，薄膜就可能在拉伸中破裂。所以薄膜的延伸率和取向度是隨拉伸伸中破裂。所以薄膜的延伸率和取向度是隨拉伸速度增大而減小的速度增大而減小的。 3. 3. 拉伸倍數(shù)拉伸倍數(shù) 薄膜中的取向度隨拉伸倍數(shù)而增加。在通常采用的先縱后薄膜中的取向度隨拉伸倍數(shù)而增加。在通常采用的先縱后橫的拉伸工藝中，如果縱拉伸倍數(shù)過大，薄膜中先形成了橫的拉伸工藝中，如果縱拉伸倍數(shù)過大，薄膜中先形成了較高程度的單軸取向，再橫拉伸時(shí)就要大大地提高拉伸倍較高程度的單軸取向，再橫拉伸時(shí)就要大大地提高拉伸倍數(shù)，所以縱拉伸倍數(shù)不宜過大。縱拉伸一船較

13、容易實(shí)現(xiàn)和數(shù)，所以縱拉伸倍數(shù)不宜過大?？v拉伸一船較容易實(shí)現(xiàn)和控制，橫拉伸則要困難得多，而且工藝難于調(diào)節(jié)和控制，控制，橫拉伸則要困難得多，而且工藝難于調(diào)節(jié)和控制，較多采用較低的縱拉伸倍數(shù)。較多采用較低的縱拉伸倍數(shù)。 通常縱、橫拉伸倍數(shù)大多在通常縱、橫拉伸倍數(shù)大多在3-43-4之間，保證薄膜在之間，保證薄膜在各個(gè)方向都有較均衡的性能。各個(gè)方向都有較均衡的性能。 4. 4. 后處理后處理 對(duì)無定形聚合物的熱處理溫度通常在對(duì)無定形聚合物的熱處理溫度通常在TgTg附近，而附近，而結(jié)晶聚合物的熱處理通常在最大結(jié)晶溫度以下。結(jié)晶聚合物的熱處理通常在最大結(jié)晶溫度以下。 對(duì)結(jié)晶聚合物來講，薄膜中微晶結(jié)構(gòu)的形成能

14、使對(duì)結(jié)晶聚合物來講，薄膜中微晶結(jié)構(gòu)的形成能使聚合物的取向結(jié)構(gòu)保存下來，使聚合物薄膜的熱聚合物的取向結(jié)構(gòu)保存下來，使聚合物薄膜的熱收縮降低到最小程度，因此薄膜的熱定型過程實(shí)收縮降低到最小程度，因此薄膜的熱定型過程實(shí) 質(zhì)上是聚合物結(jié)晶的過程。質(zhì)上是聚合物結(jié)晶的過程。 為了防止聚合物中分子主鏈在熱定型中發(fā)生解取為了防止聚合物中分子主鏈在熱定型中發(fā)生解取向，同時(shí)有利于鏈段的松弛，取向薄膜的熱定型向，同時(shí)有利于鏈段的松弛，取向薄膜的熱定型必須在連續(xù)緊張的條件下進(jìn)行。必須在連續(xù)緊張的條件下進(jìn)行。小結(jié)小結(jié)（1 1）拉伸速率與拉伸倍數(shù)一定時(shí)，拉伸溫度）拉伸速率與拉伸倍數(shù)一定時(shí)，拉伸溫度越低，取向作用越大。越低，取向作用越大。（2 2）拉伸溫度和拉伸速度一定時(shí)，取向度隨）拉伸溫度和拉伸速度一定時(shí)，取向度隨拉伸倍數(shù)增大而提高。拉伸倍數(shù)增大而提高。（3 3）任何拉伸條件下，冷卻速度愈快，有效）任何拉伸條件下