"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)域的生產(chǎn)要求。
塑料薄膜已經(jīng)發(fā)展成為我國(guó)產(chǎn)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)、建筑裝飾及日用品等領(lǐng)域，其產(chǎn)量約占塑料制品總產(chǎn)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）是近幾年迅速發(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，雙向拉伸成為近年來頗受關(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(duì)氣體和水汽的滲透性降低；光學(xué)性能、透明度、表面光澤度提高；耐熱性、耐寒性能得到改善，尺寸穩(wěn)定性好；厚度均勻性好，厚度偏差小；實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化程度和高速生產(chǎn)。
適用于雙向拉伸生產(chǎn)的塑料薄膜主要包括聚酯、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)的基本原理為：高聚物原料通過擠出機(jī)被加熱熔融擠出成厚片后，在玻璃化溫度以上、熔點(diǎn)以下的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)（高彈態(tài)下），通過縱拉機(jī)與橫拉機(jī)時(shí)在外力作用下，先后沿縱向和橫向進(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，然后在拉緊狀態(tài)下進(jìn)行熱定型，使取向的大分子結(jié)構(gòu)固定，最后經(jīng)冷卻及后續(xù)處理便可制得薄膜。
生產(chǎn)設(shè)備與工藝
雙向拉伸薄膜生產(chǎn)線是由多種設(shè)備組成的連續(xù)生產(chǎn)線，包括：干燥塔、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。其生產(chǎn)流程較長(zhǎng)，工藝也比較復(fù)雜。
以BOPET薄膜為例，將主要設(shè)備與工藝簡(jiǎn)述如下：
1、配料與混合
普通BOPET薄膜所使用的原料主要是母料切片和有光切片。母料切片是指含有添加劑的PET切片，添加劑有二氧化硅、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硅母料切片與有光切片配用，其作用是通過二氧化硅微粒在薄膜中的分布，增加薄膜表面微觀上的粗糙度，使收卷時(shí)薄膜之間容納有極少量的空氣，從而防止薄膜粘連。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)行混合后進(jìn)入下工序。
2、結(jié)晶和干燥
對(duì)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)晶和干燥處理。這樣做的目的是：提高聚合物的軟化點(diǎn)，避免其在干燥和熔融擠出過程中樹脂粒子互相粘連或結(jié)塊；去除樹脂中的水分，防止含有酯基的聚合物在熔融擠出過程中發(fā)生水解或產(chǎn)生氣泡。
PET的預(yù)結(jié)晶和干燥設(shè)備一般采用帶有結(jié)晶床的填充塔，同時(shí)配有干空氣制備裝置，包括空壓機(jī)、分子篩去濕器、加熱器等。預(yù)結(jié)晶和干燥溫度為150℃～170℃，干燥時(shí)間約3.5～4h，干燥后的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)晶和干燥處理后的PET切片進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行加熱熔融塑化。為了保證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(duì)長(zhǎng)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，并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(gè)排氣口與兩個(gè)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，因而可以省去一套復(fù)雜的預(yù)結(jié)晶/干燥系統(tǒng)，節(jié)省投資并降低運(yùn)行成本。擠出機(jī)溫度設(shè)定從加料口到機(jī)頭約為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(shí)的阻力，保持薄膜厚度的均勻性。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。為了去除熔體中可能存在的雜質(zhì)、凝膠粒子、魚眼等異物，常在熔體管線上計(jì)量泵的前后各安裝一個(gè)過濾器。BOPET薄膜生產(chǎn)線通常采用碟狀過濾器，其材料為不銹鋼網(wǎng)與不銹鋼燒結(jié)氈組合而成。不銹鋼碟片的尺寸為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(zhǎng)度盡量短一些，以免熔體在其中滯流，停留時(shí)間過長(zhǎng)而產(chǎn)生降解。
來自擠出機(jī)的熔體被擠入到熔體管后，分別流經(jīng)粗過濾器、計(jì)量泵、精過濾器后進(jìn)入模頭。如果是三層共擠生產(chǎn)線，在模頭上方還配置一個(gè)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(shí)，沿著管壁的熔體溫度與熔體中心的溫度有較大的溫差。為使進(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)部安裝若干組靜態(tài)混合器，熔體流過靜態(tài)混合器時(shí)，會(huì)自動(dòng)產(chǎn)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，模頭開度通過若干個(gè)帶有加熱線圈的推/拉式差動(dòng)螺栓進(jìn)行初調(diào)，并通過在線測(cè)厚儀的自動(dòng)測(cè)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(dòng)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(duì)下道拉伸工序產(chǎn)生不良影響。為此，要求鑄片輥表面溫度均勻，冷卻效果好。同時(shí)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，防止急冷輥快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)卷入空氣，以保證傳熱/冷卻效果。
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：利用高壓發(fā)生器產(chǎn)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(chǎng)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，鑄片與急冷輥表面緊密吸附在一起，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。縱向拉伸機(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(dòng)裝置等組成。縱向拉伸通常為單點(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產(chǎn)生的，一般為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(rùn)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。橫拉比為3.5～4倍。
7、 牽引收卷與分切
本工序由若干個(gè)牽引導(dǎo)向輥、冷卻輥、展平輥、張力輥、跟蹤輥、切邊裝置、測(cè)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(cè)厚、電暈處理后便可進(jìn)行收卷和分切，經(jīng)檢驗(yàn)合格后即是成品。
塑料薄膜已經(jīng)發(fā)展成為我國(guó)產(chǎn)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)、建筑裝飾及日用品等領(lǐng)域，其產(chǎn)量約占塑料制品總產(chǎn)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）是近幾年迅速發(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，雙向拉伸成為近年來頗受關(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(duì)氣體和水汽的滲透性降低；光學(xué)性能、透明度、表面光澤度提高；耐熱性、耐寒性能得到改善，尺寸穩(wěn)定性好；厚度均勻性好，厚度偏差小；實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化程度和高速生產(chǎn)。
適用于雙向拉伸生產(chǎn)的塑料薄膜主要包括聚酯、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)的基本原理為：高聚物原料通過擠出機(jī)被加熱熔融擠出成厚片后，在玻璃化溫度以上、熔點(diǎn)以下的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)（高彈態(tài)下），通過縱拉機(jī)與橫拉機(jī)時(shí)在外力作用下，先后沿縱向和橫向進(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，然后在拉緊狀態(tài)下進(jìn)行熱定型，使取向的大分子結(jié)構(gòu)固定，最后經(jīng)冷卻及后續(xù)處理便可制得薄膜。
生產(chǎn)設(shè)備與工藝
雙向拉伸薄膜生產(chǎn)線是由多種設(shè)備組成的連續(xù)生產(chǎn)線，包括：干燥塔、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。其生產(chǎn)流程較長(zhǎng)，工藝也比較復(fù)雜。
以BOPET薄膜為例，將主要設(shè)備與工藝簡(jiǎn)述如下：
1、配料與混合
普通BOPET薄膜所使用的原料主要是母料切片和有光切片。母料切片是指含有添加劑的PET切片，添加劑有二氧化硅、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硅母料切片與有光切片配用，其作用是通過二氧化硅微粒在薄膜中的分布，增加薄膜表面微觀上的粗糙度，使收卷時(shí)薄膜之間容納有極少量的空氣，從而防止薄膜粘連。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)行混合后進(jìn)入下工序。
2、結(jié)晶和干燥
對(duì)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)晶和干燥處理。這樣做的目的是：提高聚合物的軟化點(diǎn)，避免其在干燥和熔融擠出過程中樹脂粒子互相粘連或結(jié)塊；去除樹脂中的水分，防止含有酯基的聚合物在熔融擠出過程中發(fā)生水解或產(chǎn)生氣泡。
PET的預(yù)結(jié)晶和干燥設(shè)備一般采用帶有結(jié)晶床的填充塔，同時(shí)配有干空氣制備裝置，包括空壓機(jī)、分子篩去濕器、加熱器等。預(yù)結(jié)晶和干燥溫度為150℃～170℃，干燥時(shí)間約3.5～4h，干燥后的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)晶和干燥處理后的PET切片進(jìn)入單螺桿擠出機(jī)進(jìn)行加熱熔融塑化。為了保證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(duì)長(zhǎng)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，并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(gè)排氣口與兩個(gè)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，因而可以省去一套復(fù)雜的預(yù)結(jié)晶/干燥系統(tǒng)，節(jié)省投資并降低運(yùn)行成本。擠出機(jī)溫度設(shè)定從加料口到機(jī)頭約為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(shí)的阻力，保持薄膜厚度的均勻性。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。為了去除熔體中可能存在的雜質(zhì)、凝膠粒子、魚眼等異物，常在熔體管線上計(jì)量泵的前后各安裝一個(gè)過濾器。BOPET薄膜生產(chǎn)線通常采用碟狀過濾器，其材料為不銹鋼網(wǎng)與不銹鋼燒結(jié)氈組合而成。不銹鋼碟片的尺寸為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(zhǎng)度盡量短一些，以免熔體在其中滯流，停留時(shí)間過長(zhǎng)而產(chǎn)生降解。
來自擠出機(jī)的熔體被擠入到熔體管后，分別流經(jīng)粗過濾器、計(jì)量泵、精過濾器后進(jìn)入模頭。如果是三層共擠生產(chǎn)線，在模頭上方還配置一個(gè)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(shí)，沿著管壁的熔體溫度與熔體中心的溫度有較大的溫差。為使進(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)部安裝若干組靜態(tài)混合器，熔體流過靜態(tài)混合器時(shí)，會(huì)自動(dòng)產(chǎn)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，模頭開度通過若干個(gè)帶有加熱線圈的推/拉式差動(dòng)螺栓進(jìn)行初調(diào)，并通過在線測(cè)厚儀的自動(dòng)測(cè)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(dòng)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(duì)下道拉伸工序產(chǎn)生不良影響。為此，要求鑄片輥表面溫度均勻，冷卻效果好。同時(shí)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，防止急冷輥快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)卷入空氣，以保證傳熱/冷卻效果。
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：利用高壓發(fā)生器產(chǎn)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(chǎng)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，鑄片與急冷輥表面緊密吸附在一起，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。縱向拉伸機(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(dòng)裝置等組成。縱向拉伸通常為單點(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產(chǎn)生的，一般為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(rùn)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。橫拉比為3.5～4倍。
7、 牽引收卷與分切
本工序由若干個(gè)牽引導(dǎo)向輥、冷卻輥、展平輥、張力輥、跟蹤輥、切邊裝置、測(cè)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(cè)厚、電暈處理后便可進(jìn)行收卷和分切，經(jīng)檢驗(yàn)合格后即是成品。
