張清怡砰盐，趙志杰闷袒，李 蕾
（北京燕山石化高科技術(shù)有限責(zé)任公司，北京市 102500）
摘 要： 介紹了流延工藝及其所用聚烯烴材料的種類岩梳。以低密度聚乙烯（LDPE）囊骤、線型低密度聚乙烯（LLDPE）為基料晃择，制備了不同配方的聚乙烯流延薄膜并對比了其性能，研究了不同流延工藝條件對流延薄膜性能的影響也物。結(jié)果表明：LLDPE含量的增加能夠提高薄膜力學(xué)性能宫屠，而LDPE能改善薄膜的光學(xué)性能；提高模頭溫度可以使薄膜橫向拉伸斷裂應(yīng)力增加滑蚯，縱向性能相反浪蹂，薄膜光學(xué)性能提高，熱封溫度降低告材；增加牽伸比坤次，薄膜光學(xué)性能降低；提高流延輥溫度斥赋，流延薄膜橫向拉伸斷裂應(yīng)力下降缰猴，縱向拉伸斷裂應(yīng)力增加，光學(xué)性能下降疤剑，熱封溫度提高滑绒。
關(guān)鍵詞： 聚乙烯 流延薄膜 結(jié)構(gòu) 加工工藝 拉伸性能
塑料薄膜按生產(chǎn)工藝可以分為吹塑薄膜、流延薄膜及拉伸薄膜三種隘膘。按產(chǎn)品原料分類疑故，流延薄膜主要有流延聚乙烯（CPE）薄膜、流延聚丙烯薄膜弯菊、乙烯-乙酸乙烯共聚物薄膜纵势、聚乙烯醇縮醛薄膜、聚對苯二甲酸乙二酯薄膜等［1］ 误续。流延薄膜工藝技術(shù)采用T型模頭法吨悍，原料樹脂經(jīng)擠機(jī)熔融后通過模頭流延到表面光潔的冷卻輥上扫茅，然后迅速冷卻成薄膜蹋嵌。經(jīng)厚度測試、牽引葫隙、電暈處理后栽烂，切去邊料，收卷為薄膜卷后再進(jìn)行切分恋脚，再進(jìn)行產(chǎn)品包裝腺办。目前，在聚乙烯薄膜生產(chǎn)領(lǐng)域糟描，日本 60%~70%裝置采用CPE工藝怀喉，而國內(nèi)采用CPE工藝僅有5％。相對于吹膜工藝制備薄膜的平整度±8％的誤差范圍船响，流延薄膜工藝制備的聚乙烯薄膜平整度誤差可以控制在±1％躬拢。與吹塑工藝相比躲履，采用流延工藝能夠制備霧度低于3％的高透明度聚乙烯薄膜，并且能使熱封溫度降低5~10 ℃聊闯。因此工猜，國內(nèi)越來越多的生產(chǎn)廠家開始引CPE設(shè)備，國內(nèi)CPE設(shè)備由2015年的低于20臺迅速增長到目前的近60臺菱蔬。本工作從聚乙烯結(jié)構(gòu)篷帅、配方及流延工藝對流延薄膜性能的影響進(jìn)行了詳細(xì)研究，以為下游CPE生產(chǎn)廠家提供指導(dǎo)拴泌。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 主要原料
低密度聚乙烯（LDPE） 226F魏身，熔體流動速率為4.0 g/10 min，中國石油化工股份有限公司（簡稱中國石化）北京燕山分公司蚪腐；線型低密度聚乙烯（LLDPE ）7042叠骑，熔體流動速率為2.0 g/10 min，中國石化天津分公司削茁。
1.2 主要儀器與設(shè)備
TA-6200型差示掃描量熱儀宙枷，日本精工公司；Magna-IR型傅里葉變換紅外光譜儀茧跋，美國Nicolet公司慰丛；ME-30/5200V3型流延機(jī)，德國OCS公司瘾杭；Instron5566型萬能試驗(yàn)機(jī)诅病，美國英斯特朗公司；NDH- 2000型霧度儀粥烁，日本電色工業(yè)株式會社贤笆；TP-701S型熱合封口機(jī)，日本Sangyo株式會社讨阻。
1.3 流延薄膜的制備
使用單層流延機(jī)芥永，制備流延薄膜試樣，薄膜厚度為（30±5） μm钝吮。
1.4 測試與表征
差示掃描量熱法（DSC）分析：將約5 mg的試樣在N2保護(hù)下升溫到180 ℃埋涧，恒溫10 min，消除熱歷史奇瘦，降溫得到試樣的結(jié)晶溫度（tc ）棘催，再升溫到180 ℃，得到試樣的熔融峰以及熔融溫度（tm）和熔融焓（ΔHm）耳标，升醇坝、降溫速率均為10 ℃/min。紅外光譜分析：取0.5 g左右試樣次坡，于165 ℃呼猪，50kg負(fù)荷下壓制成厚度為300 μm左右的薄片呀袱。按GB/T 6040—2002測試試樣的雙鍵數(shù)和甲基支化度。斷裂拉伸應(yīng)變郑叠、拉伸斷裂應(yīng)力夜赵、撕裂性能按GB/T 1040.3—2006測試，拉伸速度為500 mm/min乡革。霧度與透光率按GB/T 2410—2008測試寇僧。流延薄膜的熱封強(qiáng)度按QB/T 2358—1998測試。
2 結(jié)果與討論
2.1 聚乙烯結(jié)構(gòu)對流延薄膜性能的影響制備流延薄膜時(shí)沸版，設(shè)定加工溫度為170~200 ℃嘁傀，螺桿轉(zhuǎn)速為30 r/min，牽引速度為7 m/min视粮，冷卻溫度為25 ℃细办，分別制備LDPE 226F流延薄膜及 LLDPE 7042流延薄膜，薄膜厚度約為30 μm蕾殴。聚乙烯既有長支鏈（100~200個甚至更多的碳原子）笑撞，又有短支鏈。短支鏈支化（SCB）對結(jié)晶度影響較大钓觉。SCB影響密度茴肥、光學(xué)性能、力學(xué)性能荡灾、tm瓤狐。短支鏈的支化度可以用紅外光譜法測定［2］ ，用甲基 支化度來表現(xiàn)批幌。從表1可以看出：與LLDPE相比础锐，LDPE的甲基支化度更高，支化度對分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性具有破壞作用荧缘，可以降低結(jié)晶度皆警，從而提高薄膜的透光率、降低薄膜的霧度胜宇。
Tm和t c決定了薄膜的熱封性能和工藝耀怜。t c高有利于提高熱封強(qiáng)度恢着，但tm過高桐愉，則熱封溫度會過高，造成熱封困難掰派，且能耗大从诲。從表1還可以看出：由于LDPE的tm較低，因此薄膜熱封溫度也較LLDPE低靡羡。聚乙烯的相對分子質(zhì)量及其分布是表征聚合物結(jié)構(gòu)的一個重要參數(shù)系洛，對聚乙烯的聚集態(tài)和結(jié)晶相的形成有重要影響俊性，進(jìn)而對聚乙烯的加工和使用性能起著決定性的作用［3］ 。更高的平均相對分子質(zhì)量及更窄的相對分子質(zhì)量分布描扯，使薄膜具有更高的強(qiáng)度定页。因而LLDPE薄膜比LDPE薄膜擁有更高的拉伸斷裂應(yīng)力，但是兩者的斷裂拉伸應(yīng)變相差不大绽诚。
2.2 LDPE與LLDPE不同配比對流延薄膜性能的影響
按LDPE與LLDPE質(zhì)量比分別為1 0∶9 0典徊，30∶70，40∶60恩够，50∶50卒落，70∶30，90∶10制備流延薄膜蜂桶，記作試樣1~試樣6儡毕，設(shè)定加工溫度為170~200 ℃，模頭溫度為180 ℃扑媚，螺桿轉(zhuǎn)速為30 r/min腰湾，冷卻溫度為25 ℃，調(diào)節(jié)流延輥轉(zhuǎn)速使其對熔體的牽伸比為5.00疆股，制備出不同的流延薄膜檐盟，厚度約為30 µm。從圖1看出：隨著LDPE含量的增加押桃，流延薄膜橫向拉伸斷裂應(yīng)力逐漸降低葵萎，是由于LLDPE的甲基支化度低，結(jié)晶更完善唱凯，因此羡忘，LLDPE含量越高，薄膜拉伸斷裂應(yīng)力越高磕昼。而縱向拉伸斷裂應(yīng)力先降低后增加卷雕，這可能是由于拉伸過程中薄膜會沿著拉伸方向進(jìn)行取向，單純的LLDPE或LDPE取向程度會更好票从，擁有更高的拉伸斷裂應(yīng)力漫雕，而兩者的共混物在取向時(shí)，分子結(jié)構(gòu)的差異導(dǎo)致取向不完善峰鄙，因此會降低縱向拉伸斷裂應(yīng)力浸间。從圖1還看出：隨著LDPE含量的增加，薄膜光學(xué)性能提高吟榴，熱封溫度下降魁蒜，這是由于LDPE的甲基支化度更高，可以降低結(jié)晶度，從而降低霧度兜看。LDPE的tm更低锥咸，熱封時(shí)所需能耗更低，從而降低熱封溫度细移。
綜合不同配比共混物的拉伸性能搏予、光學(xué)性能及熱封性能，選擇m（LDPE）∶m（LLDPE）為30∶70的共混物作為后續(xù)的研究對象弧轧。
2.3 流延工藝對流延薄膜性能的影響
2.3.1 牽伸比
設(shè)定m（LDPE）∶m（LLDPE）為30∶70缔刹，加工溫度為170~200 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為30 r/min劣针，冷卻溫度為25 ℃校镐，調(diào)節(jié)流延輥轉(zhuǎn)速使其對熔體的牽伸比分別為3.75，5.00和7.50捺典，測得熱封溫度分別為110鸟廓，107，106 ℃襟己。從圖2可以看出：隨著牽伸比增加引谜，流延薄膜橫向拉伸斷裂應(yīng)力下降，縱向拉伸斷裂應(yīng)力增加擎浴；橫向员咽、縱向斷裂拉伸應(yīng)變均增加；隨著牽伸比增加贮预，薄膜霧度增加贝室，光學(xué)性能下降；隨著牽伸比增加仿吞，薄膜的熱封溫度降低滑频。因?yàn)殡S著牽伸比增加，沿著牽伸方向的片晶取向程度明顯提高唤冈，即提高牽伸比有利于分子鏈在牽伸方向的取向［4］ 峡迷，因此縱向拉伸斷裂應(yīng)力增加、橫向拉伸斷裂應(yīng)力下降你虹；同時(shí)增加牽伸比能夠促進(jìn)片晶在垂直于牽伸方向上的生長绘搞，使流延薄膜縱向形成排列更加規(guī)整有序的片晶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致光學(xué)性能下降傅物；然而增大牽伸比相應(yīng)減少了熔體在拉伸應(yīng)力場下冷卻結(jié)晶的時(shí)間夯辖，導(dǎo)致結(jié)晶度和片晶厚度有所降低，因此熱封溫度有所下降挟伙。
2.3.2 模頭擠出溫度
設(shè)定m（LDPE）∶m（LLDPE）為30∶70楼雹，加工溫度為170~200 ℃模孩，螺桿轉(zhuǎn)速為30 r/min尖阔，冷卻溫度為25 ℃贮缅，調(diào)節(jié)流延輥轉(zhuǎn)速使其對熔體的牽伸比為5.00，模頭擠出溫度分別160介却，180谴供，200 ℃，測得熱封溫度分別為109齿坷，107桂肌，105 ℃。從圖3可以看出：隨著模頭擠出溫度升高永淌，流延薄膜橫向拉伸斷裂應(yīng)力增加崎场，縱向拉伸斷裂應(yīng)力、熱封溫度降低遂蛀，霧度下降谭跨，光學(xué)性能提高。這是因?yàn)槟ｎ^擠出溫度低李滴，模頭與流延輥之間有較低的溫差螃宙，可以使尚未結(jié)晶完全的鏈段繼續(xù)結(jié)晶，沿著牽伸方向的晶區(qū)缺陷逐漸被完善所坯，因此模頭擠出溫度低谆扎，制備的流延薄膜具有較高的縱向拉伸斷裂應(yīng)力。另一方面芹助，模頭擠出溫度升高堂湖，熔體從擠出機(jī)口模流出后與流延輥的溫差增加，黏附在流延輥面上相當(dāng)于受到快速冷卻的作用状土，使熔體在拉伸應(yīng)力場下的結(jié)晶受到了限制苗缩，因此結(jié)晶度和片晶厚度都較低，并且結(jié)晶不充分導(dǎo)致生成的晶粒較小声诸，使光學(xué)性能提高酱讶。
2.3.3 流延輥溫度
設(shè)定m（LDPE）∶m（LLDPE）為30∶70，擠出溫度為170~200 ℃彼乌，螺桿轉(zhuǎn)速為30 r/min泻肯，調(diào)節(jié)流延輥轉(zhuǎn)速使其對熔體的牽伸比為5.00，流延輥溫度分別為25慰照，30灶挟，35 ℃，其中熱封溫度分別為107毒租，108稚铣，110 ℃。 從圖4可以看出：隨著流延輥溫度升高，流延薄膜橫向拉伸斷裂應(yīng)力下降惕医，縱向拉伸斷裂應(yīng)力增加耕漱，霧度增加，光學(xué)性能下降抬伺，熱封溫度提高螟够。這是因?yàn)楫?dāng)流延輥溫度較低時(shí)，熔體從擠出機(jī)口模流出后黏附在流延輥表面被迅速冷卻峡钓，使熔體在拉伸應(yīng)力場下的結(jié)晶受到了限制妓笙，因此結(jié)晶度和片晶厚度都較低。流延輥溫度升高時(shí)能岩，相當(dāng)于給予黏附在流延輥表面的流延薄膜一定的熱處理作用寞宫，使鏈段結(jié)晶更完善，結(jié)晶度和片晶厚度都得到提高拉鹃，因此辈赋，提高流延輥溫度，流延薄膜縱向拉伸斷裂應(yīng)力增加毛俏，光學(xué)性能下降炭庙，熱封溫度提高。
3 結(jié)論
a）與LLDPE相比煌寇，LDPE結(jié)構(gòu)規(guī)整度低焕蹄，相對分子質(zhì)量分布寬，所制流延薄膜具有更低的熱封溫度阀溶、更優(yōu)異的光學(xué)性能腻脏，但是力學(xué)性能較差。
b）隨著共混物中LDPE含量的增加银锻，流延薄膜的橫向拉伸斷裂應(yīng)力逐漸降低永品，但是縱向拉伸斷裂應(yīng)力則先降低后增加，光學(xué)性能提高击纬，熱封溫度降低鼎姐。
c）提高模頭擠出溫度可以使薄膜橫向拉伸斷裂應(yīng)力增加，縱向拉伸斷裂應(yīng)力降低更振，薄膜光學(xué)性能提高炕桨，熱封溫度降低；增加牽伸比肯腕，薄膜光學(xué)性能降低献宫；提高流延輥溫度，流延薄膜橫向拉伸斷裂應(yīng)力下降实撒，縱向拉伸斷裂應(yīng)力增加姊途，光學(xué)性能下降涉瘾，熱封溫度提高。
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