浅谈双向拉伸聚酯薄膜生产流程和技术发展

浅谈双向拉伸聚酯薄膜生产流程和技术发展

何大伦

佛山杜邦鸿基薄膜有限公司 广东佛山 528000

摘要：双向拉伸聚酯薄膜（BOPET薄膜）是聚酯切片经过热熔融挤出，经过纵向拉伸横向拉伸成型的塑料薄膜。本文主要介绍双向拉伸聚酯薄膜现有工艺流程技术的情况，主要包含生产工艺和生产设备两个方面，以及行业的技术发展情况。

关键词：双向拉伸；聚酯薄膜；生产工艺流程；行业技术发展

一、双向拉伸聚酯薄膜的背景简述

双向拉伸聚酯薄膜（简称 BOPET 薄膜）具有机械强度高、刚性好、透明、光泽度高、韧性强，耐磨性、耐折叠性、耐针孔性、抗静电性和抗撕裂性，已广泛用于电子、电气、绝缘、磁记录材料、感光材料、胶片、标牌、装饰、转移基材、包装等领域。^[1]双向拉伸聚酯薄膜主要应用在包装材料，初期应用主要在包装卡带、胶片、食品医药等。发展至今日，由于在新材料的技术研发取得了突破性进展，极大地丰富了双向拉伸聚酯薄膜材料的应用领域，该材料已用于微型电路干式阻隔用膜材、太阳能背板电池薄膜材料、液晶显示屏幕材料、低萃取绝缘材料、防伪基材及航空航天材料等高新技术行业。目前，各大高分子材料生产商开始深度研究双向拉伸聚酯薄膜的技术研发，对双向拉伸聚酯薄膜的各方面性能进行了深度的挖掘，研发出具有差异化特色的聚酯薄膜，以应对未来的发展趋势占领市场。^[2]

二、双向拉伸聚酯薄膜生产工艺流程

2.1 结晶和干燥。聚酯薄膜的原材料“切片”由于包装运输环境，不可避免地带有少量的水分，为减少其影响，在熔融挤出之前需要对原材料切片进行预结晶和干燥。预结晶和干燥能较为精细地去除原材料中的水分，含水量降低原材料受热熔化所需温度将有所提升，熔化后物质较为独立、均匀，拉伸时不会出现局部粘连现象。^[3]预结晶和干燥设定工序温度一般要高于水沸点温度，参考控制在140℃~170℃，干燥时间约2~4h。

2.2 熔融挤出。熔融挤出的设备常见的是单螺杆挤出机或者双螺杆挤出机，其本身具有熔融和挤出的功能，还包括熔体管、计量泵以及过滤系统。经过预结晶和干燥后的聚酯薄膜切片投入挤出机后，开始了挤出机运行，其作用是聚酯薄膜切片在其中进行预加热，通过螺杆压实、压缩最终熔融塑化。计量泵的作用是保证挤出压力稳定，保证生产的薄膜厚度均匀。过滤系统，一般由多片过滤碟组成，其作用是过滤熔体中可能存在凝聚粒子、杂质等影响聚酯薄膜质量的异物。熔体经过过滤后，会通往模头挤出，冷却铸片形成低结晶度片材，便于后面双向拉伸工序。

2.3 双向拉伸。双向拉伸聚酯薄膜生产过程中一般是先经过纵向拉伸工序，然后再是横向拉伸工序，也称两步拉伸法。纵拉机和横拉机是双向拉伸技术生产薄膜的核心装置。纵向拉伸工艺过程是在纵拉机中由辊筒完成，其原理为利用快速区辊筒与慢速区辊筒之间的速差（按照设定纵拉伸比）实现纵向拉伸。纵向机是由预热辊、拉伸辊、红外加热器、冷却辊等构成。横拉机由烘箱、链夹、链条、导轨、润滑系统、热循环风系统、排风系统等组成。横拉机两边装有可回转链条，链夹装在链条上，链条在导轨上运行。经过纵拉后的薄膜片材，进入横拉区后，首先是被空气加热预热薄膜，再次经过拉伸、热定型、冷却实现横向拉伸效果。

2.4 牵引收卷与分切。聚酯薄膜经过双向拉伸后需要牵引冷却后收成大母卷，牵引流程是薄膜经过牵引导辊、展平辊、冷却辊等，牵引机中一般有在线测厚仪，电晕机和在线检测设备等。薄膜再通过收卷机进行收卷，收卷后的大膜卷后将根据客户的订单要求，在分切机上再分切成小卷成品。上面所述的分切机主要由放卷台、张力控制辊、导向辊、摆动装置、橡胶（带纹路）压辊、收卷臂等部分组成。^[4]薄膜外观质量如膜卷表面平坦度、松紧程度、端面齐整度、皱褶等，都跟分切机的设备状况和分切工艺息息相关。

2.5回用配套系统。双向拉伸聚酯薄膜生产过程中，不可避免地要产生边角料和废膜，其可达 20% -30%左右。为降低消耗，保护环境，必须对聚酯薄膜生产过程的边废料进行回收再生循环利用。常见回收手段是压团回用和粉碎造粒。

三、双向拉伸聚酯薄膜行业技术发展

双向拉伸聚酯薄膜在市场上的主要应用是包装复合，约占总用量的一半以上。随着人们物质生活水平的提高，人们对包装材料的要求也越来越高，要求有增强型镀铝印刷、高阻隔性、耐热性、光学高透低雾度、抗紫外线老化、阻燃性、生物降解要求等等。发展的趋势中，普通聚酯薄膜已不再完全满足行业的要求，必须根据行业的差别化的使用要求，开发出各种新型特性功能的聚酯薄膜，其技术路线就是对聚酯薄膜进行改性研究。

3.1表面涂布改性。表面涂布法是在聚酯薄膜基材表面进行涂布化学物质，对表面进行改性，此是可提高聚酯薄膜阻隔性的方法。聚酯薄膜可采用涂布聚偏二氯乙烯乳液提高其阻隔性能。聚酯薄膜如涂布含紫外线(UV)吸取剂的透明涂层( 如: 环氧丙烯酸聚合物、聚氨酯类丙烯酸酯、聚酯类丙烯酸酯) ，可组成聚酯薄膜的紫外线掩护层，从而给聚酯薄膜的赋予抗紫外线能力。

^[5]如在聚酯薄膜表面涂布如121类型涂布液，镀铝后可接触水溶液而不会产生镀铝层脱层征象，涂布法的PET 薄膜的表面湿张力不会由于在高温、高湿的气候条件下而衰减。

3.2多层共挤。普通的聚酯薄膜实现具有可热封性，可在三层共挤生产线上的表层挤出不结晶的PETG，可实现热封效果。若实现单面哑光效果，可以通过共挤效果，一面的哑光配方，一面的普通光亮透明效果。单面白色效果同理可得。Nordson EDI公司Contour^TM 模头可将多歧管模头或单歧管模头与喂料装置配合使用，以实现多层共挤效果，可实现九层或更多层薄膜，物料分配提高产品质量，产品转换更具灵活性。^[6]

3.3聚酯改性。通过聚酯切片生产工序的改变实现改性，比如切片工艺中添加聚酯的热稳定剂，磷酸三甲酯( TMP) 或磷酸三苯酯( TPP)、三乙基磷酸酯( TEPA) 等提高热稳定性能。比如开发新型催化剂，目前，绝大多数聚酯生产装置所使用的催化剂均为三氧化二锑为主的锑系列催化剂，锑属于重金属，不利于环保。有出现钛类催化剂，其效果缩短聚合所需时间，提高了聚酯装置的生产能力，特别是制得的切片不含有重金属。其他改性方式例如共混改性，就是在聚酯树脂中加入一定比例的别的物质，如加入PEN进行共混，可以大大提升薄膜的阻隔性、耐热性等性能。近期响应国家绿色发展号召，可降解塑料市场快速增长，如生物降解聚酯材料PBAT、可与PLA、淀粉等材料进行共混进一步生产可生物降解改性材料和生物降解制品。

3.4 产能提升增效。随着市场需求量日益增大，国内生产质量水平逐渐提高，产能提高，新增新产线，淘汰落后产能是发展趋势。2021年国内大型聚酯薄膜企业百宏集团新增双向拉伸聚酯薄膜生产线投产，宽幅8.7米，产能设计3.5万吨。

四、小结

双向拉伸聚酯薄膜生产流程相对比较清晰具体，但是在实际过程中工序多，设备结构复杂和精密度高，需要针对当前聚酯薄膜生产过程如成膜性，功能特性等问题进行深入研究和技术创新，并不断优化生产结构，解决生产难题。

随着巿场对聚酯薄膜性能要求也日益严格，可通过表面涂布改性、多层共挤，聚酯改性，包括共聚改性、共混改性等，对聚酯原料进行改性，可以提高 BOPET 薄膜在抗紫外线、镀铝增强、提升热稳定性、可热封、可生物降解等方面的性能，实现产品差异化，功能化是聚酯薄膜技术发展的趋势。另一方面，聚酯薄膜行业技术发展，可预见是生产成本消耗将进一步降低，产能进一步提高，而机械的自动化水平程度将逐渐上升，落后产能会将逐渐淘汰，这也是在环境保护的可持续发展大环境以及科技发展下的必然结果。

参考文献：

1. 彭超.双向拉伸聚酯薄膜生产线干燥工序对薄膜生产及性能的影响[J].安徽化工.2021,47(01)

2. 俞建兵.双向拉伸聚酯薄膜生产技术研究[J].科学技术创新.2017,(24)

[3]唐文鹏.双向拉伸PET薄膜生产技术与发展方向[J].科技资讯.2018,16(27)

[4]冯树铭.双向拉伸 PET 薄膜生产线技术(续六)[J].聚酯工业.2011,24(06)

[5]张健、张鑫、刘晶、元赵鑫.改性聚酯技术在薄膜聚酯行业的发展及应用[J].聚酯工业.2020,33(06)

[6]张友根.双向拉伸薄膜工程技术的创新现状和进展[J].橡塑技术与装备.2018,44(22)