平膜法逐步双向拉伸工艺流程为:原料→挤出→流延→纵向拉伸→切边→电晕处理→收卷→大膜卷→陈化→分切→成品。

图片 1透气性塑料薄膜以聚烯烃树脂为载体,加入微细特殊填充料后用流延冷辊成型法挤出而成,经纵向拉伸处理后,具有独特的微孔结构。
这些以高密度分布在薄膜表面的特殊结构微孔,使薄膜既能阻隔液体水的渗漏,又能让水蒸汽等气体分子通过。
该薄膜的原材料主要由基本树脂(LLDPE+LDPE、HDPE、EVA或PP)和无机填充物(CaCO3含量在45%~50%之间)组成。
在湿度90%、37℃的条件下测量,水蒸气透气率可达到500~5000g/m2,耐水压。
在通常情况下,该薄膜的温度比非透气性薄膜低1.0~1.5℃,手感柔软,吸附力强。

图片 2

图片 3

用于拉伸的厚片应该是无定型的,工艺上为达到这一目的,对结晶性聚合物所采取的的措施是在厚片挤出后立即施行急冷,其中厚片的厚度一般为拉伸薄膜的12~16倍。
经过纵横两向拉伸定向的薄膜要在高温下定型处理,以减少内应力并获得稳定的尺寸,然后冷却、切边、卷取。
如果需印刷再增加电火花处理等工序。

前景广阔的透气性塑料薄膜

大多数热塑性塑料都可以用吹塑法来生产吹塑薄膜,吹塑薄膜是将塑料挤成薄管,然后趁热用压缩空气将塑料吹胀,再经冷却定型后而得到的筒状薄膜制品,这种薄膜的性能处于定向膜同流延膜之间:强度比流延膜好,热封性比流延膜差。 吹塑法生产的薄膜品种有很多,比如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯一乙酸乙烯共聚物等,这里我们就对常用的低密度聚乙烯薄膜的吹塑生产工艺及其常见故障进行简单的介绍。

聚乙烯吹塑薄膜材料的选择

1.选用的原料应当是用吹膜级的聚乙烯树脂粒子,含有适量的爽滑剂,保证薄膜的开口性。

2.树脂粒子的熔融指数太大,则熔融树脂的粘度太小,加工范围窄,加工条件难以控制,树脂的成膜性差,不容易加工成膜;此外,熔融指数太大,聚合物相对分子量分布太窄,薄膜的强度较差。
因此,应当选用熔融指数较小,且相对分子量分布较宽的树脂原料,这样既能满足薄膜的性能要求,又能保证树脂的加工特性。
吹塑聚乙烯薄膜一般选用熔融指数在2~6g/10min范围之间的聚乙烯原料。

吹塑薄膜工艺流程大致如下:

料斗上料一物料塑化挤出→吹胀牵引→风环冷却→人字夹板→牵引辊牵引→电晕处理→薄膜收卷

但是,值得指出的是,吹塑薄膜的性能跟生产工艺参数有着很大的关系,因此,在吹膜过程中,必须要加强对工艺参数的控制,规范工艺操作,保证生产的顺利进行,并获得高质量的薄膜产品。
在聚乙烯吹塑薄膜生产过程中,主要是做好以下几项工艺参数的控制:

吹塑低密度聚乙烯薄膜时,挤出温度一般控制在160℃~170℃之间,且必须保证机头温度均匀,挤出温度过高,树脂容易分解,且薄膜发脆,尤其使纵向拉伸强度显著下降;温度过低,则树脂塑化不良,不能圆滑地进行膨胀拉伸,薄膜的拉伸强度较低,且表面的光泽性和透明度差,甚至出现像木材年轮般的花纹以及未熔化的晶核。

吹胀比是吹塑薄膜生产工艺的控制要点之一,是指吹胀后膜泡的直径与未吹胀的管环直径之间的比值。
吹胀比为薄膜的横向膨胀倍数,实际上是对薄膜进行横向拉伸,拉伸会对塑料分子产生一定程度的取向作用,吹胀比增大,从而使薄膜的横向强度提高。
但是,吹胀比也不能太大,否则容易造成膜泡不稳定,且薄膜容易出现皱折。
因此,吹胀比应当同牵引比配合适当才行,一般来说,低密度聚乙烯薄膜的吹胀比应控制在2.5~3.0为宜。

牵引比是指薄膜的牵引速度与管环挤出速度之间的比值。
牵引比是纵向的拉伸倍数,使薄膜在引取方向上具有定向作用。
牵引比增大,则纵向强度也会随之提高,且薄膜的厚度变薄,但如果牵引比过大,薄膜的厚度难以控制,甚至有可能会将薄膜拉断,造成断膜现象。
低密度聚乙烯薄膜的牵引比一般控制在4~6之间为宜。

露点又称霜线,指塑料由粘流态进入高弹态的分界线。
在吹膜过程中,低密度聚乙烯在从模口中挤出时呈熔融状态,透明性良好。
当离开模口之后,要通过冷却风环对膜泡的吹胀区进行冷却,冷却空气以一定的角度和速度吹向刚从机头挤出的塑料膜泡时,高温的膜泡与冷却空气相接触,膜泡的热量会被冷空气带走,其温度会明显下降到低密度聚乙烯的粘流温度以下,从而使其冷却固化且变得模糊不清了。
在吹塑膜泡上我们可以看到一条透明和模糊之间的分界线,这就是露点。

在吹膜过程中,露点的高低对薄膜性能有一定的影响。
如果露点高,位于吹胀后的膜泡的上方,则薄膜的吹胀是在液态下进行的,吹胀仅使薄膜变薄,而分子不受到拉伸取向,这时的吹胀膜性能接近于流延膜。
相反,如果露点比较低,则吹胀是在固态下进行的,此时塑料处于高弹态下,吹胀就如同横向拉伸一样,使分子发生取向作用,从而使吹胀膜的性能接近于定向膜。

聚乙烯薄膜的宽度、厚度应当符合要求,薄膜薄厚均匀,横、纵向的厚度偏差小,且偏差分布比较均匀。

要求聚乙烯薄膜塑化良好,无明显的”水纹”和”云雾”;薄膜的表面应当平整光滑,无皱折或仅有少量的活褶;不允许有气泡、穿孔及破裂现象;无明显的黑点、杂质,晶点和僵块;不允许有严重的挂料线和丝纹存在。

由于吹塑后的聚乙烯薄膜用于印刷或者复合加工工艺时,要受到机械力的作用,因此,要求聚乙烯薄膜的物理机械性能应当优良,主要包括拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度等几项指标应当符合标准。

为了使印刷油墨和复合用胶粘剂在聚乙烯薄膜表面具有良好的润湿性和附着力,要求聚乙烯薄膜的表面张力应当达到一定的标准,否则就会影响印刷和复合生产的顺利进行。
一般来说,聚乙烯薄膜的表面张力至少应当达到38达因以上,达到40达因以上更佳。

要:本文分析了BOPP薄膜的厚度、光学性能、表面润湿张力、摩擦系数、低静电性对BOPP薄膜印刷适性的影响,并提出了BOPP生产控制要素。

关键词:BOPP;印刷适性;探讨

双向拉伸聚丙烯薄膜作为一种印刷基材,具有轻盈透明、防潮抗氧、气密性好、有韧性耐折、表面光滑、耐热酸碱、溶剂、摩擦、撕裂,而且能再现商品的造型、色彩等优点。
BOPP薄膜经电晕处理后,有良好的印刷适性,套色印刷可得到精美的外观效果,常用作复合薄膜的面层材料。

可是,BOPP薄膜也有不足,如在高速运转的生产线上,BOPP薄膜容易产生静电并且热封性差。
BOPP薄膜的引发撕裂强度在拉伸后提高较大,而继发撕裂强度却很低一般要求BOPP薄膜两端面不能留有任何切口,否则BOPP薄膜在印刷、复合时容易撕断。

随着国内外软包装行业的高速发展,BOPP薄膜的功用和用量也呈快速上升趋势。
塑料薄膜印刷制品的要求是:高透明度、高光泽度、高拉伸强度、低雾度、低静电性能、优良开口性。

1影响BOPP薄膜印刷的主要因素

1.1薄膜的厚度

BOPP薄膜厚度不均匀,在印刷过程中会出现涂墨不匀、套印过渡色效果差;在放卷收卷过程中摩擦系数不均匀,来回摆动;经常出现粘连、点状撕裂等现象。
最终造成印刷成品率低。

1.2薄膜的光学性能

反映BOPP薄膜光学性能有三个主要指标,即雾度、透明度和光泽度。
雾度值越低,透明度越高,
从而显得外包装的商标图案等更加清晰、艳丽光泽度越高,包装则显得更加美观、亮丽,视觉效果较好。
低雾度、高透明度、高光泽度的薄膜会使包装外观更为高档,从而提高消费者的购买欲望。
但是薄膜光学性能会随着库存时间的延长而下降,这主要与薄膜内部各种添加剂的迁移有关,所以建议BOPP薄膜不要长时间库存为了得到最佳的使用效果,库存期最好控制在3~
4个月内。

1.3表面润湿张力

当BOPP薄膜作为复合薄膜基材或用于印刷时,必须进行电晕处理,以提高油墨的粘附力和复合强度。
通常情况下能够满足印刷和复合要求的薄膜,其表面润湿张力必须达到38
dyn/cm以上但经过电晕处理后,薄膜的表面润湿张力会随着时间的推移有所下降。
表面润湿张力的下降幅度主要与原料内部的低分子添加剂的含量有关。
一般低分子添加物越多则表面润湿张力的下降幅度越大。
通常零时效处理达4 2x 10-4N /cm即可。
如果处理程度过大,则薄膜表面氧化过度**,**薄膜变得发脆,薄膜的机械强度下降;处理程度太小,将影响印刷牢度和复合强度。
处理方法大多是通过氧化,使之增加极性,使表面结构发生变化。
具体的处理方法有放电**(**俗称电晕**)**法。
处理后的薄膜应尽快使用**,**否则会影响印刷效果。

1.4摩擦系数

BOPP薄膜的摩擦性能可以通过材料的动静摩擦系数来表征。
凹版印刷过程中的摩擦力主要包括设备自身的摩擦和设备与承印材料及油墨之间的摩擦,其中印刷过程中设备与承印材料(薄膜之间摩擦力占主要因素。
薄膜材料摩擦系数的大小对于印刷质量和印刷速度起着十分重要的作用。

印刷用的薄膜卷材,一般要求有较小的内层摩擦系数和合适的外层摩擦系数。
外层摩擦系数太大,会引起印刷过程中阻力过大,引起材料拉伸变形影响印刷效果,若太小可能又会引起拖动机构打滑,造成纠偏系统不准,印刷牢度降低,还会影响包装速度。
因此,薄膜表面应具有合适的爽滑性,以确保其能够顺利进行高速印刷。
BOPP薄膜不同用途摩擦系数对照表,见表1。

1 BOPP薄膜不同用途摩擦系数对比

1.5低静电性

印刷过程中不同物质之间频繁的撞击、摩擦以及接触,使参与印刷过程的几乎所有物体都带有静电。
首先是承印物表面带电,如纸张、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、玻璃纸等,它们会吸附飘浮在空气中大量灰尘、杂质等,从而影响油墨的转移,在印品上出现花点
同时,会造成油墨流动性差,上墨不均匀等情况,最终使印刷品出现墨须胡须现象。
而且,当静电积累到一定程度,很容易导致空气放电,造成电击或起火。
在很高的电压下,带电的油墨可能引起油墨、溶剂着火或通过油墨电击操作人员,直接威胁操作人员的人身安全。

2 BOPP薄膜生产控制要素

生产BOPP薄膜技术含量高,是一项很复杂的工作,薄膜的各项性能指标相互影响、相互制约。
以逐次双向拉伸工艺为例,其工艺流程如下:

PP+助剂→共挤模头→急冷→预热→纵向拉伸→定型→预热→拉伸→定型→冷却→收卷→时效处理

总体上,逐次拉伸法是将挤出的PP片材先经过纵向拉伸、后横向拉伸来完成二次取向过程。
生产过程中主要控制的工艺参数有树脂挤出温度、生产线速度、拉伸温度、拉伸比等。
根据下游用户的需求和BOPP薄膜特性的分析,在生产过程中要做好以下几方面的控制。

2.1厚度控制

BOPP薄膜厚度是薄膜产品最基础、最重要的控制指标BO
PP薄膜厚度不均匀可分为三种情况:
0纵向拉伸中短期厚度不均匀;②纵向拉伸中长期厚度不均匀;③橫向拉伸厚度不均匀。
纵向拉伸中短期厚度不均匀主要是机械原因造成的,如挤出机的工况、拉辊压辊圆周速度的变化等。
纵向拉伸中长期厚度不均匀主要原因是熔体过滤器的污染、原料性质、环境条件的变化等。
横向拉伸厚度不均匀主要原因是熔融树脂是否均匀、模头温度分布是否均匀、模唇开度调整是否到位等,它主要是由薄膜厚度在线测控系统自我调整完成的。
因此,在生产过程中,将在线测控与现场操作科学运用、有机结合,最大限度提高BOPP薄膜厚度的控制精度,即最大厚度偏差控制在2δ水平以内。

2.2光学性能的改善

PP的结晶度和晶体尺寸对BOPP薄膜的力学性能和光学性能有重要的影响。
结晶度高则强度高,韧性差,光学性能降低;晶体尺寸小而均匀,有利于提高薄膜的力学强度;耐磨性、耐热性,提高薄膜的透明度、光泽度,降低雾度。
关于薄膜雾度有专家认为:不同分子量分布的聚丙烯薄膜由龟裂力产生的雾度和表面粗糙度,窄的分子量分布降低了表面透光率和表面粗糙度,因而降低了雾度。
影响雾度有两方面原因:一是与结晶作用有联系,粗糙度与隆起的折叠片晶相一致;另一方面与熔体弹性所引起的熔体流动不稳定有关。
因此,通过改变结晶效果,提高薄膜光学性能的主要措施有:提高挤出温度、降低冷却辊的温度、减少添加剂含量。

提高挤出温度对晶体尺寸的减小和均化又起负面作用;冷辊温度最好控制在30
V以内,在考虑冷却辊温度的同时,应适当的增加空气的通风量,也有利于薄膜透明度的提高;添加剂的增减还要考虑成膜性、摩擦系数、产品的收卷和分切质量。
此外,冷

却辊的温度对薄膜的强度和薄膜的厚度控制也有直接的关系。

BOPP薄膜生产过程中的取向主要发生在纵向拉伸和横向拉伸过程中,在经过纵向拉伸后,高分子链单轴纵向取向,大大提高了片材的纵向机械性能,
而横向性能恶化;进一步横拉之后,高分子链呈双轴取向状态。
BOPP薄膜拉伸取向降低了材料的双折射,从而大大提高了薄膜的透明度、降低了雾度。
但是,取向程度也不能无限增大,一定要考虑薄膜的成膜性和机械力学性能。

2. 3摩擦系数控制

BOPP薄膜表面的摩擦系数是包装设备运行速度、包装物易开启性、印刷适性的主要影响因素之一。
在BOPP薄膜生产中要根据不同的产品用途选用合适的添加剂包括抗静电剂、爽滑剂、抗粘连剂和其他特殊用途助剂),针对不同档次的多种用途选用不同的树脂原料。
最终使常温23℃)下的BOPP薄膜表面动摩擦系数控制在0.2~0.4之间。

爽滑剂通过改善物料流动性降低材料表面的摩擦系数;抗粘连剂作用是使薄膜表层形成许多凸起,
减少薄膜层与层之间的实际接触面积降低粘结力,
提高相互滑动性,从而降低摩擦系数。
爽滑剂的量应控制适当,过量会造成薄膜粘结。
抗粘连剂的种类对薄膜摩擦系数有较大影响无机类以二氧化硅为主,单独使用BOPP的动摩擦系数可达到0.6以上;有机类常用的有脂肪酸幽安,其表面柔软薄膜动摩擦系数比无机类的品种低一般在0.45。
但值得注意的是各种添加剂对薄膜的光学性能影响比较大,因此一定要兼顾薄膜的光学性能和印刷适性。

不同类型的树脂的摩擦系数从低至高排列如下:均聚物≤无规共聚物≤三元共聚物≤低温热封料。
对于同一类型的原料,摩擦系数取决于该材料的分子量、分子量分布、无规物的含量和结晶度等物理化学指标。
因为小分子的自润滑作用,分子量小、分子量分布宽的原料做出来的薄膜的摩擦系数可能会低一些而无规物的含量会影响到薄膜的定向程度和结晶度,此两者都不利于添加剂的迁移。
对于不同类型的热封料使用时要小心,摩擦系数可能比较大,加工出来的薄膜可能会发生粘结。

另外如果薄膜的厚度比较均匀,摩擦系数也相对较小,这是因为有效接触表面积的减小所致;如果薄膜的结晶度较大摩擦系数相对较大,这是因为晶体会减缓添加剂的迁移。
调整工艺温度和拉伸比,
实际上是通过改善薄膜的厚度或结晶度,间接来调整摩擦系数。
有一点值得注意,由于BOPP薄膜生产过程中以及下游用户印刷过程中的实际工作温度一般都高于50℃因此,在调整薄膜表面摩擦系数时,应综合考虑。
下面对不同材料进行了动静摩擦系数在不同温度下的对比试验,结果见表2。

2不同材料在不同温度下的摩擦系数

试样名称

试样厚度

试验数据

不同温度下摩擦系数

18

23

30

40

50

60

AL

μs

0.834

0.465

0.45

0.4

0.446

0.432

μk

0.371

0.456

0.399

0.381

0.429

0.416

μs

0.342

0.329

0.343

.0355

0.409

0.496

μk

0.323

.0328

.0345

.0321

0.377

0.442

复合膜1#

μs

0.328

0.238

0.247

0.289

0.305

0.353

μk

0.189

0.198

0.192

0.234

0.22

0.252

复合膜2#

μs

0.174

0.197

0.206

0.247

0.249

μk

0.106

0.117

0.104

0.136

0.141

PE黑白膜

μs

0.302

0.384

0.417

0.416

0.464

0.484

μk

0.214

0.312

0.297

0.331

0.389

0.464

注:μs是静摩擦系数,μk是动摩擦系数。

由表2中可以看出,BOPP、复合膜1#、复合膜2#以及PE黑白膜,随着温度的上升,材料的动静摩擦系数都有一定增长。
这说明温度变化对高分子材料的摩擦系数有一定的影响,温度对摩擦系数的影响是高分子聚合物的一个特点,而温度对金属等材料的影响就非常小。

3结论

BOPP薄膜的印刷效果与薄膜本身的厚度、表面处理、透光度、雾度、光泽度、摩擦系数、抗静电性等关系十分密切,需引起足够的重视。
在BOPP薄膜生产过程中应将雾度控制在0.85以内、透明度大于98%
、光泽度大于96% 、摩擦系数为0.2~ 0.4 表面润湿张力大于3
8×105N/cm、厚度控制在2.5 水平,同时具有优良的抗静电性和机械力学性能, BOPP薄膜印刷产品的商品展示效果就能得到充分的表现。

双向拉伸薄膜的生产工艺分制备厚片和双向拉伸两部分,包括挤出片基、流延、纵向拉伸、横向拉伸、切边、表面处理、收卷、废料回收、陈化和分切。
不同的双向拉伸薄膜的工艺参数。

目前,透气性塑料薄膜的主要应用领域包括个人卫生护理用品、医用防护用品(如医用床垫、防护服、手术服、手术床单、热敷贴、医用枕套等)、特殊场所个人防护用品、服装里衬、药品包装用辅料。

聚丙烯:薄膜厚度10~60μm,挤出温度250~270℃,流延温度30~40℃,纵向拉伸温度125~145℃、拉伸比4.5~6.0,横向拉伸温度160~170℃、拉伸比9.0~10.0,热处理温度170~180℃。

以个人卫生护理用品行业为例,一般这类用品所接触的人体部位很容易因潮湿而滋生各种细菌。
由化纤纺织材料制成的产品由于透气性较差,使皮肤释放的水分不能被吸收和蒸发,这样造成湿度过大,不仅使舒适度降低,而且容易促进细菌繁殖,对皮肤产生刺激。
因此,利用透气性材料来最大限度地维持皮肤表面的干爽舒适,成为当今个人护理用品行业发展的重要趋势之一。

聚苯乙烯:薄膜厚度100~500μm,挤出温度230~240℃,流延温度80~110℃,纵向拉伸温度110~125℃、拉伸比2.5~3.5,横向拉伸温度110~125℃、拉伸比2.5~3.5,热处理温度100~110℃。

透气性塑料薄膜可以允许水蒸汽通过而不使液体水通过,将卫生护理用品吸水芯层中的水蒸汽通过薄膜向外排出,使皮肤接触层保持非常高的干燥度,令皮肤表面更干爽,有效抑制细菌滋生,加强对皮肤的保护。
此外,其如同丝绸般的柔软手感和无声等特点是目前其他同类材料所无法比拟的。

聚酯:薄膜厚度6~40μm,挤出温度285~295℃,流延温度30~40℃,纵向拉伸温度115~125℃、拉伸比3.5~5.0,横向拉伸温度60~70℃、拉伸比3.3~3.5,热处理温度240~250℃。

在欧美、日本、韩国、远东地区以及我国的港台地区,已经广泛使用透气膜作为卫生护理用品的底膜。
在中国大陆,随着近年来人民生活水平不断提高,透气性塑料薄膜的生产和使用量逐年上升。
社会对保护妇婴健康的重视也进一步推动了透气性塑料薄膜的应用。

聚酰胺:薄膜厚度40~100μm,挤出温度250~270℃,流延温度30~40℃,纵向拉伸温度55~60℃、拉伸比2.8~3.2,横向拉伸温度60~70℃,拉伸比2.8~3.2,热处理温度210~220℃。
双向拉伸薄膜生产后须陈化,即在一定温度的空气中存放一定时间。
陈化的作用是释放拉伸应力和使在薄膜表面起作用的添加剂迁移到薄膜表面。
一般在室温中陈化2~3天,然后分切。

目前,国内只有少数大型企业能正常批量生产透气性塑料薄膜,年产量不超过7000t。
然而,随着市场需求越来越旺盛,透气性塑料薄膜还将会拥有更广阔的利润空间和更巨大的发展潜力。
可以预期,在未来的医用防护用品、个人卫生护理用品等领域,透气性塑料薄膜的应用将越来越普遍。

该文章转载自华印软包装微信公众号

具有高性价比的透气性塑料薄膜生产线

据统计,从欧美引进一条透气性塑料薄膜生产线需要人民币2000万元以上,从韩国引进一条同类型的生产线也大约需要1300万元人民币。
佛塑集团在国内已首家研制开发出模唇宽度达2500mm的透气性塑料薄膜生产线。
此生产线的长度为25m,宽度为4.5m,高度为4m,重量约为80t,并已投入正式生产。
该生产线的投资少,而在综合性能、技术指标等各方面已经与韩国生产线不相上下,具有高速、性能稳定、环保、节能等特点,更具有在性价比方面的明显优势。

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