平膜加工工艺条件对聚丙烯制品性能的影响

关 莉，胡 斌，缪 江

（中国石油 独山子石化公司研究院，新疆独山子833600）

0 前言

S 1003是拉丝级均聚聚丙烯，产品综合性能好，质量稳定，广泛应用于单丝、撕裂膜、打包袋、绳缆及片材等注塑领域。拉丝生产一般分为挤出、冷却、分切、加热拉伸、定型及收卷等步骤。拉丝生产过程中，挤出、冷却温度、加热拉伸温度及拉伸倍数等是影响制品性能的主要因素［1］。作者研究了平膜加工工艺条件对S 1003制品性能的影响，并确定ME 30／9100V3平膜机加工S 1003的最佳工艺参数。

1 实验部分

1.1 原料

聚丙烯S 1003，拉丝级，熔体流动速率为3.0 g／min左右，独山子石化公司。

1.2 仪器及设备

流延膜机ME 30／9100V3，德国OCS公司。电子万能试验机LJ-2500，意大利CEAST公司。

雾度仪WGT-S，上海精密科学仪器有限公司。

1.3 性能测试

采用电子万能试验机测试薄膜的拉伸性能，按照GB／T 1040.3—2006进行。

采用雾度仪测试薄膜的雾度，按照GB／T 2410—2008进行。

2 结果与讨论

ME 30／9100V3平膜机加工原理是，树脂在挤出机中熔化后，通过T字型机头狭缝挤出；再经冷辊牵引、冷却定型成为拉伸薄膜；最后经卷曲辊收卷。通过分析，研究了机筒温度、冷辊温度、主机转速和牵引速度等因素对制品性能的影响。

2.1 机筒温度

机筒温度决定了塑料的熔融状态和塑料的黏度，从而影响熔料在整个加工过程中的流动和冷却。机筒温度设定一般高于材料熔点50～130℃［1］。加工S 1003机筒温度选择185～245℃。机筒温度对S 1003制品的拉伸强度、屈服应力、雾度及断裂拉伸应变的影响，如图1，2，3，4所示。加工条件：冷辊温度20℃，挤出转速20r／min，牵引速度与之匹配。

图1 机筒温度对S 1003制品拉伸强度的影响

图2 机筒温度对S 1003制品屈服应力的影响

图3 机筒温度对S 1003制品雾度的影响

图4 机筒温度对S 1003制品断裂拉伸应变的影响

由图1，2，3，4可见：在试验的温度范围内，随着机筒温度的上升，S 1003膜片的拉伸强度和屈服应力降低，雾度也显著下降。分析认为：在牵引作用下，有活动能力的分子链进行取向排列，温度升高时，分子链活动能力增强，有足够能量进行有序排列，取向程度和结晶能力均提高。但由于温度升高，熔体与口模的温差增大，冷却速率增大，结晶程度不完善。综合取向与结晶的影响结果，抗拉强度和屈服应力均呈降低趋势；而冷却速率的增大，结晶的不充分有利于薄膜的透明度提高。

从试样的塑化程度分析，低于215℃的试样塑化不足，进而导致膜片表面晶点较多，不利于扁丝生产过程中膜片分切和胚丝拉伸，所以对S 1003拉丝工艺来说，机筒温度的设置应高于215℃。

2.2 冷辊温度

聚丙烯属结晶性塑料。冷辊温度决定了塑料结晶度、制品的透明性等性能，并对其他的加工工艺条件也有影响。冷辊温度对S 1003制品的拉伸强度、屈服应力、雾度及断裂拉伸应变的影响，如图5，6，7，8所示。加工条件：机筒温度230℃，挤出转速20r／min，牵引速度与之匹配。

图5 冷辊温度对S 1003制品拉伸强度的影响

图6 冷辊温度对S 1003制品屈服应力的影响

图7 冷辊温度对S 1003制品制品雾度的影响

图8 冷辊温度对S 1003制品断裂拉伸应变的影响

由图5，6可见：在试验的范围内，不同冷辊温度下的膜片，其纵、横方向上的拉伸强度、屈服应力有一定差异，但没有呈现显著增加或降低的变化规律。分析认为：冷辊温度升高，冷却速率下降，分子链更容易取向，结晶完善程度提高，容易形成较大的晶粒［2］。

由图7，8可见：随着冷辊温度的上升，膜片纵向的断裂拉伸应变略有下降，雾度显著增大。这是由于冷辊温度升高，冷却速率下降，则结晶度相对较高，因而透明性下降，断裂拉伸应变降低。这不利于后续扁丝生产过程中的高倍拉伸，同时易出现竹节丝等缺陷［3］。此外，从外观上观察：当冷辊温度超过30℃时，雾度急速上升。因此，S 1003平膜加工较适合的冷辊温度为20～30℃。

2.3 挤出转速

对于固定膜厚的PP膜片来说，牵引速度和挤出转速需相匹配的。挤出转速影响制品的透明性、光泽性及膜厚的均匀性。挤出转速对S 1003制品拉伸强度、屈服应力、雾度和断裂拉伸应变的影响，如图9，10，11，12所示。加工条件：机筒温度230℃，冷辊温度20℃。

图9 挤出转速对S 1003制品拉伸强度的影响

图10 挤出转速对S 1003制品屈服应力的影响

由图9，10，12可见：在试验的范围内，随着挤出转速的增加（牵引速度增大），膜片的纵向拉伸强度、屈服应力增大，纵向断裂拉伸应变降低。这是由于挤出转速增加，使得膜片受牵引方向的拉伸取向增强，因而拉伸强度增加，而断裂拉伸应变下降；横向的拉伸强度、屈服应力、断裂拉伸应变等变化不大。

图11 挤出转速对S 1003制品雾度的影响

图12 挤出转速对S 1003制品断裂拉伸应变的影响

由图11可见：随着挤出转速增加，膜片的雾度增大。这是由于挤出量不断增加后，膜片冷却不足所致。此外，从外观上分析：随着挤出转速增加，膜厚均匀性显著下降。这是由于较快挤出转速下挤出量不均现象加剧造成的。膜片冷却不足，则结晶较完善，不利于后续扁丝生产时的高倍拉伸；而膜厚均匀性则与后续生产的扁丝线密度均匀性直接相关，因此，挤出转速不宜过高。综合制品的力学性能和雾度考虑，S 1003平膜加工的挤出转速控制在40r／min（牵引速度8.0m／min）左右为宜。

3 结论

（1）机筒温度由185°C升高到245°C，膜片的纵向拉伸强度由75MPa降至45MPa。但机筒温度低于230°C时，膜片的雾度过高，表面晶点较多，不利于膜片分切和扁丝拉伸，因此，机筒温度的设置不宜过高或过低。

（2）冷辊温度由10°C升高至30°C，膜片的雾度基本稳定，保持在0.7%左右。当冷辊温度由30°C升高至50°C，膜片雾度猛增至7%，不利于扁丝生产过程中的高倍拉伸，因而冷辊温度不宜过高。

（3）挤出转速由20r／min增加至60r／min，膜片的纵向拉伸强度由50MPa升高至60MPa，但雾度也由0.7%上升至3.5%，膜厚均匀性下降，不利于扁丝生产过程中的高倍拉伸及扁丝线密度的均匀性，因而挤出转速不宜过高。

（4）使用 ME 30／9100V3平膜机加工S 1003时，工艺参数：机筒温度230～245℃，冷辊温度20～30℃，挤出转速40r／min（牵引速度8.0m／min）左右。

［1］ 吴培熙，王祖玉，景志坤，等.塑料制品生产工艺手册［M］.2版.北京：化学工业出版社，2000.

［2］ 洪定一.聚丙烯——原理、工艺与技术［M］.北京：中国石化出版社，2007.

［3］ 段为，朱卫平，戴文利.塑料扁丝研究进展［J］.塑料制造，2010（7）：65.