BOPP薄膜拉伸速率对薄膜性能的影响

高达利 张师军 施红伟 邹浩 张丽英

(中石化北京化工研究院, 北京,100013)

BOPP薄膜拉伸速率对薄膜性能的影响

高达利 张师军 施红伟 邹浩 张丽英

(中石化北京化工研究院, 北京,100013)

选取一种BOPP薄膜专用料做薄膜双向拉伸试验，在不同拉伸速率下制备BOPP薄膜试样，并对原料性能及所制备薄膜的光学性能、力学性能等进行研究，建立起了薄膜拉伸速率与薄膜拉伸成型和薄膜性能间的对应关系，从而为BOPP薄膜的工业化生产和薄膜原料开发提供借鉴。

双向拉伸聚丙烯 薄膜 拉伸速率 性能

BOPP薄膜即双向拉伸聚丙烯(PP)薄膜。经拉伸处理后，薄膜中的PP大分子链和结晶结构发生高度取向，从而显著提高了薄膜的拉伸强度和模量，降低了断裂伸长率，并且使得薄膜的雾度更低、透明性更好、光泽度更高[1]。因此，BOPP薄膜在包装材料和功能薄膜等领域得到了广泛的应用。但同时，BOPP薄膜也是各类塑料薄膜中技术含量较高、生产加工难度较大的一类产品。

在BOPP薄膜的双向拉伸加工中，薄膜拉伸速率是主要的工艺参数之一，不仅对薄膜拉伸过程中的应力-应变行为有较大影响[2]，更加制约着薄膜产品的各项性能，以及薄膜生产的运行效率等。下面是在不同的拉伸速率下制备了BOPP薄膜试样，并对薄膜性能进行研究，期望建立起薄膜拉伸速率与薄膜性能间的对应关系，从而为BOPP薄膜的工业化生产和薄膜原料开发提供借鉴。

1 试验部分

1.1 主要原料及仪器设备

PP，牌号PPH-F03D，中石化镇海炼化分公司。Karo IV型薄膜双向拉伸试验机,德国Brückner公司；薄膜光学性能测试采用德国BYK公司的透射雾影仪及45°角光泽度仪。

1.2 性能测试

力学性能按照GB/T 1040.3—2006测试。

1.3 薄膜制备工艺及试验步骤

试验中BOPP薄膜拉伸成型采用拉幅法分步双向拉伸工艺，即先进行薄膜纵向(MD)拉伸，之后进行薄膜横向(TD)拉伸。

具体步骤：PP原料经挤出流延成型原料铸片，并裁切制成标准样片；将标准样片放入到薄膜双向拉伸试验机的拉伸夹具中进行加热拉伸，成型薄膜。薄膜拉伸成型后对薄膜的各项性能进行测试和分析。

2 结果与讨论

2.1 薄膜双向拉伸工艺

试验过程中，固定薄膜的拉伸及预热温度(其中MD拉伸温度160 ℃，TD预热温度172 ℃，TD拉伸温度167 ℃，MD拉伸倍率5倍，TD拉伸倍率7倍)，分别改变薄膜的MD和TD拉伸速率，研究拉伸速率对薄膜性能及拉伸过程的影响。其中，为保证试验工艺条件与现有技术的横向比较，薄膜拉伸速率的单位设定为“%/s”，即单位时间内薄膜的拉伸倍率，从而避免因薄膜初始尺寸的不同而带来拉伸速率的不可比性。

固定薄膜TD拉伸速率为100%/s，改变MD拉伸速率为50～600%/s进行薄膜拉伸；之后，固定薄膜MD拉伸速率为100%/s，改变TD拉伸速率为50～600%/s进行薄膜拉伸。薄膜经双向拉伸成型后，对薄膜的各项性能进行了测试。

2.2 拉伸速率对薄膜光学性能的影响

图1为不同MD拉伸速率对薄膜的雾度及表面光泽度的影响。从图1可见，随薄膜MD拉伸速率提高，试样的雾度略有升高，而光泽度基本不变，其中雾度由MD拉伸速率50%/s时的0.65%升高到600%/s时的0.74%。图2为不同TD拉伸速率对薄膜的雾度及表面光泽度的影响。由图2可见，随薄膜TD拉伸速率提高，试样的雾度略有降低，而光泽度基本不变，其中雾度由TD拉伸速率50%/s时的0.82%降低到600%/s时的0.72%。

分析认为，薄膜的拉伸过程具有显著的取向结晶作用[3]，随MD拉伸速率的提高，薄膜MD拉伸过程中大分子链等聚集态结构的取向得不到及时回复，薄膜MD向的取向度过高，因而在后续的TD拉伸过程中影响薄膜的拉伸均匀性，使得薄膜雾度升高；另一方面，随TD拉伸速率的提高，薄膜在拉伸过程中的受热时间相应缩短，薄膜中晶体结构的生长受到限制，同时薄膜的取向结晶作用明显，从而使得薄膜中的晶体尺寸减小，薄膜雾度相应降低。

2.3 拉伸速率对薄膜力学性能的影响

图3为不同MD拉伸速率下薄膜MD向和TD向的拉伸模量和拉伸强度的变化。

由图3可见，随MD拉伸速率提高，无论是薄膜的MD向拉伸模量和拉伸强度，或TD向拉伸模量和拉伸强度均未出现明显变化，可见MD拉伸速率的变化对薄膜的力学性能影响较小。

图4为不同TD拉伸速率下薄膜MD向和TD向的拉伸模量和拉伸强度的变化。

由图4可见，随TD拉伸速率提高，薄膜的MD向拉伸模量和拉伸强度未出现明显变化，而薄膜的TD向拉伸模量和拉伸强度则均呈连续下降趋势。其中，薄膜TD向拉伸模量由TD拉伸速率50%/s时的4.6 GPa降低到600%/s时的3.3 GPa，薄膜TD向拉伸强度则由TD拉伸速率50%/s时的277 MPa降低到600%/s时的247 MPa。

分析认为，薄膜的拉伸模量和拉伸强度均与薄膜中聚集态结构的取向和结晶紧密相关[4]，而薄膜的取向和结晶则受拉伸工艺影响显著，通过试验可以得出,TD向的拉伸工艺在最终薄膜制品的性能中起主要作用。随TD拉伸速率的提高，一方面薄膜在拉伸过程中的受热时间缩短，薄膜中晶体结构的生长时间较少，结晶度相应减小，因而使得薄膜模量持续降低；另一方面，薄膜经MD拉伸后，沿MD取向的大分子链等聚集态结构在较高的TD拉伸速率时得不到及时回复和重新取向，因而降低了薄膜的TD取向度，使得薄膜的TD拉伸模量和拉伸强度有所降低。

3 结论

a) 随着MD拉伸速率的提高，薄膜雾度略有升高，而薄膜的光泽度、拉伸模量和拉伸强度等没有明显变化。

b) 随着TD拉伸速率的提高，薄膜的雾度略有降低，光泽度基本不变，而薄膜的TD向拉伸模量和拉伸强度则均呈连续下降趋势。

[1] 吴增青，涂志刚. BOPP薄膜生产过程中的取向与结晶[J].包装工程，2002，23(4)：35-39.

[2] 高达利，张师军，邹浩，等. BOPP薄膜双向拉伸过程中拉伸力的探讨[J]. 塑料工业，2011.39(8)：114-117.

[3] Yan Tingzi, Zhao Baijin, Cong Yuanhua, et al. Critical strain for shish-kebab formation[J]. Macromolecules,2010,43:602-605.

[4] 赵燕，周先进，吴增青. 热处理对BOPP薄膜性能的影响研究[J]. 中国塑料，2006，20(1)：71-73.

杜邦德国工厂尼龙产能提高20%

据“www.britishplastics.co.uk”报道，杜邦高性能聚合物-尼龙在德国工厂产能提高20%，这一增长是为满足日益增长的需求，主要是在汽车行业。尼龙仍然是许多产品设计师的首选，因为它综合性能优异，易于成型，并在极其恶劣的环境中提供长期的卓越性能，杜邦高性能聚合物尼龙全球业务总监Richard Mayo说：“在许多方面，尼龙定义了工程聚合物的种类，并不断重新定义塑料的未来应用领域。”

杜邦公司的“Zytel” PA66和PA6越来越多应用在改善汽车轻量化，以及电气和电子系统外罩、机柜、开关和插座等产品方面。德国哈姆的制造工厂是杜邦在欧洲最大的尼龙生产厂。

食品生产商采用优质包装

据“www.plasticstoday.com”报道，西班牙食品生产者Casa Ametiller与RPC Superfos(泰斯特鲁普，丹麦)建立合作伙伴关系。RPC Superfos是一家为食品和非食品产品提供持续高品质的注射成型塑料包装的生产商，为Casa Ametiller提高其冷和热的汤包装品质。解决方案是SuperLock，一个采用模内贴标的罐。

全面考虑的圆形设计有助于将罐分开。拧开盖上的螺纹非常方便用户使用，并提供完美的关闭和打开体验。当盖子被正确地关闭，用户会听到一个声音指示，以此来提高用户友好性和产品安全性。此种优质包装容器大小65～535 mL，并有2个不同的直径。此外还有其他的大小，最大直径至109 mm。

从塑料瓶和简易包装到采用SuperLock罐，RPC Superfos不但帮助Casa Ametiller这个家族企业扩大其售卖的冷、热汤品种，并且提升了其企业形象。

(以上由中国石化扬子石油化工有限公司南京研究院

杜雪娟供稿)

The Influence of Stretching Speed on BOPP Film Properties

Gao Dali Zhang Shijun Shi Hongwei Zou Hao Zhang Liying

(SINOPEC Beijing Research Institute of Chemical Industry, Beijing,100013)

One biaxially oriented polypropylene(BOPP) film compound was used for bi-axially film stretching experiment,and the BOPP film samples were prepared under different stretching speeds. The raw material properties,the optical properties and mechanical properties of prepared flim were studied, thus to establish the relationship of film properties with the film stretching speed. This study is benefit for the industrial production of BOPP film and raw material development.

biaxially oriented polypropylene; film; stretching speed; properties

2015-01-29;修改稿收到日期:2015-06-10。

高达利,男,工学博士,高级工程师,主要从事高分子材料成型加工研究。E-mail:Gaodl.bjhy@sinopec.com。