纵向拉伸工艺对聚酯热收缩膜拉伸强度和收缩率的影响

张启纲 樊鹏鹏 蔡文彬

（河南银金达新材料股份有限公司）

1.概述

随着市场经济的快速发展，特别是包装行业以及防伪行业对热收缩标签的需求与日俱增，我国国内热收缩标签市场，近几年一直保持着持续增长的良好势头，年均增长率均保持在15%～20%左右，这种快速增长是其它包装印刷行业所无法比拟的。现今随着人类对环保型材料的迫切需求，大大促进了聚酯热收缩薄膜在市场中的应用。[1,2]

作为标签用的热收缩薄膜其收缩要求为单向收缩，基于这种要求导致聚酯热收缩薄膜存在MD拉伸易断的问题，造成后期薄膜印刷断膜，套标断标等问题，严重影响生产效率，给薄膜基材供应商及其客户都带来一定的经济损失及材料浪费。[3,4]

现今的热收缩聚酯薄膜其基本性能已基本比较令人满意，比如收缩率稳定、环保性能好，光学性能优良，只有其力学性能方面不尽人意，由于标签用热收缩薄膜为横向单向拉伸，造成其横向拉伸强度较高，而纵向拉伸强度太低、易断。

2.实验部分

2.1 实验原料

PETG聚酯切片，河南源宏高分子有限公司提供。

2.2 仪器设备

双向拉伸生产线设备（布鲁克纳）。

电子拉力机，（型号：AGS-X，日本岛津）。

水浴锅，（型号：WBTL，德国Wasserbad）。

2.3 试样制备

将PETG聚酯切片经过挤出机的熔融挤出形成熔体，再经过模头铸片系统形成片材，然后经过纵向拉伸和横向拉伸形成薄膜。

2.4 性能测试

拉伸强度按照ASTM D 882规定进行。试样采用 2型式样，长 150 mm，宽（15±0.1）mm的长条形，夹具间距为100 mm，拉伸速度为（100±10）mm/min，分别测试试样各5条，取其平均值。

热收缩率按照ASTM D 1204规定进行。将试样置于 90℃水中（要尽量使试样的表面同时浸入），放置10秒，取出冷却至试验环境温度后，分别测量放入前后长度，计算试样的热收缩率。

3.结果与讨论

3.1 纵向拉伸倍数对拉伸强度和收缩率的影响

普通的聚酯热收膜为横向单向拉伸，纵向无拉伸，如图1所示，40μm薄膜纵向拉伸强度约为60 MPa，随着纵向拉伸倍数的增大，纵向拉伸强度逐渐提高，当拉伸倍数达到 1.2倍时，纵向拉伸强度值可以增大到106 MPa，提升76%。同时，随着拉伸倍数的提高到 1.2，纵向收缩率值也从-0.5%，提升至 4.8%。在一定的拉伸温度和拉伸速率下，拉伸比越大，分子链的取向则越大，取向后的分子链模量增大，拉伸强度也会增大，同时取向的分子链当温度高于玻璃化转变温度时，发生解取向，回复的变形越大，热收缩率也越高[5]。

图1

3.2 纵向拉伸温度对拉伸强度和收缩率的影响

以纵向拉伸比为 1.1，分别设定不同的纵向拉伸温度，如图2所示，随着纵拉温度提高，纵向拉伸强度呈现先增大后降低的趋势，80℃达到最大值，而纵向热收缩率变化不大。主要的原因为聚酯材料的玻璃化温度约为78℃，当拉伸温度在玻璃化转变温度附近拉伸时，薄膜的取向后刚性最大，而温度的变化对于取向度影响较小，因此收缩率变化不大。[6]

图2

3.3 纵向拉伸间隙对拉伸强度和收缩率的影响

图3

以纵向拉伸比为 1.1倍，纵向拉伸温度设定为75℃，通过改变拉伸辊的间隙，来考察其对纵向拉伸强度和纵向收缩率的影响，如下图所示，随着MD拉伸间隙的增大，纵向收缩率也逐渐增大，当拉伸间隙从5 mm提高到25 mm时，纵向收缩率从 1.8%提高至 4.2%，而纵向拉伸强度值变化不大。随着拉伸间隙的增大，同样的拉伸倍数，缩颈会增大，其变形会增大，因此收缩率也会增高，而由于拉伸比一定，拉伸强度变化不大。

3.4 纵向定型温度对拉伸强度和收缩率的影响

纵向拉伸后会经过纵拉定型辊进行应力释放，考察了不同定型温度对于纵拉拉伸强度和纵向收缩率的影响，从图4可以看出，在小倍率拉伸条件下，MD定型温度（20～60）℃对于纵向拉伸强度和纵向收缩率的影响较小，主要的原因为聚酯热收缩膜的纵向拉伸为小倍率拉伸，拉伸比较小，对于纵向而言还处于弹性形变区，纵向应力较小，在有限的纵拉定型中无法对比中结果。如果拉伸比更大，如横向拉伸比4～6倍，不同的定型温度会对热收缩率影响更大。

图4

4.结论

对于聚酯热收缩膜而言，主要的收缩率为横向收缩，但是纵向收缩率大小的控制往往决定了产品的质量和应用。

通过研究纵向拉伸倍数、拉伸温度、拉伸间隙以及定型温度对于纵向拉伸强度以及纵向收缩率的影响，可以得出以下结论：（1）随着纵向拉伸倍数的增大，纵向拉伸强度提高，纵向收缩率也随着增大；（2）纵向拉伸温度越高，拉伸强度先增大后降低，在玻璃化转变温度区间达到最大值；（3）纵向拉伸间隙越大，纵向收缩率越大；（4）纵向定型区温度在小倍数拉伸下对于纵向收缩率影响影响较小，几乎无变化。