擠出工藝對聚酯薄膜透明度的影響分析

滕巖

富維薄膜（山東）有限公司 山東 濰坊 261061

擠出工藝對聚酯薄膜透明度的影響分析

滕巖

富維薄膜（山東）有限公司 山東 濰坊 261061

聚酯薄膜雖擁有優(yōu)良的高透明性，但國內(nèi)所生產(chǎn)的聚酯薄膜因其透明度不夠高，而不能應(yīng)用于高檔玻璃貼膜及液晶顯示屏等行業(yè)。本文對擠出工藝對聚酯薄膜透明度的影響進(jìn)行了詳盡的研究分析，并提出了高透明聚酯薄膜生產(chǎn)的最佳橫向拉伸工藝。

聚酯薄膜 橫向拉伸 透明度

隨著液晶顯示行業(yè)、國家對減排及能源節(jié)省的要求以及太陽能應(yīng)用等行業(yè)的快速發(fā)展，市場對高透明聚酯薄膜的需求越來越大。例如：一張液晶顯示屏背板，單純的最終產(chǎn)品需要用到的高透明聚酯薄膜有反射膜、上擴(kuò)散膜、下擴(kuò)散膜、上增亮片、下增亮片、上偏光片保護(hù)膜、下偏光片保護(hù)膜、保護(hù)膜等7～8層聚酯薄膜，而且在各層膜的加工、運輸?shù)冗^程中，都要用到高透明聚酯薄膜進(jìn)行防護(hù)。據(jù)PCI預(yù)測，2011年中國特種型聚酯薄膜市場需求量為30萬噸；未來5年內(nèi)，中國特種型聚酯薄膜市場需求年平均增長率為12%。特別是電子用途的聚酯薄膜市場年增長率為17.2%，市場發(fā)展前景非常看好。但受經(jīng)濟(jì)條件等的制約，國內(nèi)此行業(yè)各公司對聚酯薄膜研發(fā)投入較少，這是國內(nèi)聚酯薄膜行業(yè)存在的最大問題。所以對聚酯薄膜的透明性能進(jìn)行深一步的研究，是非常迫切和必要的。

1 擠出工藝簡介

1.1 擠出機(jī)

擠出機(jī)主要由螺桿和加熱的螺筒構(gòu)成按效能分為進(jìn)料段，壓縮段和計量段（圖1擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖）[1]。聚酯切片在進(jìn)料段被壓緊，在壓縮段利用提供內(nèi)壁熔體膜產(chǎn)生的剪貼熱進(jìn)行熔融 ，計量段將沒有完全熔融的料團(tuán)破碎成細(xì)小的顆粒，在之后的流動中完全熔融[2]。擠出機(jī)各區(qū)域溫度的工藝設(shè)置，是根據(jù)其螺桿各區(qū)域本身構(gòu)造的不同確定的，一般情況下，因進(jìn)料段的螺桿較長，為便于排氣，進(jìn)料段的溫度設(shè)定較低，而壓縮段的螺桿相對較短，所以溫度設(shè)定最高。如果擠出機(jī)進(jìn)料段溫度設(shè)定過高，則會使聚酯切片表面熔融發(fā)生粘連，造成聚酯切片在擠出機(jī)內(nèi)輸送不暢，引起擠出機(jī)壓力波動[3]。

圖1 擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 金屬分離器

圖3 計量泵示意圖

經(jīng)過干燥的聚酯切片經(jīng)由干燥塔進(jìn)入主擠出機(jī)。聚酯切片在進(jìn)入主擠出機(jī)之前，必須經(jīng)過一臺金屬分離器。金屬分離器的作用為將聚酯切片（包括再造粒切片）中混有的金屬及時分離，防止金屬進(jìn)入到擠出機(jī)，對擠出機(jī)造成損傷。主擠出系統(tǒng)采用的是電感式金屬分離器，此分離器是利用電磁感應(yīng)作為傳感器，通過電磁閥控制氣缸，使下料管擺動及時分離出帶有金屬的物料。 這種裝置可以分離各種金屬圖2為電感式金屬分離器的結(jié)構(gòu)示意圖。正常工作的時候，聚酯切片從入口管直接落下，當(dāng)聚酯切片中混有金屬類雜質(zhì)時，氣缸受到感應(yīng)線圈磁場的變化的控制，進(jìn)行動作，將下料管拉向側(cè)面，將含有金屬雜質(zhì)的聚酯切片排出。金屬雜質(zhì)被排出以后，下料管就回到原位置。金屬分離器通常安置在料斗的上方，這樣可以完全排出混入聚酯切片中的金屬雜質(zhì)。

聚酯沿著擠出機(jī)螺桿推進(jìn)時，經(jīng)過粘度的變化、所受壓力的變化及溫度的變化等，聚酯在螺桿上的各個區(qū)域所經(jīng)歷的各變化是不同的。

加料段 擠出機(jī)螺桿加料段的主要作用是輸送聚酯切片，將聚酯切片輸送到螺桿的壓縮段，同時對聚酯切片進(jìn)行預(yù)加熱，將聚酯切片間的空氣從下料漏斗排出。

壓縮段擠出機(jī)螺桿壓縮段的主要作用是擠壓聚酯切片，將切片壓實，同時將聚酯切片進(jìn)行加熱，將空氣向加料段方向排走。聚酯切片在螺桿的壓縮力、剪切力的作用下，產(chǎn)生大量摩擦熱，同時受到機(jī)筒加熱的熱量，聚酯在此段由固態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴趹B(tài)。

計量段擠出機(jī)螺桿計量段的作用是將熔融的聚酯穩(wěn)定的擠出，同時使擠出機(jī)螺桿產(chǎn)生返壓，使沒有完全熔融的聚酯得到均化。擠出機(jī)計量段的長度對其擠出的聚酯熔體的質(zhì)量有較大的影響。增加計量段的長度，對聚酯的混合和分散有利，但計量段過長會造成聚酯熔體溫度過高，產(chǎn)生熱降解。

1.2 計量泵

聚酯熔體在經(jīng)過擠出機(jī)以后，需要通過過濾器進(jìn)行過濾，而過濾器的阻力很大。所以，聚酯熔體的逆流量較大，所產(chǎn)生的背壓也較大。因此，為了能夠產(chǎn)出具有良好厚度均勻性的聚酯薄膜，在擠出機(jī)機(jī)頭必須有穩(wěn)定的背力，且此背壓大小要達(dá)到一定的高度，為實現(xiàn)擠出機(jī)機(jī)頭的背壓，需要在過濾器前、擠出機(jī)后安置精確度較高的熔體計量泵（圖3 計量泵示意圖）[4]。

正常情況下，計量泵是在工作壓力8 MPa－12MPa，溫度260℃－280℃的條件下使用的。因擠出壓力的波動對聚酯薄膜縱向的厚度影響很大，計量泵可以通過兩種控制方法實現(xiàn)其壓力的穩(wěn)定性。方法一是當(dāng)過濾器因使用時間較長，雜質(zhì)較多阻力加大時，計量泵可自動調(diào)節(jié)急冷輥的速度，使聚酯薄膜的厚度保持不變。另一種方法是當(dāng)過濾器阻力加大時，計量泵自動調(diào)節(jié)其自身轉(zhuǎn)動的速度，使聚酯薄膜的厚度保持不變。以上兩種通過計量泵調(diào)節(jié)保持聚酯薄膜縱向厚度均勻性的控制方法，在現(xiàn)在的聚酯薄膜生產(chǎn)線都可實施。

1.3 模頭

生產(chǎn)聚酯薄膜的模頭目前都是使用T型衣架遞減式自動控制機(jī)頭，利用薄膜測厚儀-自動反饋裝置調(diào)節(jié)模頭開度。模頭加熱溫度的控制精度、模頭內(nèi)腔的光潔度及加工精度的要求都十分高，而且模頭內(nèi)腔不允許有死角、需要鍍鉻，唇口為直角、不能有損傷，安裝時要調(diào)好機(jī)頭對冷鼓的傾斜角度，避免擠出偏差出現(xiàn)縱向條紋[5]。

鑄片的形狀和尺寸取決于模頭的構(gòu)造及大小。模頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（支管直徑、傾斜尺寸、定型段長度等）是根據(jù)聚酯的性能、熔體流動特性等因素進(jìn)行設(shè)計的。本實驗使用的是共擠法生產(chǎn)復(fù)合薄膜的三層共擠專用模頭，擠出的各種聚酯沿各種管線流入模頭，在模頭內(nèi)，各層聚酯熔體沿著各自流道流動，三層熔體在模唇處匯合，并一起從模唇流出。用這種模頭擠出的聚酯片材，各層的厚度相對比較均勻，聚酯熔體之間互相混熔量較少。圖4為模頭的示意圖。模頭唇口之間的間隙是決定薄膜厚度最關(guān)鍵的因素。

2 擠出工藝對透明度的影響實驗

為實驗擠出工藝對聚酯薄膜透明度的影響，在其他工序的工藝（包括原料配比）相同的情況下，對擠出系統(tǒng)的工藝溫度進(jìn)行了五次調(diào)整性實驗，五次試驗的擠出工藝溫度逐漸升高。因聚酯切片的熔點在262℃左右，所以擠出系統(tǒng)的溫度設(shè)定要高于聚酯切片的熔融溫度。在以往的聚酯薄膜生產(chǎn)中經(jīng)驗所得：若擠出機(jī)溫度低于268℃，則可能部分聚酯原料沒有完全熔融，造成擠出機(jī)負(fù)載過大；若擠出機(jī)溫度高于285℃，則易造成大量聚酯原料降解，從而影響正常生產(chǎn)。所以擠出機(jī)的工藝溫度設(shè)定不易過高或過低，五次實驗的工藝溫度范圍為268℃到285℃因擠出系統(tǒng)中的連接管線、計量泵、過濾器、模頭等部位，在整個過程中的起到輸送、計量、過濾等作用，不對聚酯的熔融性起作用，所以對其工藝不進(jìn)行調(diào)整。

通過對擠出機(jī)工藝先后五次的工藝調(diào)整，所生產(chǎn)的聚酯薄膜的透明度統(tǒng)計對比分析（表4.4擠出工藝調(diào)整實驗），發(fā)現(xiàn)擠出機(jī)的工藝溫度在268℃時，所生產(chǎn)的聚酯薄膜的透明度最高（99.5%）；擠出機(jī)的工藝溫度在285℃時，所生產(chǎn)的聚酯薄膜的透明度最低（98.0%）；即擠出機(jī)的工藝溫度越低，所生產(chǎn)的聚酯薄膜的透明度越高。分析原因為溫度越高，聚酯原料越易產(chǎn)生熱降解，熱降解所產(chǎn)生的小分子同樣可降低聚酯薄膜的透明度。

圖4 模頭示意圖

表1 擠出工藝調(diào)整實驗

從表1可以得出以下結(jié)論：擠出機(jī)溫度設(shè)定在268℃～275℃時，所生產(chǎn)的聚酯薄膜的透明度較高。

3 總結(jié)

通過以上實驗結(jié)果分析確定，擠出機(jī)溫度為268℃時所生產(chǎn)的聚酯薄膜的透明度最高，但考慮到在實際生產(chǎn)過程中，擠出機(jī)溫度越低，熔融聚酯的粘度越高，所產(chǎn)生的壓力越大。所以根據(jù)實際生產(chǎn)，對擠出機(jī)溫度一定的選用范圍，確定選用主機(jī)擠出機(jī)溫度為268℃～275℃，作為生產(chǎn)高透明聚酯薄膜的最佳擠出工藝。

[1]楊始 .雙向拉伸聚酯（PET）薄膜生產(chǎn)工藝技術(shù)（4）━聚酯（PET）的擠出[J].聚酯工業(yè)，2006,19(1):60-62

[2]馬馳.聚酯薄膜厚度自動調(diào)整系統(tǒng)[J].聚酯工業(yè)，2006,19(6):46-48

[3]任小龍，劉慶.計量泵在聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究[J].絕緣材料，2007,8(4):25-26

[4]孫永安.BOPET薄膜生產(chǎn)過程中模頭流出物的紅外光譜分析[J].光譜實驗室，2004,21(6):1100-1102

[5]胡羅斌.基于PLC塑料薄膜生產(chǎn)線的改造[D].南昌大學(xué)碩士論文，2008-06-12

The influence of Exrution process to the clarity of BOPET

Teng Yan
Fuwei Films(Shandnog) Co,Ltd

BOPET has excellent high claritybut the clarity of BOPET domestic is not high enough, it can not used in the industry of top-grade glass and LCD display screen. This paper analyzes the infl uence of exrution process to the clarity of BOPET, and offer the best TDO technology to improve the clarity of BOPET.

BOPET exrution clarity