縱向拉伸工藝對聚酯熱收縮膜拉伸強度和收縮率的影響

張啟綱 樊鵬鵬 蔡文彬

（河南銀金達新材料股份有限公司）

1.概述

隨著市場經濟的快速發展，特別是包裝行業以及防偽行業對熱收縮標簽的需求與日俱增，我國國內熱收縮標簽市場，近幾年一直保持著持續增長的良好勢頭，年均增長率均保持在15%～20%左右，這種快速增長是其它包裝印刷行業所無法比擬的。現今隨著人類對環保型材料的迫切需求，大大促進了聚酯熱收縮薄膜在市場中的應用。[1,2]

作為標簽用的熱收縮薄膜其收縮要求為單向收縮，基于這種要求導致聚酯熱收縮薄膜存在MD拉伸易斷的問題，造成后期薄膜印刷斷膜，套標斷標等問題，嚴重影響生產效率，給薄膜基材供應商及其客戶都帶來一定的經濟損失及材料浪費。[3,4]

現今的熱收縮聚酯薄膜其基本性能已基本比較令人滿意，比如收縮率穩定、環保性能好，光學性能優良，只有其力學性能方面不盡人意，由于標簽用熱收縮薄膜為橫向單向拉伸，造成其橫向拉伸強度較高，而縱向拉伸強度太低、易斷。

2.實驗部分

2.1 實驗原料

PETG聚酯切片，河南源宏高分子有限公司提供。

2.2 儀器設備

雙向拉伸生產線設備（布魯克納）。

電子拉力機，（型號：AGS-X，日本島津）。

水浴鍋，（型號：WBTL，德國Wasserbad）。

2.3 試樣制備

將PETG聚酯切片經過擠出機的熔融擠出形成熔體，再經過模頭鑄片系統形成片材，然后經過縱向拉伸和橫向拉伸形成薄膜。

2.4 性能測試

拉伸強度按照ASTM D 882規定進行。試樣采用 2型式樣，長 150 mm，寬（15±0.1）mm的長條形，夾具間距為100 mm，拉伸速度為（100±10）mm/min，分別測試試樣各5條，取其平均值。

熱收縮率按照ASTM D 1204規定進行。將試樣置于 90℃水中（要盡量使試樣的表面同時浸入），放置10秒，取出冷卻至試驗環境溫度后，分別測量放入前后長度，計算試樣的熱收縮率。

3.結果與討論

3.1 縱向拉伸倍數對拉伸強度和收縮率的影響

普通的聚酯熱收膜為橫向單向拉伸，縱向無拉伸，如圖1所示，40μm薄膜縱向拉伸強度約為60 MPa，隨著縱向拉伸倍數的增大，縱向拉伸強度逐漸提高，當拉伸倍數達到 1.2倍時，縱向拉伸強度值可以增大到106 MPa，提升76%。同時，隨著拉伸倍數的提高到 1.2，縱向收縮率值也從-0.5%，提升至 4.8%。在一定的拉伸溫度和拉伸速率下，拉伸比越大，分子鏈的取向則越大，取向后的分子鏈模量增大，拉伸強度也會增大，同時取向的分子鏈當溫度高于玻璃化轉變溫度時，發生解取向，回復的變形越大，熱收縮率也越高[5]。

圖1

3.2 縱向拉伸溫度對拉伸強度和收縮率的影響

以縱向拉伸比為 1.1，分別設定不同的縱向拉伸溫度，如圖2所示，隨著縱拉溫度提高，縱向拉伸強度呈現先增大后降低的趨勢，80℃達到最大值，而縱向熱收縮率變化不大。主要的原因為聚酯材料的玻璃化溫度約為78℃，當拉伸溫度在玻璃化轉變溫度附近拉伸時，薄膜的取向后剛性最大，而溫度的變化對于取向度影響較小，因此收縮率變化不大。[6]

圖2

3.3 縱向拉伸間隙對拉伸強度和收縮率的影響

圖3

以縱向拉伸比為 1.1倍，縱向拉伸溫度設定為75℃，通過改變拉伸輥的間隙，來考察其對縱向拉伸強度和縱向收縮率的影響，如下圖所示，隨著MD拉伸間隙的增大，縱向收縮率也逐漸增大，當拉伸間隙從5 mm提高到25 mm時，縱向收縮率從 1.8%提高至 4.2%，而縱向拉伸強度值變化不大。隨著拉伸間隙的增大，同樣的拉伸倍數，縮頸會增大，其變形會增大，因此收縮率也會增高，而由于拉伸比一定，拉伸強度變化不大。

3.4 縱向定型溫度對拉伸強度和收縮率的影響

縱向拉伸后會經過縱拉定型輥進行應力釋放，考察了不同定型溫度對于縱拉拉伸強度和縱向收縮率的影響，從圖4可以看出，在小倍率拉伸條件下，MD定型溫度（20～60）℃對于縱向拉伸強度和縱向收縮率的影響較小，主要的原因為聚酯熱收縮膜的縱向拉伸為小倍率拉伸，拉伸比較小，對于縱向而言還處于彈性形變區，縱向應力較小，在有限的縱拉定型中無法對比中結果。如果拉伸比更大，如橫向拉伸比4～6倍，不同的定型溫度會對熱收縮率影響更大。

圖4

4.結論

對于聚酯熱收縮膜而言，主要的收縮率為橫向收縮，但是縱向收縮率大小的控制往往決定了產品的質量和應用。

通過研究縱向拉伸倍數、拉伸溫度、拉伸間隙以及定型溫度對于縱向拉伸強度以及縱向收縮率的影響，可以得出以下結論：（1）隨著縱向拉伸倍數的增大，縱向拉伸強度提高，縱向收縮率也隨著增大；（2）縱向拉伸溫度越高，拉伸強度先增大后降低，在玻璃化轉變溫度區間達到最大值；（3）縱向拉伸間隙越大，縱向收縮率越大；（4）縱向定型區溫度在小倍數拉伸下對于縱向收縮率影響影響較小，幾乎無變化。