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工艺

聚酯薄膜生产技术与工艺研究

摘要

聚酯薄膜生产技术与工艺的研究

摘要

双向拉伸薄膜（BiaxiallyOrientedPlasticsFilm）近年来发展非常迅速，其中双向拉伸聚酯薄膜（BOPF,T-Film，简称BOPET）以其强度高、耐热性好、光降解度低等优良性能，被广泛用作包装材料、工业材料、感光材料、磁性材料、电气材料等方面，发展非常迅速。

目前国内有关BOPET的工艺论述甚多，但大都在生产层次上进行了研究，BOPET生

产不太稳定，质量不高。

本课题对BOPET生产中的原料及结晶干燥、熔融挤出、铸膜、纵横双向拉伸、牵引收卷、分切、回收造粒等工艺过程进行了分析、研究，同时对设备如何优化、改造以保证生产稳定和薄膜质量优良进行了研究，并结合生产实践讨论了BOPET生产过程中高聚物取向和结晶行为以及其主要质量指标（厚度均匀性、断裂强度、干热收缩率、雾度等）的控

制原理和方法，从理论层次上对BOPET的工艺技术进行了深入研究。

最后对生产实际中常见的工艺问题和处理对策进行了阐述。

本课题的研究为仪化薄膜厂的生产提供理论、实践方面的技术支撑，达到了稳定薄膜生产、提高薄膜质量的目的。

关键词：

聚酯薄膜双向拉伸结晶

作者：

任宽林

指导老师：

秦志忠赵健祥

ResearchoftheproductiontechnologyandprocessofBOPET

Researchoftheproductiontechnology

andprocessofBOPET

Abstract

BiaxiallyOrientedPlasticsFilm（BOPF）developedextremelyrapidlyin

recentyearsbyitshighintensity,goodthermalstability,lowlight

degenerationandothergoodperformance,soBOPFwidelyservesaspacking

material,industrymaterial,photosensitivematerial,magneticmaterial,

electricmaterialandsoon.

Thearticleanalysedandresearchedtheprocessofrawmaterial.drying.

extruder.casting.MDO.TDO.PRS.winder.slitterandrecycling.We

improvedtheperformanceofBOPETbychangedtheequipmentand

optimizedtheprocessparameters.Thearticlealsodiscussedthecrystal!

ization

ofPETandtheprinciple&methodofcontrollingtheperoformance

（thickness.intensity.shrinkageandsoon）ofBOPET.Atthelastofthearticle

weanalysedthequestionandanswerofprocess.

TheresearchofthetaskprovidedthesupportofBOPETproductionin

theoryandpracticeforYizhengBOPETfarctory.

Keywords:

BOPETBiaxiallyOrientedCrystallization

Writtenby:

Supervisedby

n

RenKuan-lin

QinZhi-zhong

ZhaoJiang-xiang

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鱼毫生日飙坦一

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研究生签名：

导师签名：

日期：

~卜冼一

日期：

z／．2j

聚酯薄膜生产技术与工艺研究

第一章概述

第一章概述

1.1双向拉伸薄膜的含义、范围和品种

双向拉伸塑料薄膜（BiaxiallyOrientedPlasticsFilm）简称BOPF，这种薄膜可以采用管膜拉伸法生产，也可以使用平面双向拉伸法生产。

管膜法是在吹塑泡管的同时将薄膜进行纵、横双向拉伸；平面拉伸法则是将高分子聚合物的熔体或溶液首先通过狭长模头制成片材或厚膜，然后在专用的拉伸机内在一定的温度和设定的速度下同时或逐次在相互垂直的两个方向（纵向、横向）上进行拉伸，并经过适当的冷却、

热处理或特殊加工（如电晕、涂覆等）制成的薄膜。

在生产双向拉伸塑料薄膜的过程中，人们通过改变工艺条件，即力场和温度场，可以制出纵、横两个方向物理机械性能相同的薄膜，通常称为平衡（Balance）膜，也可以制出一个方向的机械性能高于另一个方向机械性能的各向异性薄膜。

所谓强化（TensilizedFlim）或半强化膜就是指纵向机械性能高于横向的一种薄膜。

平面双向拉伸薄膜品种很多，许多结晶型聚合物和非结晶型聚合物都可以拉伸成膜。

目前已经实现工业化生产的双向拉伸塑料薄膜的品种有以下几种：

聚丙烯（简称BOPP）膜、聚酯（聚对苯=甲酸乙二醇酯，简称BOPET）膜、聚酰胺（尼龙，简称BOPA）膜、聚苯乙烯（简称BOPS）膜、聚酰亚胺（简称BOPI）膜、聚偏二氯乙烯共聚物（BOPVDC）膜、聚氯乙烯（BOPVC）膜、辐射交联聚乙烯（BOCIPE）膜、聚乙烯醇（BOPVA）膜、聚对萘二甲酸乙二醇酯（BOPEN）膜、聚偏氟乙烯（BOPVDF）膜、聚对苯二甲酰对苯二胺（BOPPTA）膜、聚醚醚酮（BOPEEK）膜等。

由于平面双向拉伸薄膜的性能好，产品应用范围广，目前这种拉伸方法的发展速

度远远超过管膜拉伸法。

1.2平面双向拉伸薄膜的特点及其性能

在生产双向拉伸塑料薄膜的过程中，由于聚合物在纵、横两个方向经历了一定的拉伸，改变了分子或链段的排列，因此拉伸薄膜的主要性能比非拉伸薄膜有明显的不

同，表1-1为几个具体实例。

（1）薄膜的拉伸强度、弹性模量明显增加一般来说拉伸薄膜的拉伸强度要比未拉伸薄膜的强度高3-5倍，拉伸薄膜的抗撕裂能力比未拉伸薄膜的抗撕裂强度有明显下降。

（2）冲击强度和耐弯曲性增大拉伸后薄膜的冲击强度和耐弯曲性能可以增

加几倍至十几倍，其中以BOPP及BOPS薄膜尤为突出。

（3）耐寒、耐热性能提高可在温度梯度较大的条件下长期使用，不致过早

脆裂或变硬。

在拉伸方向的膨胀系数（热膨胀和湿膨胀）变小，未经特殊处理的薄膜拉伸后热收缩率有所增加。

（4）折射率增加，表面光泽度提高，改善了薄膜的透明度。

（5）增加幅宽，减薄厚度，增大面积系数，提高了材料的利用率并能改善薄膜厚度的均匀性。

（6）经过特殊处理可以进一步提高薄膜表面质量例如能够提高薄膜表面的平滑性、平整性、尺寸稳定性、滑爽性、耐磨损性，还可以减少薄膜的热收缩率。

（7）提高了薄膜的电绝缘性能，拉伸薄膜的表面电性能有所变化，拉伸后薄膜表面静电明显增加。

（8）降低水蒸气、氧气及其它气体的渗透率。

1.3国内外发展情况

1.3.1国外部分用双向拉伸工艺生产塑料薄膜的方法始于1935年，当时德国首先用这种方法生产BOPS薄膜。

20世纪40年代末，美国道（DOW）化学公司制出了偏二氯乙矫与氯乙烯共聚物，并推出了双向拉伸PVDC薄膜，商品名为Saran。

酯薄膜生产技术与工艺研究

第一章概述

1953年英国帝国化学公司（I．C．I）在市场上推出了双向拉伸聚酯薄膜，商品名

为Melinex。

1958年双向拉伸聚丙烯薄膜得到了发展，当时以意大利Montecatini公司的商

品名为Moplefan的最为有名，并申请了专利权。

尼龙-6塑料虽然早在1939年就由德国I.G公司开发出来，但是由于制造的难度和成本高昂，直到60年代末期才开始用作包装材料。

近年来双向拉伸塑料薄膜的发展很快，其中以聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯（简称聚酯）、聚苯乙烯、尼龙薄膜的生产量最大，应用范围也最为广泛。

下面介绍常用的BOPET薄膜增长情况：

1980年全世界的产量为40万吨，到了1991年产量则达到98,6万吨（生产能力达到108万吨），11年间薄膜的产量就增长了147%，1996年达到150万吨以上。

从

产品的规格上来看，目前双向拉伸薄膜的厚度最薄可为0.5um可达356pm。

薄膜的幅宽最大已大于8m。

从薄膜生产速度来看，12um双向拉伸薄膜时的生产速度可高达350m/min，而且整个生产过程都是采用计算机进行自动控制。

据英国PCI咨询公司统计和预测，1999年全球聚酯生产能力为173.3万吨，其中亚洲地区为102.1万吨，占世界总产能的58.9%（表1.2）；2005年达到185.0万吨，亚洲地区将达到107.1万吨，占世界总产能的57.9%。

从产能集中的国家来看，全球聚酯薄膜最大的生产国是美国、日本和韩国，在1999年生产能力分别为33.6万吨、33.5万吨和29.2万吨，为世界前三名，其合计产能

高达96.3万吨，超过世界总产能的二分之一（55.6%），中国年产能10.6万吨，排名第五（表1.3）

，仅占世界总产能的6%，与其巨大的潜在消费市场并不相称。

在世界聚酯薄膜的生产中，前十大生产厂家的生产能力合计为111.3万吨，占世界总产能的64.2%。

居第一的是日本的东丽公司，该公司分布在世界各地的9家工厂产能合计为29.8万吨，第二名是美国的杜邦公司，23.8万吨的产能也是分布在世界各地的9个工厂中（表1.4），韩国SKC集团的3个工厂产能13万吨，为世界第三。

。

从增长速度来看，全球聚酯薄膜的年增长率为1.1%，亚洲／远东（不含日本）的聚

酯薄膜产能的年平均增长率也达1.1%，而中国大大超过世界平均年增长率，其总产能在2005年增至13.8万吨，上升为世界第四位。

当前国外BOPF生产技术的特点如下：

（1）产品质量高薄膜厚度公差小，性能稳定、均匀。

（2）生产设备大型化目前薄膜幅宽都在3m以上，最大幅宽已超过lOm。

（3）生产高速化生产设备的机械速度高达450m/min，在生产12um薄膜时，

生产速度最高达到350m/min，生产375um薄膜时，线速度已达200m/min。

表1.2世界聚酯薄膜产能（KT/a）

（4）原料、设备趋向专用化很多薄膜生产厂都具有专用的原料生产装置，使用自己生产的原料，即使使用商品原料，原料的来源基本上是固定的；薄膜生产装置也趋于单一化，即一条生产线专门生产一种产品。

（5）自动化程度高目前在大型双向拉伸塑料薄膜生产线中，生产过程的温度、速度、压力、张力、厚度、等控制系统已从继电器的逻辑控制发展为既有逻辑控制、计时、计数、分支程序、子程序控制功能，也有数字运算，数据处理、模拟调节、操作显示、联网通讯等功能控制系统。

全球各薄膜设备制造商都已将大型计算机可编程序控制器等新型装置用于生产线的全过程控制，过程控制从模拟控制进入到数字化控制阶段，最优化控制及模糊控制也逐渐应用于过程控制之中。

计算机网络技术的发展使大型薄膜生产线能够实现整个生产线的集中控制，实现生产控制和生产管理等的有机结合，从而进一步提高企业的经济效益。

1.3.2国内部分

我国双向拉伸塑料薄膜的研究工作始于20世纪50年代，首先是从BOPET薄膜开始的。

70年代开发成功BOPP、BOPS薄膜。

80年代以后，我国引进、吸收了国外的先进技术和设备，BOPF薄膜得到迅速发展。

90年代已能大量生产包括BOPA在内等多品种塑料薄膜，不但能满足国内需要，而且许多产品还远销国外。

国内中小型拉伸薄膜生产线的设计和加工方面也取得十分可喜的进步。

下面我们分别介绍各种薄膜的发展情况：

1．BOPET20世纪中期，由于电工方面的需要，我国就开始BOPET薄膜的开发试制。

1959年，沈阳化工研究院就开始采用熔融一平面逐次双向拉伸法BOPET薄膜的研制工作。

1962年原化工部北京研究院采用挤出一同时双向拉伸法BOPET薄膜，1965年通过了原化工部部级鉴定。

与此同时，原一机部电器科学研究院、天津绝缘材料厂、常州绝缘材料厂、上海电磁线厂等单位，采用釜式法BOPET薄膜，并在改进的印染用拉幅机的基础上分别建成了多条BOPET薄膜生产线，1965年也通过部级鉴定并有小批量生产。

在这个阶段里，我国都是以自行开发研制为主，直到1969年，我国才首次引进两台德国布鲁克纳（BRUECKNER）公司的小型双向拉伸设备。

1985—1992年间丹东、上海、杭州、汕头、佛山、中山、南京等地引进了7条1500-3000t/a的薄膜生产线，也建成了多条中小型国产BOPET薄膜生产线，使我国

BOPET薄膜的生产能为急剧增加。

1994年BOPET薄膜的产量已近4万吨，1995年以后，佛山、仪征，潍坊、宁波、天津、上海等地又从德国、法国、日本引进4-6.7m宽的大型薄膜生产线，目前我国BOPET薄膜的总生产能力约为10万吨左右。

从我国的BOPET薄膜产量上看，目前国产的BOPET薄膜不但可以满足国内的需要，而且还可以部分出口。

从BOPET薄膜的质量上来看，国产薄膜的质量己达到国外同类产品的水平。

从薄膜的品种上来看，除了磁盘芯片、高级磁带带基以及少数特殊薄膜仍需进口外，其他的产品都可以生产。

国产的BOPET薄膜主要是用于包装、X光片、电气绝缘、电容器等领域。

2．BOPP薄膜我国BOPP薄膜是在1972-1973年间由桂林电器科学研究院、嘉兴绝缘材料厂、晨光化工研究院开始试制的。

1980年四川东方绝缘材料厂引进日本

信越公司的管膜法生产线，生产能力为500t/a。

1980年北京化工六厂从德国布鲁克纳公司引进一套年产5000吨的BOPP薄膜生产线，1984年正式投产。

产品的厚度为

15-60Ilm，幅宽为6m。

北京燕山石油化学公司化工二厂也引进一套4m宽的设备。

其后，广东、安徽、广西等地又陆续引进多套BOPP簿膜生产装置。

90年代以后，BOPP

薄膜发展更快，到1997年底我国共引进63条BOPP生产线，总生产能力达32万吨。

其中德国布鲁克纳公司的设备为33条，法国DMT（包括其前身CELLIER公司）的为4条，日本三菱重工为22条。

3．BOPS薄膜20世纪60年代末，天津近代化工厂，70年代晨光化工研究院、朝阳塑料厂采用平面扩张拉伸法生产BOPS薄膜，产品主要用作高频电容器的绝缘薄

膜。

90年代初期，我国先后从美国、日本、德国引进了7条BOPS薄膜生产线，分布在浙江、江苏、上海、广东四省。

BOPS薄膜的年生产能力已达6.8万吨，产品主要用于包装行业。

4．BOPA薄膜BOPA薄膜作为包装材料有许多优点，但是因为它成本高，加工难度大，影响了它的发展速度。

80年代后，黑龙江方正县肠衣厂引进了一套德国管膜

法尼龙薄膜生产线，直径为28—1200mm。

90年代以后，佛山东方包装材料公司从日本三菱重工引进一条年产3000吨的平面双向拉伸尼龙薄膜生产线，经过不断的开发和改进，使BOPA薄膜的生产技术达到了国际的水平，产品的规格以11-40um为主。

1.4本课题的研究重点

本课题通过对BOPET生产中的原料及结晶干燥、熔融挤出、铸膜、纵横双向拉伸、牵引收卷、分切、回收造粒等工艺过程进行分析、研究，同时对设备如何优化、

改造以保证生产稳定和薄膜质量优良进行了研究，并结合生产实践诃论了BOPET生产过程中高聚物取向和结晶行为以及其主要质量指标（厚度均匀性、断裂强度、干热

收缩率、雾度等）的的控制原理和方法，最后对生产实际中常见的工艺问题和处理对策进行研究。