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影響聚四氟乙烯薄膜雙向(xiàng)拉伸均勻性的原因
- 分類：行業動态
- 作者：PFA管小姐姐
- 來源：丹凱
- 發(fā)布時間：2022-12-14 14:25
- 訪問量：
影響聚四氟乙烯薄膜雙向(xiàng)拉伸均勻性的原因
- 分類：行業動态
- 作者：PFA管小姐姐
- 來源：丹凱
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塑料薄膜厚度均勻性是産品質量标準中最重要的指标之一。通常，雙向(xiàng)拉伸塑料薄膜沿縱向(xiàng)厚度變化較小，但沿橫向(xiàng)厚度變化
則很快，變化值也較大，對(duì)薄膜的均勻性有着重要的影響。有兩(liǎng)點關鍵因素可以改善厚度均勻性：（1）基礎膜厚度均勻性控
制；（2）橫向(xiàng)拉伸過(guò)程中厚度均勻性控制。在拉伸法制取聚四氟乙烯薄膜工藝中，各種(zhǒng)因素對(duì)薄膜的均勻性都(dōu)有影響，如樹脂
分子量、助擠劑種(zhǒng)類、助含量、擠出工藝、壓延工藝以及拉伸工藝，其中最重要的是拉伸工藝條件。
目前，關于聚四氟乙烯薄膜制備均勻性的研究較少，但已有大量的文獻研究了通過(guò)雙向(xiàng)拉伸成(chéng)型的其他薄膜的均勻性問題，這(zhè)
對(duì)聚四氟乙烯薄膜的均勻性研究有着重要的參考意義。
在雙向(xiàng)拉伸薄膜生産中，橫向(xiàng)拉伸是一個重要且複雜的過(guò)程，整個過(guò)程在一個連續的熱環境中進(jìn)行。經(jīng)過(guò)縱向(xiàng)拉伸的單取向(xiàng)薄
膜在會後(hòu)的橫拉伸過(guò)程中，出現複雜的熱力學(xué)耦合變形，因此該過(guò)程常常被稱爲是難以分析的黑箱。爲了全面(miàn)認識、理解、掌
握橫拉過(guò)程的特點以及影響因素，從而提高薄膜的均勻度，研究人員對(duì)薄膜在橫向(xiàng)拉伸過(guò)程中的形變機理進(jìn)行了研究。
部分研究表明，對(duì)于雙向(xiàng)拉伸的BOPP薄膜，随着橫向(xiàng)拉伸比的增大，薄膜的橫向(xiàng)拉伸強度随之提高，橫向(xiàng)斷裂伸長(cháng)率減少，橫
向(xiàng)厚度偏差也大大減小，産品的各項性能(néng)指标均向(xiàng)好(hǎo)的方向(xiàng)發(fā)展。采用彈粘塑料性率相關和率不相關本構方程，對(duì)BOPP的橫向(xiàng)
拉伸過(guò)程進(jìn)行數值模拟，得到薄膜中心且在膜出口處應力集中現象，從而造成(chéng)薄膜的不均勻性，并與實驗觀察一緻。也有研究
認爲溫度場是影響橫向(xiàng)拉伸的最重要因素。
利用計算機模拟了PA66塑料薄膜的橫向(xiàng)拉伸過(guò)程，揭示了材料物性參數和橫向(xiàng)拉伸比、橫向(xiàng)拉伸速度以及拉伸溫度三大工藝參
數對(duì)塑料薄膜相對(duì)結晶度均勻性的影響，得出拉伸應力影響相對(duì)結晶度的大小，而相對(duì)結晶度的分布又是薄膜厚度均勻性的主
要因素，薄膜的相對(duì)結晶度不均勻必然帶來薄膜厚度的不均勻。另有研究總結BOPET薄膜生産中影響薄膜厚度均勻性的主要因
素有自動控制系統和工藝兩(liǎng)個方面(miàn)，其中工藝方面(miàn)（如溫度、拉伸比、靜電狀态、烘箱狀态等）對(duì)膜的厚度的波動影響較大。
不同拉伸比、拉伸溫度以及鑄片條件對(duì)厚度偏差影響較大，通過(guò)選擇合适的工藝可以改善薄膜的厚度均勻性。
目前，雖然有大量的文獻研究了雙向(xiàng)或單向(xiàng)拉伸薄膜的各種(zhǒng)性能(néng)，但處于制樣簡單，文獻中多采用縱向(xiàng)橫向(xiàng)同時拉伸方法，或
分步均勻橫向(xiàng)拉伸方式，和工業實際應用的導軌布铗橫向(xiàng)拉伸方式差異較大，所得結論對(duì)工業指導意義是間接的。通過(guò)研究發(fā)
現，在聚四氟乙烯薄膜生産的過(guò)程中，由于橫向(xiàng)拉伸的固有缺陷，造成(chéng)了拉幅加工階段的非均勻橫向(xiàng)拉伸現象，這(zhè)種(zhǒng)非均勻橫
向(xiàng)拉伸將(jiāng)導緻聚四氟乙烯薄膜的結構和性能(néng)上的不均勻，對(duì)薄膜的質量造成(chéng)嚴重的影響。而關于拉幅技工階段造成(chéng)的非均勻橫
向(xiàng)拉伸現象的研究卻鮮有報道(dào)。
目前已報道(dào)的PTFE聚四氟乙烯微孔薄膜的制備方法主要有兩(liǎng)種(zhǒng)。一種(zhǒng)是在PTFE中添加成(chéng)孔劑NaCl，然後(hòu)將(jiāng)PTFE制成(chéng)薄膜，再
將(jiāng)NaCl通過(guò)加熱水洗去除，NaCl留下的空位即形成(chéng)孔隙，這(zhè)種(zhǒng)方法制成(chéng)的微孔薄膜孔徑最小爲0.1μm。二是機械拉伸法，該方
法制成(chéng)的微孔薄膜具有特殊的微細纖維連接島狀“結”的結構，是目前制備PTFE微孔薄膜的主要方法。
20世紀60年代，PuPont公司首先用單向(xiàng)拉伸方法制得PTFE拉伸膜，但微孔的大小、孔隙率和膜的強度都(dōu)不理想。70世紀中期
美國(guó)Gore公司利用雙向(xiàng)拉伸技術成(chéng)功地開(kāi)發(fā)了膨體PTFE微孔薄膜，之後(hòu)日本在這(zhè)方面(miàn)的研究取得了很大進(jìn)展，并申請了多項專
利。我國(guó)從70年代後(hòu)開(kāi)始研制PTFE拉伸膜的工作，但長(cháng)期以來一直停留在單向(xiàng)拉伸的工藝，90年代以來，有個别單位研制生産
出雙向(xiàng)拉伸微濾膜。
PTFE聚四氟乙烯細粉料與添加劑充分混合後(hòu)進(jìn)入擠壓機中，粉料受推擠壓出條狀PTFE，然後(hòu)在滾壓機下壓延成(chéng)膜片。加熱除添
加劑後(hòu)即可進(jìn)行縱橫向(xiàng)拉伸，再通過(guò)熱處理定型、切割和收卷得到雙向(xiàng)拉伸微濾膜。
通常，聚四氟乙烯薄膜可用不同方法制備，所用材料可以是有機的（聚合物）或無機的（陶瓷、金屬、玻璃）。采用聚合物材
料制備聚四氟乙烯薄膜的方法包括：燒結、拉伸、徑迹、相轉化等。按不同的分類标準，聚四氟乙烯薄膜的制備方法有不同的
分類。有文獻報道(dào)聚四氟乙烯薄膜的制備技術按工藝分爲6大類：拉伸高填充塑料薄膜技術、能(néng)形成(chéng)微濾網絡聚集态結構的分子
成(chéng)膜技術、相分離成(chéng)膜技術、中空纖維微濾膜技術、化學(xué)交聯發(fā)泡技術、物理機械穿孔技術等。按微孔形成(chéng)機制可以歸結爲充
填機理、形變機理、相變機理等3種(zhǒng)機制。當然，很多情況下是多種(zhǒng)機制同時起(qǐ)作用。
用雙向(xiàng)拉伸工藝生産塑料薄膜至今已有80多年的曆史，主要的生産工藝包括管膜法和平面(miàn)雙向(xiàng)拉伸法。平面(miàn)雙向(xiàng)拉伸薄膜品種(zhǒng)
較多，許多結晶型聚合物和非結晶型聚合物都(dōu)可以拉伸成(chéng)膜。目前，已經(jīng)實現工業化生産的雙向(xiàng)拉伸薄膜有：聚丙烯BOPP、聚
對(duì)苯二甲酸乙二醇酯BOPET、聚酰胺BOPA、聚苯乙烯BOPS、聚乙烯POPE等等。出于平面(miàn)雙向(xiàng)拉伸薄膜的性能(néng)好(hǎo)，産品應用
範圍廣，目前這(zhè)種(zhǒng)拉伸方法的發(fā)展速度遠遠超過(guò)管膜拉伸法。在平面(miàn)雙向(xiàng)拉伸工藝中，主要包括兩(liǎng)步法連續拉伸和同步雙向(xiàng)拉
伸兩(liǎng)種(zhǒng)工藝，而兩(liǎng)步法連續拉伸，即先縱向(xiàng)拉伸後(hòu)橫向(xiàng)拉伸的工藝出于其可控性強，拉伸得到的薄膜綜合性能(néng)優異而被大量采
用。目前，同步雙向(xiàng)拉伸設備仍不能(néng)國(guó)産化，進(jìn)口設備價格昂貴，多爲BOPET、BOPE等等薄膜所采用。
對(duì)于聚四氟乙烯薄膜而言，生産工藝主要有：壓延、車削和拉伸等，其中隻有拉伸薄膜才具有良好(hǎo)的微孔結構。制備聚四氟乙
烯薄膜的傳統工藝是將(jiāng)一定比例的聚四氟乙烯PTFE粉料和助擠劑混合後(hòu)，經(jīng)過(guò)擠出，壓延，幹燥，拉伸，燒結，冷卻等一系列
工藝，最後(hòu)制得多孔材料。在傳統工藝的基礎上，世界各國(guó)又研制出了制備聚四氟乙烯薄膜的改進(jìn)方法，例如不同溫度下的多
次拉伸法、無應力燒結拉伸法等。
由于國(guó)外技術的嚴格封鎖，以及我國(guó)基礎工藝的相對(duì)薄弱，目前我國(guó)聚四氟乙烯薄膜生産設備是在生料帶的基礎上發(fā)展起(qǐ)來
的。生料帶主要采用縱向(xiàng)單向(xiàng)拉伸而成(chéng)，在此工藝和基礎上，增加了橫向(xiàng)拉伸工藝，從而加工出雙向(xiàng)拉伸的聚四氟乙烯薄膜。
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