BOPET薄膜基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用

1、BOPET薄膜基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用XXX主辦2010年11月內(nèi)部培訓(xùn)主要內(nèi)容 一、BOPET薄膜性能介紹 二、薄膜性能對(duì)后加工的影響B(tài)OPET薄膜性能介紹(基本知識(shí))BOPET薄膜性能介紹一、教你認(rèn)知半成品檢驗(yàn)報(bào)告中的內(nèi)容1. 外觀質(zhì)量1.1巡檢項(xiàng)：此項(xiàng)應(yīng)由當(dāng)班班長(zhǎng)根據(jù)拉伸工巡回檢查記錄及自查情況如實(shí)填寫，并盡可能用數(shù)據(jù)描述外觀質(zhì)量，如記錄缺陷的位置、數(shù)量等信息。1.2抽檢項(xiàng)：此項(xiàng)為半成品檢驗(yàn)員對(duì)截取的大卷膜表層樣進(jìn)行抽檢自查，并如實(shí)填寫檢查情況，對(duì)發(fā)現(xiàn)的外觀質(zhì)量缺陷用數(shù)據(jù)描述出來。2 物化性能2.1厚度 厚度是薄膜最基本的品質(zhì)指標(biāo)之一，厚度的均勻性直接影響到薄膜的外觀形象以及內(nèi)在性能，因此必須嚴(yán)加

2、控制這一指標(biāo)。其判定標(biāo)準(zhǔn)有以下幾項(xiàng)： （1）平均厚度：指整卷膜厚度的算術(shù)平均值，通常稱為實(shí)際厚度，亦通常與標(biāo)稱厚度有一定的偏差。 （2）標(biāo)準(zhǔn)偏差：用以衡量數(shù)據(jù)值偏離算術(shù)平均值的程度。 （3）厚度公差：是指整卷膜的最大和最小厚度值與平均厚度的正負(fù)差值。2.2 光學(xué)性能2.2.1 霧度 是薄膜的光學(xué)指標(biāo)之一，是表征薄膜的清晰透明或混濁的程度，是透過薄膜而偏離入射光方向的散射光通量與投射光通量的百分比。 霧度的影響因素很多，主要有薄膜配方、工藝參數(shù)等。2.2.2 透光率 透光率是指透過薄膜的光通量與入射到薄膜表面上的光通量的百分比。2.2.3 光澤度 光澤度用來表示薄膜表面平整、光亮的程度。光澤度可

3、通過對(duì)光線的反射能力來測(cè)定。當(dāng)薄膜表面光滑平整時(shí)，對(duì)光線的鏡面反射能力強(qiáng)，光澤度就高；當(dāng)薄膜表面從微觀上看表現(xiàn)比較粗糙時(shí)，光線對(duì)鏡面反射能力弱，光澤度就低。常規(guī)PET膜主要測(cè)試45折射角。一般角度越小測(cè)試值越大。2.2.4 光學(xué)性能的影響因素 原輔料（大有光切片、母料切片） （1）控制原輔料的結(jié)晶度 （2）控制母料開口劑的折光指數(shù)、粒徑、形狀等。 工藝條件 （1）控制拉伸定向后薄膜的結(jié)晶度（工藝參數(shù)）。 （2）控制開口劑的用量，以低量有效為原則，保證薄膜收/放卷順利、薄膜間不粘連。2.3 熱學(xué)性能2.3.1 熱收縮率 熱收縮率是表征薄膜在受熱情況下的尺寸穩(wěn)定性，也即薄膜受熱變形的程度，亦可反映

4、薄膜的耐溫性能。 我們所測(cè)得的熱收縮率數(shù)據(jù)是在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下測(cè)量的靜態(tài)受熱收縮變形值，只是一個(gè)參考數(shù)據(jù)，與下游用戶在使用中出現(xiàn)的收縮是有區(qū)別的，因?yàn)楸∧ぴ谑褂眠^程中是在有外力（張力）的作用下在熱場(chǎng)中作動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，是一種有外力的動(dòng)態(tài)熱收縮。但動(dòng)態(tài)熱收縮率在實(shí)驗(yàn)室是很難測(cè)量的。 一般情況下靜態(tài)熱收縮率越小，其動(dòng)態(tài)熱收縮在相同條件下也趨小，但條件不同就不一定有對(duì)應(yīng)關(guān)系。2.3.2 影響熱收縮率的因素及控制辦法2.3.2.1 影響因素有： PET切片的聚合度、端羧基值 薄膜的結(jié)晶度 拉伸的工藝參數(shù) 熱定型溫度 熱松馳（定型區(qū)、冷卻區(qū)與出口鏈寬設(shè)置）等。2.3.2.2 控制辦法有： 要求原料供應(yīng)商改善PE

5、T樹脂的熱穩(wěn)定性，避免或減少在加工過程中的熱降解。 適當(dāng)提高TDO熱定型溫度，目的是完善結(jié)晶，充分釋放內(nèi)應(yīng)力。 在熱定型末端足夠進(jìn)行熱松馳，隨后快速冷卻定型，使拉伸取向的結(jié)晶晶格“冷凍”并固定。2.4 力學(xué)性能2.4.1 拉伸強(qiáng)度 這是薄膜最重要的力學(xué)性能指標(biāo)，是指材料產(chǎn)生最大均勻塑性變形的應(yīng)力。它表示在單位截面上所承受的最大拉力。一般BOPET薄膜的拉伸強(qiáng)度應(yīng)在200MPa以上。 在拉伸試驗(yàn)中，試樣直至斷裂為止所受的最大拉力與截面積的比值即為拉伸強(qiáng)度，其結(jié)果以MPa表示（1MPa=1N/mm2）。有時(shí)稱之為抗張強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等。 用儀器測(cè)試樣拉伸強(qiáng)度時(shí)，可以一并獲得拉伸斷裂應(yīng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、

6、彈性模量等數(shù)據(jù)。 2.4.2 斷裂伸長(zhǎng)率 它是表示一定長(zhǎng)度薄膜的單位截面上承受最大拉力發(fā)生斷裂時(shí)的長(zhǎng)度減去起始長(zhǎng)度后與起始長(zhǎng)度的百分比。 斷裂伸長(zhǎng)率是反映薄膜的韌性指標(biāo)，如偏低，表示薄膜的脆性增加，一般PET薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率在100%左右。2.4.3 彈性模量 它是表示在彈性范圍內(nèi)薄膜所受應(yīng)力與應(yīng)變的比例系數(shù)，它表征的是薄膜的剛性或挺度，BOPET薄膜的彈性模量一般在4000以上，而BOPP需要加入增剛劑才能達(dá)到4000以上。 彈性模量在測(cè)試時(shí)的取值范圍為樣品伸長(zhǎng)0.05%0.25%之間拉力變化值與伸長(zhǎng)（截面）變化值之比，其結(jié)果以MPa表示。2.5表面性能2.5.1 潤(rùn)濕張力（表面張力） 促使

7、液體表面收縮的力叫做表面張力，是分子力的一種表現(xiàn)，對(duì)薄膜而言通常稱潤(rùn)濕張力。 例如：新鮮荷葉表面滴上一滴水，水會(huì)收縮成水珠而不會(huì)浸潤(rùn)到荷葉內(nèi)部，這一現(xiàn)象說明水的表面張力大（約73達(dá)因），荷葉的潤(rùn)濕張力小，且二者的差距比較大。 表面張力的國(guó)際單位為N/m，但通常我們用dyn/cm（達(dá)因）表示，1dyn/cm=1mN/m2.5.2 摩擦系數(shù) 摩擦系數(shù)（friction factor）是指兩表面間的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值。它是和表面的粗糙度有關(guān)，而和接觸面積的大小無關(guān)。依運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，它可分為動(dòng)摩擦系數(shù)和靜摩擦系數(shù)。 摩擦系數(shù)的大小影響到薄膜的收卷性能和薄膜的使用性能。 摩擦系數(shù)是薄膜

8、開口性的量化評(píng)定指標(biāo)，也是機(jī)器運(yùn)行速度、張力調(diào)節(jié)和薄膜運(yùn)行中磨損的參考依據(jù)之一。如BOPP煙膜就要求COF非常小，這樣就能進(jìn)行高速包裝。 薄膜的摩擦系數(shù)對(duì)印刷油墨與薄膜之間、鍍鋁層與薄膜之間、涂層與薄膜之間的結(jié)合力有很大關(guān)系。 摩擦系數(shù)的大小可通過添加劑的選擇和用量來控制。 PET薄膜的COF值一般在0.4-0.6之間比較適宜，特殊用途產(chǎn)品就不在此控制范圍了。2.5.3 表面粗糙度 該指標(biāo)為薄膜的一個(gè)隱性指標(biāo)，是指薄膜表面所具有的在較小間距上的微小峰谷不平度的微觀幾何尺寸特征的綜合評(píng)價(jià)。 表面粗糙度用Ra（輪廓平均算術(shù)偏差）、Rz（不平度平均高度）、Rt（從峰到谷的高度）、Rmax（最大深度）

9、來表征。 適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙扔欣谟湍∷⒑湾冧X，特別是對(duì)淺網(wǎng)印刷尤其重要。如果粗糙度過大，則可能會(huì)造成油墨分子或鋁分子不能填滿薄膜表面的凹點(diǎn)而影響兩者之間的結(jié)合力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致分層，或出現(xiàn)針孔漏白問題。二、薄膜性能對(duì)后加工的影響薄膜性能對(duì)后加工的影響 BOPET薄膜的表面性能特征及對(duì)后序加工的影響 BOPET薄膜的表面結(jié)構(gòu)與性能直接影響著其后序加工如鍍鋁、印刷及復(fù)合的牢度，以下就分從BOPET薄膜的表面極性與張力、表面粗糙度、薄膜界面層等幾個(gè)方面來說明其表面的性能特征及對(duì)后序加工的影響。1.1表面極性與表面張力 1.材料本身的分子結(jié)構(gòu)決定了材料極性的大小，而材料的表面張力又與其表面極性有關(guān)，極

10、性越大，表面張力也越大。PET大分子鏈中含有極性基團(tuán)酯基，因此，BOPET薄膜表面具有一定的極性，其表面張力較一般的非極性塑料薄膜如BOPP大，未經(jīng)表面處理的BOPET薄膜的表面張力可達(dá)到40-44達(dá)因/cm，而未經(jīng)表面處理的BOPP薄膜的表面張力只有30-33達(dá)因/cm。 當(dāng)薄膜用于印刷時(shí)，為了使油墨能夠完全浸潤(rùn)（潤(rùn)濕）薄膜表面，要求薄膜的表面張力要等于或大于油墨的表面張力，故在印刷時(shí)，要求薄膜的表面張力要至少大于38達(dá)因/cm；而對(duì)于轉(zhuǎn)移膜等需要上涂層的材料來說，也要求涂布液的表面張力小于薄膜的表面張力，既要保證涂料在薄膜上有適當(dāng)?shù)母街土髌?，又要能讓涂層在適當(dāng)?shù)耐饬ψ饔孟屡c薄膜能順利剝離

11、； 對(duì)于真空鍍鋁，薄膜與鋁層間一方面靠范德華力結(jié)合；另一方面，苯環(huán)的存在形成了冗電子體系，與鋁原子外層的電子云疊加，形成配價(jià)鍵。 實(shí)踐證明，在一般情況下，未處理BOPET薄膜已經(jīng)能滿足印刷、鍍鋁的要求。但為了進(jìn)一步增加油墨及鋁層與薄膜間的附著牢度，通常仍要對(duì)BOPET薄膜進(jìn)行表面處理，最好的電暈值在52-60之間，如太高，容易造成電暈過度，造成弱介層。n 薄膜表面處理方法有電暈處理、等離子體處理電暈處理、等離子體處理、涂層處理、涂層處理、化學(xué)處理、光化學(xué)處理、火焰處理等。u 其中電暈處理是應(yīng)用最普遍的一種,其作用表現(xiàn)為形成極性基團(tuán)和表面粗糙化：1）通過電極在電極和電暈處理輥之間放電，使空氣電離

12、，形成臭氧和氧化氮。同時(shí)高能的電子和離子轟擊薄膜表面，使其鍵狀分子斷裂，產(chǎn)生自由基，并同空氣的電暈產(chǎn)物發(fā)生氧化交聯(lián)等反應(yīng)，生成羥基、羰基等極性基團(tuán)，提高了薄膜的表面張力及極性。2）高能電子和離子注入薄膜，在薄膜表面產(chǎn)生微凹的密集孔穴，使薄膜表面粗化，增大表面活性。l 薄膜表面的潤(rùn)濕張力與電暈處理的強(qiáng)度有關(guān)。電暈處理的強(qiáng)度則與電極電壓的高低和電極-電暈輥之間的間隙有關(guān)。電極電壓高、與電暈輥之間的距離小、電暈處理效果強(qiáng)；與薄膜和電暈輥之間是否夾有空氣有關(guān)，如果輥膜之間夾有空氣將會(huì)導(dǎo)致薄膜背面也被處理；與電暈輥和電極表面清潔度有關(guān)，電暈輥和電極表面很臟，則會(huì)減弱電暈處理的效果。u添加劑的加入也可能對(duì)

13、薄膜表面的極性及表面張力產(chǎn)生一定的影響。BOPET薄膜中常用的添加劑為抗粘連劑，通常采用二氧化硅（SiO2)。二氧化硅中的硅氧鍵具有較強(qiáng)的極性，且二氧化硅粒子表面常吸附有一定的化合水和羥基，因此，二氧化硅粒子具有較高的表面能，這樣裸露在薄膜表面的二氧化硅粒子有助于增加薄膜表面的極性及表面張力，有利于鍍鋁和印刷。u對(duì)薄膜表面進(jìn)行涂層，以徹底改變BOPET薄膜的表面性質(zhì)，也有利于其與鍍鋁層及油墨的附著，并且能夠克服由于PET的蠕變而產(chǎn)生的鍍鋁層轉(zhuǎn)移。因?yàn)樵趯?duì)傳統(tǒng)的鍍鋁復(fù)合膜用顯微鏡觀察時(shí)可以發(fā)現(xiàn)：鍍鋁層存在大量的紋隙和空隙，鍍鋁層致密度差。這是由于在真空蒸鍍過程中BOPET在張力、溫度的作用下產(chǎn)生

14、拉伸形變，收卷后PET蠕變恢復(fù)而產(chǎn)生的結(jié)果。復(fù)合以后粘合劑分子會(huì)通過這些空隙滲入鍍鋁層和薄膜界面，嚴(yán)重降低兩者的附著牢度，從而造成剝離時(shí)鍍鋁層的轉(zhuǎn)移?；瘜W(xué)涂層介于鍍鋁層和BOPET薄膜間起到一個(gè)緩沖層的作用，使PET在真空蒸鍍收卷后蠕變產(chǎn)生的應(yīng)力釋放在該涂層，從而減小了對(duì)鍍鋁層的破壞，鍍鋁層的致密度大大提高，復(fù)合以后粘合劑分子無法通過空隙滲入鍍鋁層和薄膜界面。鋁層的界面結(jié)合牢度好，所以與其它基材復(fù)合后剝離強(qiáng)度很高，鍍鋁層不會(huì)向任何一層轉(zhuǎn)移。1.2 表面粗糙度 未經(jīng)處理且不含有添加劑（抗粘連劑）的BOPET薄膜表面是非常光滑的。這不但不利于其收卷與分切，也不利于其后序的鍍鋁、印刷等加工。通過電暈

15、處理及加入添加劑，可使其表面粗化，具有一定的粗糙度，從而增大了粘附面積，并利用機(jī)械錨固作用提高薄膜與油墨及鍍鋁層間的附著牢度。 添加劑對(duì)薄膜表面粗糙度的影響與添加劑的種類、形狀、粒徑、粒子分布、加入量等因素有關(guān)。 BOPET薄膜中采用的抗粘連劑為二氧化硅、形狀為不規(guī)則的球狀。二氧化硅粒子的粒徑越大，加入越多，則薄膜表面粗糙度也越大，在一定程度上有利于薄膜的印刷及鍍鋁。但粗糙度過大，可能會(huì)造成油墨及鋁粉填不滿薄膜表面的凹陷，形成空隙，進(jìn)而降低兩者之間的附著，導(dǎo)致成品的脫鋁或脫墨。 另外，粒子粒徑的分布及在薄膜中的分散均勻性會(huì)直接影響薄膜表面粗糙度的均勻性。因此，應(yīng)在聚合及加工過程中，盡量防止粒子

16、的凝聚，并促使其在薄膜表面分散均勻，從而使整個(gè)薄膜表面的粗糙度均勻一致。若粗糙度分布過于不均，則可能會(huì)在粗糙度過大或過小的區(qū)域形成比較薄弱的附著界面，剝離時(shí)就會(huì)在這些薄弱界面發(fā)生優(yōu)先脫落，從而降低了整體的附著牢度。 二氧化硅遇到水分子極易凝聚，因此在酯化和縮聚時(shí)，加入二氧化硅，必須在乙二醇中均勻分散后才能加入到酯化釜中。 在薄膜生產(chǎn)中,二氧化硅在PET熔融時(shí)因?yàn)橐灿猩倭克肿拥拇嬖谝矔?huì)產(chǎn)生凝聚，雖然也經(jīng)過過濾器，但由于熔體在經(jīng)過濾網(wǎng)時(shí)的流動(dòng)摩擦?xí)a(chǎn)生摩擦靜電，二氧化硅離開濾網(wǎng)時(shí)也會(huì)因靜電效應(yīng)產(chǎn)生凝聚。二氧化硅凝聚在薄膜表面的影響，會(huì)使表面的粗造度增加，形成顆粒狀的麻點(diǎn)，影響表面的光澤度和印刷效

17、果。 1.3 薄弱界面層 對(duì)于BOPET薄膜,其薄弱界面層主要是由于薄膜表面受水、灰塵、油污、低分子升華物等污染而形成的。其薄弱界面層的表面能一般都較低，由于其屏蔽作用，降低了薄膜的表面張力和潤(rùn)濕性，而使印墨及鍍鋁層表現(xiàn)出很差的粘附性，復(fù)合牢度差，印刷時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)油墨分散不好，印品出現(xiàn)針孔、白點(diǎn)等缺陷。 1）灰塵污染 2）低聚物污染3）油污污染 4）電暈出水污染u低聚物的污染對(duì)薄膜表面的影響 (1)模頭上積累的低聚物，如果時(shí)間太長(zhǎng)不清理，由于風(fēng)壓或溫度的變化在正常生產(chǎn)中落在鑄片上，形成白色的較大的斑點(diǎn)，而熔體與低聚物黏得很牢，所以在后序加工中也很難脫落，帶到成品膜中，會(huì)使客戶無法使用，造成客戶

18、的投訴。 (2)在TDO的冷卻段，降溫梯度較大，使大量的低聚物迅速凝聚在冷卻段的風(fēng)嘴壁上，如果累積的較多，在風(fēng)壓波動(dòng)或溫度變化時(shí)低聚物會(huì)從風(fēng)嘴壁上落下來，落在薄膜的表面，較輕的影響是使薄膜霧度增加，如果嚴(yán)重污染薄膜，在后序加工中會(huì)影響油墨和鍍鋁的附著力。 2、BOPET薄膜常見問題2.1 BOPET薄膜成品易出現(xiàn)的問題2.1.1 表觀皺: 水波紋：主要是受厚度影響，收卷松軟，拉伸不均勻； 筋或暴筋：厚度和收卷工藝都有影響； 條紋：收卷工藝，硬度小，表面受力； 擠碰皺：運(yùn)輸、裝卸產(chǎn)生碰撞，繩索勒痕，包裝臺(tái)壓痕；2.2.2 中間皺：主要是分切機(jī)工藝設(shè)備造成。2.2.3 底皺：受設(shè)備、工藝、紙管、操

19、作等影響在近紙管處形成皺紋或死折。2.2.4 傷痕： 劃傷：TDO內(nèi)部膜條、設(shè)備機(jī)械附件等造成； MDO劃痕：MDO滾筒造成； 戳傷：滾筒表面硬質(zhì)異物，搬運(yùn)碰撞；2.2.5 氣泡、麻點(diǎn)：靜電吸附放電、吸附差或冷鼓臟造成；2.2.6 粉塵、雜質(zhì)：TDO低聚物和環(huán)境、設(shè)備表面灰塵等；2.2.7 污染：設(shè)備潤(rùn)滑點(diǎn)、雨淋受潮；2.2.8 凝膠：交聯(lián)的網(wǎng)狀聚酯，無熔點(diǎn)、不溶解但可溶脹，而且有彈性，主要 是氧化造成，氧化的結(jié)果不僅生成凝膠，更可導(dǎo)致凝膠變成黃點(diǎn)甚至炭化成 黑點(diǎn)。2.2.9 晶點(diǎn)：受高溫、緩慢結(jié)晶而成的高結(jié)晶、完整結(jié)晶的產(chǎn)物。2.2.10 剝離不良：表面張力、局部疵點(diǎn)、靜電不均2.2 鍍鋁時(shí)易出現(xiàn)的問題2.2.1 起皺、鍍空線： 原膜：薄膜厚度不均、松緊不一，