摘要　介绍了双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜的生产方法及工艺流程,分析了原材料、纵横拉伸比、温度等因素对BOPP薄膜物理、力学性能的影响,并且对生产中常见的问题进行了分析,提出了解决铸片常见缺陷及拉伸破膜的方法。　　关键词　双向拉伸聚丙烯薄膜　铸片　加工　　双向拉伸塑料薄膜是在低于薄膜材料熔点、高于玻璃化转变温度(Tg)时,对厚膜或铸片进行纵向和横向拉伸,然后在张紧状态下进行适当冷却或热定型处理或特殊的加工(如电晕、涂覆等)而制得的制品。双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜就是用这种方法制得的。　　BOPP薄膜是包装领域的重要产品,具有质轻、透明、无毒、防潮、透气性低、力学强度高等优点,被广泛用于食品、医药、日用轻工、香烟等产品的包装,并大量用作复合膜的基材,有“包装皇后”的美称。双向拉伸法是一种技术要求十分高的塑料成型加工方法,除需要具备性能良好的加工设备外,更重要的是要求生产人员能够深入掌握PP的性能及加工条件对产品性能的影响,及时解决生产中存在的问题。　　1　BOPP薄膜的主要生产方法及工艺流程　　目前BOPP薄膜的生产方法主要有管膜法和平膜法。管膜法属双向一步拉伸法;平膜法又分为双向一步拉伸和双向两步拉伸两种方法[1]。管膜法具有设备简单、投资少、占地小、无边料损失、操作简单等优点,但由于存在生产效率低、产品厚度公差大等缺点,自20世纪80年代以来几乎没有发展,目前仅用于生产BOPP热收缩膜等特殊品种。双向一步拉伸法制得的产品纵横向性能均衡,拉伸过程中几乎不破膜,但因设备复杂、制造困难、价格昂贵、边料损失多、难于高速化、产品厚度受限制等问题,目前尚未得到大规模采用。而双向两步拉伸法设备成熟、生产效率高、适于大批量生产,被绝大多数企业所采用。　　2　影响BOPP薄膜物理、力学性能的因素　　2.1　原材料性能　　工业化生产BOPP薄膜用主料的主要成分是PP[3]。PP是一种典型的立体规整性聚合物,根据烃基在分子平面两侧的分布,可分为等规PP、间规PP和无规PP。等规PP和间规PP具有不同的结晶结构,等规PP是以均相成核的三维生长方式进行结晶,而间规PP主要以均相成核的二维方式进行结晶,形成了外观尺寸不规则的小晶片,而且由于间规PP分子结构的规整度较低,使得间规PP具有较低的结晶速率和结晶度[4]。研究表明,等规度越大,结晶速率越快,薄膜产品的屈服强度和表面硬度会明显增大,而无规PP在聚合物中起内部润滑剂的作用,并有利于聚合物定向,有助于改善薄膜的光学性能[2]。　　目前,BOPP薄膜品种繁多,性能也差异很大,造成这种情况的主要原因是使用的原料和生产工艺不同。实践证明,只有等规PP的质量分数为95%~97%,无规PP的质量分数为3%~5%的PP才适合生产BOPP薄膜[2],并且一般选用熔体流动速率为2~4g/(10min)的PP。另外,通过在PP薄膜的表面上共挤出一层或多层熔点较低的共聚物,可以扩大BOPP薄膜在包装工业中的应用范围。　　2.2　纵、横向拉伸比　　拉伸比是一个很重要的工艺参数,无论是纵向拉伸比,还是横向拉伸比,对BOPP薄膜的物理、力学性能都有重大的影响。在一定的温度下,拉伸比愈大,PP分子链的取向度愈大[2]。即薄膜的力学强度提高、模量增大、断裂伸长率减小,冲击强度、耐折性增大,透气、光泽性变好。BOPP薄膜生产过程中的取向主要发生在纵向拉伸和横向拉伸过程中,在经过纵向拉伸后,高分子链呈单轴纵向取向,大大提高了铸片的纵向力学性能,而横向性能劣化。进一步横向拉伸后,高分子链呈双轴取向状态。　　　　随着分子链取向度的提高,薄膜中伸直链段数目增多,折叠链段数目相应减少,晶片之间的连接链段逐渐增加,材料的密度和强度都相应提高,而断裂伸长率降低[5]。因此双向拉伸可以综合改善PP薄膜的性能。　　纵向拉伸比和横向拉伸比的差异最终决定　　BOPP薄膜纵、横向的物理、力学性能差异。如果纵向拉伸比和横向拉伸比相差不大,两个方向上的分子取向就没有明显的差异,BOPP薄膜表现出各向同性。为了生产纵向性能高于横向性能的BOPP薄膜,纵、横拉伸比的选择相当重要,一般情况下,纵向拉伸比(4.5~5.5)小于横向拉伸比(7.5~9.0)[6]。BOPP薄膜的横向拉伸是一个重要且复杂的过程,整个过程在一个连续的热环境中进行。横向拉伸过程具有多拉伸起始点,这主要是由横向上的某些薄弱点、较高的横向拉伸速率,以及薄膜中杂质、气泡和外观缺陷等因素造成的[7]。多拉伸起始点易引起产品厚度不均匀。同时在横向拉伸时,有“阶梯拉伸”和“固有拉伸倍数”的问题[2]。即在横向拉伸过程中,在薄膜的横向有若干个突然被拉伸到最大倍数的“阶梯”点。随着拉伸过程的进行,“阶梯”逐渐向两侧扩展,直至在整个幅面上全部被拉伸。在BOPP薄膜生产中,拉伸程度必须达到“固有拉伸倍数”,即薄膜的纵向拉伸比和横向拉伸比的乘积必须达到40左右。如果纵向拉伸比不足,拉伸后薄膜横向出现许多“斑马纹”或厚条道;如果横向拉伸比不足,两个边部就会出现厚条道[8]。     2.3　温度　　拉伸各区的温度分布是影响BOPP薄膜拉伸取向、结晶的关键因素。温度是通过聚合物粘度和松弛时间的作用来影响取向过程的。温度升高,聚合物粘度降低,在恒定应力作用下,高弹形变和粘性形变都要增大,高弹形变增加有限,粘性形变发展却很快,有利于聚合物取向。　　(1)当在高于粘流温度Tf或熔点(Tm)温度拉伸时,聚合物的大分子活动能力很强,在很小的外应力作用下就会引起分子链解缠、滑移和取向,然而在高温作用下,其分子的解取向速率也会加快,使有效取向度降低。　　(2)当温度逐渐升高到Tg以上时,聚合物具有弹性,热运动的能量克服了某些物理交联点的牵制,使链段产生运动,但整个分子链尚不能移动。　　(3)当在Tg以下拉伸时,外力只能引起分子链伸缩、振动和键角的微小改变。塑料薄膜的拉伸温度一般在Tg~Tm(或Tf)之间,具体温度根据聚合物的性能决定。　　实践证明,采用比较低的预热、拉伸温度或者拉伸后立即进行冷却,是提高BOPP薄膜取向度、减小结晶度的有效方法。预热温度过高会导致PP形成球晶,薄膜透明性下降;而拉伸温度过高,PP链段易于解取向,不但引起热封性面层材料粘辊,而且大大降低BOPP薄膜的物理、力学性能。横向拉伸区的温度分布应力求均匀、稳定,否则会影响BOPP薄膜横向厚度的均匀性及拉伸的连续性。　　PP是结晶性聚合物,其最大结晶速率的温度约为Tm的0.80~0.85倍,温度越高(如在Tm附近)或越低(如在Tg附近),越难结晶。如果在拉伸过程中要防止预热、拉伸时PP结晶度的急剧增加[5],选择拉伸温度时最好不要在其最大结晶速率的温度区域,而选在结晶开始熔融、分子链能够运动的温度下,即在低于Tm25℃左右的温度范围内进行拉伸[2]。