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影响聚四氟乙烯薄膜双向拉伸均匀性的原因
- 分类：行业动态
- 作者：PFA管小姐姐
- 来源：丹凯
- 发布时间：2022-12-14 14:25
- 访问量：
影响聚四氟乙烯薄膜双向拉伸均匀性的原因
- 分类：行业动态
- 作者：PFA管小姐姐
- 来源：丹凯
- 发布时间：2022-12-14 14:25
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塑料薄膜厚度均匀性是产品质量标准中最重要的指标之一。通常，双向拉伸塑料薄膜沿纵向厚度变化较小，但沿横向厚度变化
则很快，变化值也较大，对薄膜的均匀性有着重要的影响。有两点关键因素可以改善厚度均匀性：（1）基础膜厚度均匀性控
制；（2）横向拉伸过程中厚度均匀性控制。在拉伸法制取聚四氟乙烯薄膜工艺中，各种因素对薄膜的均匀性都有影响，如树脂
分子量、助挤剂种类、助含量、挤出工艺、压延工艺以及拉伸工艺，其中最重要的是拉伸工艺条件。
目前，关于聚四氟乙烯薄膜制备均匀性的研究较少，但已有大量的文献研究了通过双向拉伸成型的其他薄膜的均匀性问题，这
对聚四氟乙烯薄膜的均匀性研究有着重要的参考意义。
在双向拉伸薄膜生产中，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。经过纵向拉伸的单取向薄
膜在会后的横拉伸过程中，出现复杂的热力学耦合变形，因此该过程常常被称为是难以分析的黑箱。为了全面认识、理解、掌
握横拉过程的特点以及影响因素，从而提高薄膜的均匀度，研究人员对薄膜在横向拉伸过程中的形变机理进行了研究。
部分研究表明，对于双向拉伸的BOPP薄膜，随着横向拉伸比的增大，薄膜的横向拉伸强度随之提高，横向断裂伸长率减少，横
向厚度偏差也大大减小，产品的各项性能指标均向好的方向发展。采用弹粘塑料性率相关和率不相关本构方程，对BOPP的横向
拉伸过程进行数值模拟，得到薄膜中心且在膜出口处应力集中现象，从而造成薄膜的不均匀性，并与实验观察一致。也有研究
认为温度场是影响横向拉伸的最重要因素。
利用计算机模拟了PA66塑料薄膜的横向拉伸过程，揭示了材料物性参数和横向拉伸比、横向拉伸速度以及拉伸温度三大工艺参
数对塑料薄膜相对结晶度均匀性的影响，得出拉伸应力影响相对结晶度的大小，而相对结晶度的分布又是薄膜厚度均匀性的主
要因素，薄膜的相对结晶度不均匀必然带来薄膜厚度的不均匀。另有研究总结BOPET薄膜生产中影响薄膜厚度均匀性的主要因
素有自动控制系统和工艺两个方面，其中工艺方面（如温度、拉伸比、静电状态、烘箱状态等）对膜的厚度的波动影响较大。
不同拉伸比、拉伸温度以及铸片条件对厚度偏差影响较大，通过选择合适的工艺可以改善薄膜的厚度均匀性。
目前，虽然有大量的文献研究了双向或单向拉伸薄膜的各种性能，但处于制样简单，文献中多采用纵向横向同时拉伸方法，或
分步均匀横向拉伸方式，和工业实际应用的导轨布铗横向拉伸方式差异较大，所得结论对工业指导意义是间接的。通过研究发
现，在聚四氟乙烯薄膜生产的过程中，由于横向拉伸的固有缺陷，造成了拉幅加工阶段的非均匀横向拉伸现象，这种非均匀横
向拉伸将导致聚四氟乙烯薄膜的结构和性能上的不均匀，对薄膜的质量造成严重的影响。而关于拉幅技工阶段造成的非均匀横
向拉伸现象的研究却鲜有报道。
目前已报道的PTFE聚四氟乙烯微孔薄膜的制备方法主要有两种。一种是在PTFE中添加成孔剂NaCl，然后将PTFE制成薄膜，再
将NaCl通过加热水洗去除，NaCl留下的空位即形成孔隙，这种方法制成的微孔薄膜孔径最小为0.1μm。二是机械拉伸法，该方
法制成的微孔薄膜具有特殊的微细纤维连接岛状“结”的结构，是目前制备PTFE微孔薄膜的主要方法。
20世纪60年代，PuPont公司首先用单向拉伸方法制得PTFE拉伸膜，但微孔的大小、孔隙率和膜的强度都不理想。70世纪中期
美国Gore公司利用双向拉伸技术成功地开发了膨体PTFE微孔薄膜，之后日本在这方面的研究取得了很大进展，并申请了多项专
利。我国从70年代后开始研制PTFE拉伸膜的工作，但长期以来一直停留在单向拉伸的工艺，90年代以来，有个别单位研制生产
出双向拉伸微滤膜。
PTFE聚四氟乙烯细粉料与添加剂充分混合后进入挤压机中，粉料受推挤压出条状PTFE，然后在滚压机下压延成膜片。加热除添
加剂后即可进行纵横向拉伸，再通过热处理定型、切割和收卷得到双向拉伸微滤膜。
通常，聚四氟乙烯薄膜可用不同方法制备，所用材料可以是有机的（聚合物）或无机的（陶瓷、金属、玻璃）。采用聚合物材
料制备聚四氟乙烯薄膜的方法包括：烧结、拉伸、径迹、相转化等。按不同的分类标准，聚四氟乙烯薄膜的制备方法有不同的
分类。有文献报道聚四氟乙烯薄膜的制备技术按工艺分为6大类：拉伸高填充塑料薄膜技术、能形成微滤网络聚集态结构的分子
成膜技术、相分离成膜技术、中空纤维微滤膜技术、化学交联发泡技术、物理机械穿孔技术等。按微孔形成机制可以归结为充
填机理、形变机理、相变机理等3种机制。当然，很多情况下是多种机制同时起作用。
用双向拉伸工艺生产塑料薄膜至今已有80多年的历史，主要的生产工艺包括管膜法和平面双向拉伸法。平面双向拉伸薄膜品种
较多，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薄膜有：聚丙烯BOPP、聚
对苯二甲酸乙二醇酯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。在平面双向拉伸工艺中，主要包括两步法连续拉伸和同步双向拉
伸两种工艺，而两步法连续拉伸，即先纵向拉伸后横向拉伸的工艺出于其可控性强，拉伸得到的薄膜综合性能优异而被大量采
用。目前，同步双向拉伸设备仍不能国产化，进口设备价格昂贵，多为BOPET、BOPE等等薄膜所采用。
对于聚四氟乙烯薄膜而言，生产工艺主要有：压延、车削和拉伸等，其中只有拉伸薄膜才具有良好的微孔结构。制备聚四氟乙
烯薄膜的传统工艺是将一定比例的聚四氟乙烯PTFE粉料和助挤剂混合后，经过挤出，压延，干燥，拉伸，烧结，冷却等一系列
工艺，最后制得多孔材料。在传统工艺的基础上，世界各国又研制出了制备聚四氟乙烯薄膜的改进方法，例如不同温度下的多
次拉伸法、无应力烧结拉伸法等。
由于国外技术的严格封锁，以及我国基础工艺的相对薄弱，目前我国聚四氟乙烯薄膜生产设备是在生料带的基础上发展起来
的。生料带主要采用纵向单向拉伸而成，在此工艺和基础上，增加了横向拉伸工艺，从而加工出双向拉伸的聚四氟乙烯薄膜。
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