BOPE薄膜用主要原料PE。隨著聚乙烯合成技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展出多種不同的聚合方式、多種類型的催化劑和聚合技術(shù)，并由此發(fā)展出多個(gè)聚乙烯品種：高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、線型低密度聚乙烯(LLDPE)、茂金屬聚乙烯等。通常，通過改變共聚單體的種類及數(shù)量、聚合方式和催化劑的類型來(lái)控制聚乙烯樹脂的分子結(jié)構(gòu)、摩爾質(zhì)量及其分布。

PE原材料品種繁多，性能也差異很大，目前大量的LDPE和LLDPE應(yīng)用于吹膜產(chǎn)品的生產(chǎn)。目前BOPE采用平膜法生產(chǎn)的還不多。我們?cè)趯?shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)：熔體質(zhì)量流動(dòng)速率較小(通常MFR值小于4g/10rain)，摩爾質(zhì)量分布較寬甚至是雙峰分布的LDPE或LLDPE適合于BOPE的生產(chǎn)。

LLDPE是采用低壓法，在具有配位結(jié)構(gòu)的高活性催化劑作用下，使乙烯和α一烯烴共聚而成，LLDPE的聚合方法與HDPE基本相同，因此其分子結(jié)構(gòu)與HDPE一樣，呈直鏈狀。但因α一烯烴的引入，致使分子鏈上存在許多短小而規(guī)整的支鏈。LLDPE的支鏈長(zhǎng)度一般大于HDPE的支鏈，支鏈數(shù)目也多。而與LDPE相比，LLDPE卻沒有LDPE所特有的長(zhǎng)支鏈。LLDPE的分子鏈?zhǔn)蔷哂卸讨ф湹慕Y(jié)構(gòu)，其分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性介于LDPE和HDPE之間，其密度和結(jié)晶度也介于HDPE和LDPE之間。另外，LLDPE的摩爾質(zhì)量分布比LDPE窄，摩爾質(zhì)量較大，則熔體黏度比LDPE大，加工性能較差，易發(fā)生熔體破裂現(xiàn)象。正是由于LLDPE結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，其性能與LDPE近似而又兼具HDPE的特點(diǎn)

PE的分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，分子鏈?zhǔn)秩彳洠軌蚩焖俳Y(jié)晶。且通常能夠達(dá)到很高的結(jié)晶度。通常PE在加工過程中會(huì)發(fā)生或多或少的熱氧化交聯(lián)，從而引起晶點(diǎn)、凝膠甚至是焦化物等。所以設(shè)計(jì)合適的擠出系統(tǒng)在BOPE薄膜研制過程中十分重要。

到目前為止，佛塑科技在BOPE研制開發(fā)中使用的原料主要是LLDPE。正由于其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，LLDPE在擠出成型時(shí)熔體黏度高，擠出機(jī)必須配備較大功率的電機(jī)，負(fù)載通常要比擠出LDPE時(shí)大25％一30％，同時(shí)還應(yīng)選用強(qiáng)度等級(jí)較高的止推軸承，并選擇長(zhǎng)徑比較小、螺槽較深的螺桿。若螺桿的長(zhǎng)徑比無(wú)法改變，可縮短計(jì)量段作為補(bǔ)償。使用這樣的設(shè)計(jì)可以有效降低螺桿驅(qū)動(dòng)扭矩，計(jì)量段螺槽加深還有利于控制熔體溫度，并使熔體獲得合適的加工黏度。LLDPE容易發(fā)生熔體破裂，薄膜容易出現(xiàn)魚皮紋現(xiàn)象。

解決的方法除了按上述要求設(shè)計(jì)擠出機(jī)螺桿外，還需增大模唇間隙，提高模頭及附近連接管的溫度。模唇間隙增大，升高溫度，使熔體受到的剪切作用減小，同時(shí)也可避免模頭壓力過大。與LDPE相比，LLDPE的Tm較高，擠出溫度也要高一些，通常為170—230℃左右，采用沿螺桿各段到模頭比較平穩(wěn)的溫度分布。

結(jié)晶性聚合物材料薄膜的延伸性基本上依賴于結(jié)晶度、球晶的大小和變形特性，而結(jié)晶度、球晶大小及其延展性受鑄片時(shí)冷卻固化條件的控制。因此在制作未經(jīng)拉伸的用于雙向拉伸的具有球晶結(jié)構(gòu)的厚片時(shí)，需要充分考慮設(shè)備和操作條件對(duì)聚合物熔體的冷卻同化的影響。
 

對(duì)于BOPET、BOPA鑄片通過快速降溫以獲得無(wú)定形或低結(jié)晶度的厚片，而BOPP鑄片是通過快速降溫得到較低結(jié)晶度和晶粒尺寸較小的厚片，而對(duì)于結(jié)構(gòu)十分規(guī)整的PE，其極容易結(jié)晶，且Tg很低，實(shí)際生產(chǎn)中很難鑄片得到很低結(jié)晶度的PE厚片。厚片外觀對(duì)BOPE的成膜性和外觀影響很大，所以鑄片在BOPE的生產(chǎn)中是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。由于PE極容易結(jié)晶，很容易因?yàn)槔鋮s不均和片材結(jié)晶不均勻在表面產(chǎn)生大量的凹坑。鑄片時(shí)兩邊冷卻不均勻容易引起厚片的翹曲，保證壓邊裝置正常的條件下，通常需要通過調(diào)整鑄片輥溫度和冷卻水槽水溫來(lái)實(shí)現(xiàn)。

拉伸比是一個(gè)十分重要的工藝參數(shù)，無(wú)論是縱向還是橫向，對(duì)雙向拉伸薄膜的物理、機(jī)械性能都有很大的影響。在一定的溫度下，拉伸比越大，縱／橫向拉伸比乘積越大，薄膜的取向程度越大，薄膜的機(jī)械強(qiáng)度、模量、抗穿刺強(qiáng)度、氣體阻隔性、表面光澤等性能就會(huì)提高得越多。
 

雙向拉伸可以改變薄膜綜合的物理、機(jī)械性能。隨著拉伸比的增加，取向度的提高，聚合物的伸直鏈段數(shù)量增加，晶片之間的連接鏈段逐漸增加，薄膜的密度和強(qiáng)度相應(yīng)地提高，而斷裂伸長(zhǎng)率會(huì)有所下降?？v／橫向拉伸比的差異很大程度上決定了薄膜縱／橫向的物理、機(jī)械性能的差異。當(dāng)采用同步拉伸時(shí)縱／橫兩向的拉伸比相差不大，兩個(gè)方向上的分子取向就沒有明顯的差別。而采用分步雙向拉伸時(shí)就必須考慮橫向拉伸預(yù)熱使縱向拉伸而取向鏈段解取向?qū)v向性能的影響，所以采用分步雙向拉伸法來(lái)生產(chǎn)縱向性能高于橫向性能的薄膜時(shí)，縱／橫向拉伸比的選擇相當(dāng)重要。

雙向拉伸薄膜的橫向拉伸是一個(gè)重要且復(fù)雜的過程，整個(gè)過程是在一個(gè)連續(xù)的熱環(huán)境中進(jìn)行。對(duì)于BOPP、BOPA、BOPET薄膜的橫向拉伸具有多個(gè)拉伸起始點(diǎn)，這主要是橫向上存在某些薄弱點(diǎn)，較高的橫向拉伸速率以及薄膜中存在雜質(zhì)、氣泡和外觀缺陷等因素造成的。同時(shí)，橫向拉伸存在“階梯拉伸”和“固有拉伸倍數(shù)”的問題，即橫向拉伸過程中，在薄膜的橫向有若干個(gè)突然被拉伸到最大倍數(shù)的“階梯點(diǎn)”，隨著拉伸過程的進(jìn)行“階梯”逐漸地向兩側(cè)擴(kuò)展，直至拉伸達(dá)“固有拉伸倍數(shù)”(即縱／橫兩向拉伸比的乘積)后整個(gè)幅面能拉伸均勻得到厚薄均勻的薄膜。

未達(dá)到“固有拉伸倍數(shù)”時(shí)，多個(gè)拉伸起始點(diǎn)容易引起薄膜產(chǎn)品厚度不均勻?！肮逃欣毂稊?shù)”的大小與聚合物材料的結(jié)構(gòu)和性能有關(guān)，不同的材料有不同的固有拉伸倍數(shù)。一般情況下，BOPP縱向拉伸比為4.5～5.5，橫向拉伸比為7.5—9.9，“固有拉伸倍數(shù)”達(dá)40倍左右；BOPA的縱向拉伸比為2.8～3.5，橫向拉伸比為3.0～3.5，固有拉伸倍數(shù)10倍左右；BOPET的縱向拉伸倍數(shù)3～4倍，橫向拉伸倍數(shù)3～4倍，固有拉伸倍數(shù)一般在10—18倍，拉伸比越大，PET分子取向越好，薄膜的拉伸強(qiáng)度也越大，但倍數(shù)過大則容易破膜。薄膜雙向拉伸必須達(dá)到“固有拉伸倍數(shù)”，目前，對(duì)于不同的雙向拉伸薄膜(主要是BOPP、BOPET、BO—PA)，都有專用的平膜法雙向拉伸設(shè)備。由于對(duì)BOPP、BOPA、BOPET的雙向拉伸理論研究較為成熟，所以通常在設(shè)備設(shè)計(jì)和安裝時(shí)已決定了橫向拉伸比的大小，在實(shí)際生產(chǎn)中，只能通過縱向拉伸比的調(diào)整來(lái)調(diào)節(jié)總的拉伸倍數(shù)。在實(shí)際的雙向拉伸薄膜生產(chǎn)中，總的拉伸倍數(shù)(即縱／橫向拉伸比的乘積)小于“固有拉伸倍數(shù)”，通常會(huì)出現(xiàn)厚條道和厚薄不均勻的現(xiàn)象。

PE的拉伸也具有多個(gè)拉伸起始點(diǎn)，也具有“固有拉伸倍數(shù)”，熔體質(zhì)量流動(dòng)速率約為2g／10min的茂金屬LLDPE的“固有拉伸倍數(shù)”約40倍，縱向拉伸比3．5～6倍，橫向拉伸7—10倍，與BOPP的接近。

拉伸各區(qū)的溫度及溫度分布是影響薄膜拉伸取向、結(jié)晶的關(guān)鍵因素。溫度通過影響分子鏈的活動(dòng)能力來(lái)影響聚合物分子鏈的取向和結(jié)晶的形成。

當(dāng)拉伸溫度高于Tm時(shí)，聚合物分子鏈的活動(dòng)能力很強(qiáng)，在很短的時(shí)間內(nèi)，用很小的應(yīng)力，就能實(shí)現(xiàn)聚合物分子鏈的解纏、滑移、取向和解取向，這使得薄膜的取向程度不高，薄膜的強(qiáng)度沒有得到大的提升。當(dāng)拉伸溫度低于Tg時(shí)，外力只能引起聚合物分子化學(xué)鍵的伸縮、振動(dòng)和鍵角的微小變化，發(fā)生的是彈性形變。當(dāng)拉伸溫度介于Tg和Tm(或Tf)之間，聚合物分子鏈段具有較強(qiáng)的活動(dòng)能力，而分子鏈又不能整體運(yùn)動(dòng)，施加一定的外力聚合物材料能夠同時(shí)發(fā)生彈性形變和粘性形變。設(shè)備加熱和拉伸應(yīng)力使得聚合物分子鏈能夠克服某些物理交聯(lián)點(diǎn)的牽制，聚合物分子鏈段和分子鏈發(fā)生運(yùn)動(dòng)，聚合物分子沿應(yīng)力方向發(fā)生和保持取向。對(duì)于絕大多數(shù)的非晶或半結(jié)晶熱塑性聚合物材料拉伸溫度區(qū)間是介于Tg和Tm(或Tf)之間。PP、PA6、PET是半結(jié)晶材料，Tg較高，在BOPP、BOPA、BOPET等雙向拉伸薄膜的生產(chǎn)過程中，通過低溫鑄片得到低結(jié)晶度或無(wú)定形的片材，無(wú)定形區(qū)成為了連續(xù)相，利用無(wú)定形部分能夠在較低的溫度下有較強(qiáng)的活動(dòng)能力，在Tg-Tm(或Tf)的高彈態(tài)下進(jìn)行拉伸。由于其結(jié)晶能力很強(qiáng)，結(jié)晶區(qū)成為了連續(xù)相，使得PE在較低的溫度下難以雙向拉伸成膜，PE的拉伸溫度區(qū)間為結(jié)晶開始熔融溫度至Tm之間，可雙向拉伸的溫度區(qū)間較PP、PA6和PET窄。

同時(shí)，PE具有很強(qiáng)的結(jié)晶能力，還要防止拉伸預(yù)熱和拉伸時(shí)結(jié)晶的急劇增長(zhǎng)，選擇的預(yù)熱和拉伸溫度時(shí)應(yīng)避開其最大結(jié)晶速率溫度區(qū)間。實(shí)踐證明，在保持成膜性的前提下，采用較低的預(yù)熱、拉伸溫度是提高BOPE薄膜取向度和力學(xué)強(qiáng)度的有效方法。由于PE的拉伸溫度區(qū)間為結(jié)晶開始熔融溫度至Tm之間，同時(shí)PE材料的最大結(jié)晶速率溫度也在上述溫度范圍內(nèi)，所以預(yù)熱溫度過高會(huì)導(dǎo)致縱向拉伸黏輥，薄膜快速結(jié)晶而使得薄膜的透明性下降；拉伸溫度過高，除容易發(fā)生粘輥以外，使得聚合物分子鏈及鏈段容易解取向，不利于薄膜的力學(xué)性能的提高。由于橫向拉伸的空間區(qū)間較大，對(duì)于采用熱空氣加熱的橫向拉伸設(shè)備，熱空氣溫度、加熱風(fēng)速風(fēng)壓的控制就需要均勻和穩(wěn)定，否則會(huì)影響B(tài)OPE薄膜橫向拉伸的均勻性和連續(xù)性，從而影響薄膜橫向厚薄的均勻性。

雙向拉伸薄膜的強(qiáng)度(包括拉伸強(qiáng)度、抗穿刺強(qiáng)度等)和熱收縮率是一對(duì)矛盾體，較低的預(yù)熱、拉伸、熱定型溫度有利于機(jī)械強(qiáng)度的提高，而熱收縮率會(huì)增大；而采用較高的預(yù)熱、拉伸、熱定型溫度能夠降低熱收縮率，但拉伸強(qiáng)度會(huì)有所損失。選用多高的溫度需要根據(jù)不同的原料和使用的要求來(lái)選擇。由于BOPE通常需要與其他薄膜材料(BOPA、BOPP、BOPET等)復(fù)合使用，復(fù)合過程溫度通常高于80℃，所以對(duì)BOPE產(chǎn)品就有一個(gè)高溫下尺寸穩(wěn)定性的使用要求。通常在橫向拉伸之后有一熱定型的工序，目的是使無(wú)定形部分能夠應(yīng)力松弛，能夠結(jié)晶的部分能夠快速結(jié)晶，減少熱收縮，提高薄膜挺括性，使BOPE薄膜具有高強(qiáng)度的同時(shí)具有良好的尺寸穩(wěn)定性。熱定型通常是在拉伸溫度以上Tm以下的溫度進(jìn)行。根據(jù)使用要求，佛塑科技在BOPE的研制過程中，通過摸索發(fā)現(xiàn)需要在115—120℃下熱定型4s以上BOPE薄膜的熱收縮率才能滿足在100℃下小于5％的熱收縮率的使用要求。

對(duì)于很多場(chǎng)合，BOPE薄膜都有透明性的使用要求。霧度和透光率是下游用戶十分關(guān)注的指標(biāo)之一。除了添加劑外，溫度對(duì)薄膜透明性的影響也是很大的。尤其是結(jié)晶性的塑料，預(yù)熱、拉伸溫度最好不要在最大結(jié)晶速度的溫度附近，否則大量的結(jié)晶影響薄膜的拉伸和拉伸后薄膜的厚度均勻性、透明性。而熱定型溫度則需要選在最大結(jié)晶速度溫度附近，使得拉伸后的薄膜能夠盡快結(jié)晶，使薄膜同時(shí)具備高強(qiáng)度、良好的尺寸穩(wěn)定性和良好的外觀。