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双向拉伸聚丙烯粗化膜的生产研究下

2021-08-18 来源:东莞农业机械网

双向拉伸聚丙烯粗化膜的生产研究(下)

2.1.2 急冷温度对形成β结晶的影响

急冷温度对厚片中β结晶含量的影响,一般来说影响不大。但急冷温度低于90℃时,厚片中没有β结晶形成,而高于110℃,则厚片冷却不够,不利于聚丙烯厚片的双向拉伸。所以,最佳的急冷成型温度为90~110℃之间。在这之间,随着急冷温度的提高,厚片中β结晶的含量略有增加,变化不大。这是因为形成β结晶的温度为128℃,结晶温度在120~128℃之间,β结晶形成速度较大,且随着成型温度的升高,形成β结晶晶核的速度略有增加,因而厚片中β结晶的含量略有增加。过低的急冷温度,使聚丙烯熔体在成型时很快通过120~128℃这一合适的结晶温区,则不易形成β结晶,当急冷温度为90~110℃时,可以使结晶温度控制在120~128℃之间,从而在厚片中获得较多的β结晶。实验也证实了这一点,当我们把急冷温度控制在90℃以下时,生产的的薄膜不形成粗化的表面,平均粗糙度(Ra)只有0.05μm;当控制急冷温度在90℃以上(如95℃时),生产的薄膜其粗糙度提高很多,平均粗糙度Ra达到0.30~0.50μm;再提高急冷温度,由此生产的薄膜其粗糙度略有提高,其平均粗糙度Ra在0.45~0.60μm。可见,急冷温度在90~110℃之间,厚片中β结晶的含量较多,且随急冷温度的升高,厚片中β结晶的含量略有增加。

2.2 聚丙烯粒子的MI对形成β结晶的影响

聚丙烯粒子本身的性能也影响厚片中β结晶的形成,了解这一点对选择何种粒子生产粗化膜有着积极的作用。与形成β结晶有影响的粒子性能主要是其熔体流动指数(代号MI)。熔体流动指数的大小,说明了其流动性能的好坏,也反映了其分子量的大小,熔体流动指数越大,流动性越好,分子量越小。熔体流动指数与厚片中β结晶含量的关系见图2。

如图所示,熔体流动指数在1~6(g/10min)之间,厚片中β结晶的含量随熔体流动指数的提高而增加。而用于双向拉伸的聚丙烯粒子其熔体流动指数均控制在1.5~4.6(g/10min)之间,否则将影响双向拉伸的进行。

β结晶的含量随熔体流动指数(MI)的增加而增加,这是因为两种因素的影响,其一,熔体流动指数高,则分子量小,分子链扩散容易,结晶速度增加,因而β结晶的含量也随之增加。其二,由于挤出温度是挤出机料筒的温度设定,而聚丙烯的熔体粘度随着熔体流动指数的提高而降低,因此,受粘性加热的影响,熔体温度将随熔体流动指数的提高而降低,从而相当于挤出温度的降低,故β结晶的含量增加。但随着熔体流动指数(MI)的提高,所得厚片的拉伸性能下降,导致厚度均匀性这一薄膜的重要质量指标下降。因此,合适的熔体流动指数应为MI=3.2~4.0(g/10min)。

2.3 拉伸条件对粗化的影响

含有β结晶的厚片在适当的条件下进行双向拉伸,方可形成粗化的薄膜表面。在拉伸工艺中,哪些因素对粗化有影响呢?主要是纵向拉伸温度和纵向拉伸前的预热速率这两个因素。下面将从上述两个方面来分别讨论它们对双向拉伸聚丙烯薄膜粗化的影响。

2.3.1 纵向拉伸温度对粗化的影响

前文已述,双向拉伸聚丙烯薄膜的粗化是由于厚片中的β结晶在拉伸时转化成α结晶而形成的。因此,控制好拉伸过程的晶态转变是保证粗化的关键,在β结晶的熔点和α结晶的熔点之间进行纵向拉伸有利于晶态转变在拉伸过程中进行,故纵向拉伸温度应控制在150~155℃之间。太高的纵向拉伸温度易引起纵向拉伸过程中破膜,温度太低,粗化效果不好。下面将从晶态转变的角度来加以讨论。

聚丙烯β结晶的熔点为145℃,α结晶的熔点为180℃。拉伸温度控制在150~155℃之间时,此时厚片表面温度达到140~145℃,再通过拉伸过程中应力的诱发,其β结晶将全部转化成α结晶。由此获得的双向拉伸聚丙烯薄膜将产生较好的粗化表面。若纵拉温度太高,则β结晶熔化的同时,α结晶也将部分熔化,这样易引起纵向拉伸破膜。若拉伸温度过低,厚片表面的实际温度距β结晶的熔点(145℃)太远,拉伸时β结晶不能全部熔化,部分β结晶在拉伸过程中受位力的作用发生机械破坏,而不发生晶态转变。由此而获得的双向拉伸聚丙烯薄膜不能形成好的粗化表面,薄膜表面比较光滑。在实验中,我们将纵拉温度设定在150℃时,获得的双向拉伸聚丙烯薄膜的Ra达到0.45μm。当纵拉温度控制在140℃时,获得的双向拉伸聚丙烯薄膜的Ra只有0.15μm。这与上述论点相符。

2.3.2 纵拉预热速率对粗化的影响

上面讨论了纵向拉伸温度对粗化的影响,纵向拉伸时的预热速率对粗化也有很大的影响,快速加热有利于粗化,缓慢加热则不利于β结晶在拉伸过程中转化,最好是将厚片快速地加热到一个较高的拉伸温度(150~155℃)。这是因为,β结晶不稳定,当纵拉加热温度达到其熔点(145℃)以上时,β结晶即向α结晶转变,若加热缓慢,预热时间长,厚片接触高温时间长,这样,在拉伸之前的预热阶段,β结晶即发生熔化再结晶成α结晶,完成其晶态转变。而在拉伸的关键时刻,则没有β结晶熔化再结晶,也不发生晶态转变和结晶破裂,因此对完成薄膜表面粗化不利。若快速加热,则厚片在接触高温下持续时间短,β结晶在拉伸前的预热阶段只能完成熔化过程,而来不及再结晶。这样就抑制了β结晶在预热阶段的熔化后再结晶,从而使再结晶过程在拉伸的关键时刻发生。所以,快速加热有利于粗化。在实验中,我们通过提高预热辊的转速来减少加热时间,实现快速加热,在相同的拉伸温度下,加热辊速度为17m/min时,获得的薄膜其粗化较密,其平均粗糙度Ra=0.50μm;加热辊速度为15m/min时,获得的薄膜的表面粗化较疏,其平均粗糙度Ra=0.35μm。可见,理论和实验都证明,纵向拉伸前快速加热有利于双向拉伸聚丙烯薄膜的表面粗化。

2.4 粗糙度与材料性能的影响

聚丙烯电容薄膜的粗化,其主要目的旨在改善其绝缘油的浸渍性能,其浸渍性能随薄膜的粗糙度和粗化密度的增加而改善。但同时,其绝缘强度则随粗糙度的增加而降低。随着粗糙度和粗化密度的增加,其浸油速度增加,当Ra>0.50μm时,其浸油速率的增加很小,且存在浸渍不充分的残余空隙,使得浸渍状态不好。随着粗糙度的增加,其绝缘强度下降,当Ra=0.45μm时,最大粗糙度Rm达到4.5μm左右,这样15μm粗化薄膜只相当于12μm未粗化薄膜绝缘强度,使绝缘强度的平均值有较明显的下降。由此可知,聚丙烯易浸型电容薄膜的粗糙度不宜太高,其平均粗糙度Ra控制在0.40~0.50μm比较合适。

3 结论

以上讨论了铸片条件以及聚丙烯粒子的熔体流动指数对形成β结晶的影响,讨论了拉伸条件对薄膜粗化的影响,还讨论了粗化与材料性能的关系。根据上面的分析,可以得出如下结论:

1)考虑到薄膜的浸油性能和绝缘强度,聚丙烯易浸型电容薄膜的粗糙度控制在平均粗糙度Ra=0.40~0.50μm比较合适;

2)为了在厚片中获得足够的β结晶含量,挤出铸片条件应作如下控制,挤出温度控制在220~240℃,若高于260℃,则厚片中很少形成β结晶;急冷温度控制在90~110℃,若低于90℃,则厚片中β结晶含量较少;

3)聚丙烯粒子的熔体流动指数MI=1~6(g/10min)之间,随着MI的增加,厚片中β结晶的含量增加,但其拉伸性能下降,产品的厚度均匀性下降,因此,选用MI=3.2~4.0(g/10min)的原料粒子生产粗化膜较为合适;

4)使含有β结晶的厚片拉伸时形成较好的粗化表面,拉伸条件是关键。快速地加热到150~155℃,然后在该温度纵向拉伸,由此获得的双向拉伸薄膜可以获得较好的粗化表面。较低的纵向拉伸温度和纵向拉伸前缓慢地预热都对粗化不利。

作者/孙桂成,吉亚兵 江苏南天集团股份有限公司

来源:北极星电

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