薄膜纵向拉伸技术——MDO技术

2019-06-27 16:18

本文介绍薄膜纵向拉伸技术的原理、工艺过程与参数设定及其对薄膜性能的影响以及纵向拉伸装置的生产及应用状况。

MDO(Machine Direction Orientation)是薄膜机器方向拉伸的英文缩写,即纵向拉伸。一般来说,MDO工艺是在一定温度和拉伸比下对吹塑薄膜或者是流延薄膜生产线生产的薄膜进行拉伸,然后对其进行热处理,之后将其再冷却至室温。这一过程既可以在线进行,也可以离线操作。

沿机器方向拉伸薄膜能够提高薄膜的性能——不是一点点的提高,而是大幅度提高。对吹塑薄膜和流延薄膜进行机器方向拉伸,不论是离线还是挤出时在线拉伸,都能提高薄膜的阻透性、刚度、平整度、拉伸强度和开孔性。此外,MDO薄膜的平整度高,在后续加工时运行速度更快,产量更高。

独立使用的MDO装置从上世纪60年代就用于生产新型薄膜产品,如PET膜带、PVC食品包装、发泡的PP膜带以及编织袋用的HDPE扁丝等。上世纪90年代,MDO的应用薄膜达到了其顶峰,主要用作尿布衬的透气性卫生薄膜、自粘性标签和合成纸。

但是,既然MDO薄膜有如此之多的优点和应用,为什么市场上没有大量的MDO薄膜呢?这是因为,除了一些相对简单的产品如单层拉伸薄膜外,大多数MDO薄膜都很难得到性能适宜的薄膜。如,MDO虽然能提高PA和EVOH薄膜的阻透性能,但会使其变脆。此外,工艺控制难度相对较大,如预热程度、拉伸倍数、退火条件等,都需要经过试验研究,才能确定最佳的工艺条件。

进入21世纪以来,新设备的出现使MDO技术变得容易实现了。在K2004、NPE2006和K2007上及一些重要的国际会议上都有一些设备制造商在展示其MDO技术,现作一介绍,以期该技术能够为国内塑料薄膜加工厂商采用,提高薄膜质量;同时更希望国内的塑料机械制造商能开发出自主知识产权的MDO技术,促进国内塑料加工业的发展。

1 拉伸原理与拉伸过程及工艺控制

1.1拉伸原理及拉伸过程

现根据公司的(MDO装置(图1)阐述MDO拉伸原理与过程控制参数及各区特点,但不同公司的产品可能会有不同。

薄膜经导膜辊导入后,首先进入加热区。在加热区,将薄膜升至适宜的温度,每个辊都单独控制,而且辊表面镀铬,辊径可达400mm,接触面积大,有利于传热。

此外,油热辊内设双壁螺旋流道,辊表面温度均匀。每个辊都单独进行温度设定,单独进行温度调控;速比也是每个辊单独设定,单独调控;在第1个加热辊上有机硅树脂涂覆的压辊气动回缩。

薄膜经过加热区后进入拉伸区,在拉伸区,对薄膜进行拉伸诱发取向,拉伸原理如图4所示。特点如下:无传动拉伸比最高可达1:10;拉伸长度可调(驱动可选);每个辊都单独驱动;辊表面镀铬,防止出现痕记;接触面积大,传热效果好;油热辊(直径250lIlm)为螺旋双壁流道设计,表面温度均匀;每个辊都单独进行温度设定,单独进行温度调控;每个拉伸辊上都有有机硅树脂涂覆的压辊防止打滑,气动回缩。

经过拉伸区后,薄膜进入热处理区。在热处理区,将薄膜在拉伸过程中诱发的取向保持住。该区的特点是:每个辊都单独驱动;辊表面镀铬;接触面积大,传热好;油热辊为螺旋双壁流道设计,表面温度控制均匀;每个辊的速比设定保证可进行单独的工艺调整。每个冷却辊上都有有机硅树脂涂覆的压辊防止打滑,气动回缩。

经过热处理后,薄膜进入冷却区。在冷却区,将薄膜冷却至室温。特点如下:每个辊都单独驱动;辊表面镀铬;辊直径大,接触面积大,传热好;辊水冷,螺旋双壁流道,表面温度控制均匀;每个辊的温度都单独设定,单独进行工艺调控。

1.2工艺参数控制

MDO装置的参数很多,包括预热辊的数量和温度(2—12个,甚至更多);辊加热的形式(水热、油热、电热);S形缠绕拉伸辊的大小(最大300mm);薄膜拉伸的倍数(1。3,甚至更高);退火温度和时间;冷却辊的温度和数量等

预热辊的数量不仅取决于所希望的拉伸倍数,还取决于薄膜所用树脂和设定的产率一辊越多,产量越高。尽管预热辊直径可以大至750mm,但常用的一般为300mm、450mm和600mm。可以将薄膜拉伸一次或多次,间歇加热或冷却,达到不同的效果。拉伸既可以在加热状态下进行,也可以在冷却状态下进行。

拉伸比较直接。快拉辊以快于慢拉辊规定倍数的速度转动,在快拉辊与慢拉辊之间对薄膜进行拉伸。必须通过实验研究确定合适的温度和拉伸比。

典型的小间隙拉伸距离小于2.5mm,大间隙拉伸距离在5~50mm,甚至更大,还有“零间隙”拉伸和“压缩辊”拉伸等。间隙越小,薄膜颈缩越轻。一般来说,颈缩会使薄膜缩幅5%~20%。此外,颈缩还会降低薄膜的透气性,而这一性能对卫生性薄膜非常重要。

退火是最难控制的工艺,因为通过退火辊的加速或减速可以对薄膜进行拉伸或收缩。速度或温度的任何变化都会使所生产的薄膜性能发生变化。

2 MDO技术对薄膜性能的影响

 经过MDO拉伸后,随着刚性的提高,薄膜的光学性能得以改善,与未经过拉伸的薄膜相比,拉伸后薄膜的撕裂强度和模量都有很大程度提·高。图9表明,随着拉伸比的增大,薄膜的阻透性能提高

共挤膜时,在薄膜总厚度不变的条件下,达到薄膜阻透要求所用的EVOH层和pA层的厚度可减少一半,因此成本大大降低;同时薄膜的透明性和刚性都得以提高。

3 MDO薄膜的应用领域

MDO薄膜性能优异,应用领域十分广泛,如立包装,扭结包装,如糖果等包装;谷物等包装;冷冻食品包装;阻透包装;重包装袋等。




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