Biaxially oriented polyester film quality control analysis

Abstract: In order to improve the production quality and efficiency of polyester film, this paper takes "biaxially oriented polyester film" as an example, and analyzes the control principles and methods of quality indicators such as thickness uniformity, breaking strength and dry heat shrinkage of polyester film, which provides an important basis and reference for the stable production of polyester film and ensuring the quality of polyester film. It is hoped that through this research, it will provide effective reference and reference for relevant personnel.

Keywords: biaxial stretch; Mylar; quality control

0引言

最近几年，双向拉伸薄膜取得迅猛发展，其中，双向拉伸聚酯薄膜凭借着自身高强度、高耐热性、低光降解度等特性，被有效地应用于包装材料中、电气材料等生产领域中^[1]。目前，国内有关双向拉伸聚酯薄膜工艺研究内容相对较少，仅局限于其生产层次研究，导致聚酯薄膜生产存在稳定性差、质量不高等问题，为解决这一问题，保证双向拉伸聚酯薄膜生产质量，本文对聚酯薄膜厚度均匀性、断裂强度、干热收缩率等质量指标控制和分析做了研究。

1聚酯薄膜质量指标

目前，随着双向拉伸聚酯薄膜被广泛地应用于包装材料、磁性材料等领域中，其质量问题愈加严重。影响聚酯薄膜质量指标主要包含平均厚度、断裂强度、断裂伸长率、干热收缩率、透光率等。其中，薄膜厚度在实际控制期间，除了用到测厚仪外，还用到模头螺栓。断裂强度和干热收缩率的变化，通常受薄膜温度和张力的影响^[2]。

2聚酯薄膜厚度的调节与控制

保证聚酯薄膜厚度的均匀性，在某种程度上可以提高薄膜质量，因此，在进行生产聚酯薄膜期间，要重视对X射线测厚仪的使用，通过应用该仪器，实时检测和控制聚酯薄膜的厚度^[3]。

2.1 X射线测厚仪简介

X射线测厚仪主要包含放大系统、检测系统、控制系统等部分。在同步移动能源、检测器的基础上 ，通过放大、数字化处理该检测器所接收的信号，并借助计算机，对这些信号进行统一化处理。另外，由于该检测仪器作为一种重要的补偿装置，具有自动化控制特点，通过应用该装置，可以对间隙变化、大气压力变化等参数进行补偿测量处理^[4]。借助自然散热的方式，可以消除检测仪所发散的热量。安全防护罩均安装和固定于能源和检测器的外表面。该检测仪具有强大的薄膜厚度显示、厚度自动反馈控制等强大功能。借助高清晰度的彩色监视屏可以精确地显示所测量的信息。这些测量信息主要包含薄膜的纵向断面厚度、横向断面厚度、横向平均趋势等^[5]。

2.2聚酯薄膜厚度的测量与控制

（1）测量薄膜厚度的传感器

为保证聚酯薄膜厚度测量结果的精确度，需要向待测薄膜中穿入X射线，当部分X 射线穿过待测薄膜后，X射线强度不断减弱，此时，将 X射线减弱比例检测结果与X射线标准参数进行对比，可以计算出聚酯薄膜最终厚度^[6]。对于放射源传感器而言，其其电流数量级通常为10^-9A，，一旦温度出现明显波动，其电离电流数量级会出现明显变化。所以，在进行检测期间，需要补偿处理温度变化。为实现对放射源和传感器温度、湿度等相关参数的实时化检测，相关人员需要实时校正传感器零点。

（2）薄膜厚度的控制

在对双向拉伸聚酯薄膜进行生产时，需要对其模唇开度进行科学地调整和控制，从而有效地提高聚酯薄膜厚度的均匀性。在调节模唇开度时，需要借助螺栓调节功能进行完成。在具体操作中，首先要对螺栓上加热元件的温度、加热功率进行实时调节，确保螺栓在高温状态下可以呈现出不断伸长的趋势，在低温状态下呈现出不断缩短趋势，这为后期调控模唇开度提供重要的依据和参考 ^[7]。这种螺栓调节方法在具体操作中，通常会滞后2min左右，同时，其调节幅度和借助温度补偿模唇开度均存在一定的局限性，当超过所设定的标准值后，需要采用人工操作的方式，手动调节和控制螺栓。螺栓上的加热元件所对应的加热功率通常为200W，单个螺栓的控制度通常达到40mm左右，其加热控制方式主要包含温度控制方式和加热百分比控制方式^[8]。

（3）模头螺栓与拉伸薄膜对应位置的确定

当物料经过熔融后，通常从模唇口处自动流出，此时，物料表面张力会出现变化，使得熔体横截面尺寸出现明显变化。在使用X射线测厚仪进行薄膜厚度控制时，要准确确定模头螺栓与拉伸薄膜对应位置。在这个过程中，要借助多次间歇性试验方法，定位所获得的固定参数。在进行测定期间，要针对性地升降多个模头螺栓的温度，并借助X射线测厚仪，精确地测量处其厚度变化状态，然后，确定出模头螺栓与拉伸薄膜对应位置。

3聚酯薄膜生产中取向与结晶研究与控制

对于聚酯薄膜而言，其取向、结晶的变化，通常对薄膜质量产生直接性的影响。在生产聚酯薄膜期间，强化对生产条件的优化和改善，实现薄膜产品的合理化结晶，保证薄膜产品生产质量和效率。

3.1结晶与取向的关系

在高分子材料中，比较常见的聚集态结构主要包含以下两种，分别是结晶和取向。分子结构、取向、结晶温度等参数通常对结晶程度产生直接性的影响，在生产双向拉伸聚酯薄膜期间，通过突出双向拉伸取向，可以促使产品的力学性能得以显著提升，同时，还能保证显著增加薄膜的结晶度。取向度与结晶度的关系如图1所示，从图1中可以看出，随着取向深度的不断提升，结晶度呈现出不断上升的趋势，但是，在具体生产实践中，薄膜产品在设备性能的影响下，其取向度难以有效控制，同时，还导致薄膜产品的结晶温度不断上升，增加薄膜产品结晶时间成本。因此，在改善生产条件的基础上，对聚酯薄膜的结晶度和取向度进行科学化调整和控制显得尤为重要。

图1取向度与结晶度的关系

3.2取向度的提高

在生产双向拉伸聚酯薄膜期间，生产线的拉伸倍率与取向度之间存在一定正相关关系，后者会随着前者的提升而呈现出不断增加的趋势。取向度与拉伸比的关系如图2所示。在保证薄膜生产稳定性的基础上，为实现对电容膜的科学化生产，需要将其拉伸倍率调整和控制为3.3~3.6之间。

图2取向度与拉伸比的关系

3.3结晶度的提高

通过薄膜取向度，可以实现对双向拉伸聚酯薄膜结晶度的有效提升。结晶度与热定型温度的关系如表1所示，从表1中的数据可以看出，在具体生产实践中，其热定型温度应控制在215℃~235℃之间。

表1结晶度与热定型温度的关系

3.4薄膜的断裂强度与断裂伸长率

在控制聚酯薄膜强度、断裂伸长率期间，通常需要将其强度控制在180Mpa以上，将断裂伸长率控制在90%以上。这是由于薄膜在分切期间，其强度一旦过低，会增加断裂风险。此时，增加断裂伸长率，可以保证聚酯薄膜条带的坚实度。断裂伸长与结晶度的关系、抗拉强度与结晶度的关系分别如图3、图4所示，从图3、图4中可以看出，结晶度的改变，直接影响聚酯薄膜的抗拉强度、断裂伸长率，也就是说，当聚酯薄膜结晶度不断上升，并上升至最高点时，其抗拉强度、断裂伸长率会出现大幅度下降趋势，这种现象并不是用户所期望的，，因此，要将薄膜的结晶度控制在合理的状态。当薄膜结晶度不断改变时，其抗拉强度会出现一定的峰值，同时，其断裂伸长率会呈现出明显减小的趋势。

图3断裂伸长与结晶度的关系

图4抗拉强度与结晶度的关系

3.5添加剂对结晶度的影响

添加剂的添加，直接影响薄膜的结晶度，结晶度与添加剂量的关系如图5所示，从图5中可以看出，当添加剂不断增加时，聚酯薄膜的结晶度呈现出明显的增加的趋势。

图5结晶度与添加剂量的关系

4聚酯薄膜断裂强度、干热收缩率研究与控制

断裂强度、干热收缩率的改变和调整，对聚酯薄膜的质量产生直接性的影响。例如：金拉线的使用，通常对薄膜强度的控制提出了较高的要求，尤其是纵向强度必须控制在230Mpa~250Mpa之间。

4.1强度分布

12u的薄膜幅面横向上的强度分布数据如表2所示，聚酯薄膜强度沿着纵向基本保持不变，沿着横向呈现出抛物线型状态，这完全满足拉伸规律，这是由于在外界条件的影响下，烘箱两侧温度明显低于中间部分，同时，其结晶和取向值明显低于中间部分。

表212u的薄膜幅面横向上的强度分布数据

4.2强度与温度的关系

在测试薄膜收缩率时，需要将其测试温度、测试时间分别设置为150℃、16min。一定纵向拉伸比和横向拉伸比时温度、强度、收缩率如表3所示，从图3中可以看出，当纵向、横向拉伸比控制不变时，定型温度的变化，对横向的影响强度较高，远远超过对纵向影响程度。在定型温度中，占主要影响因素的是七区温度，当七区温度不断上升时，纵向、横向的强度呈现出不断增加的趋势。当七区始终处于高温定型状态时，聚酯薄膜需要始终维持在一定的拉伸取向和结晶度。八、九区定型可以提高薄膜结晶速度，使得薄膜快速达到较高的结晶度。通常情况下，需要将薄膜的结晶度控制为50%，但是，目前所生产的薄膜实际结晶度通常达到55%，这是导致薄膜柔性较低的主要原因，为增加薄膜强度，在增加七区温度的同时，还能适当地降低八区、九区的温度，使得薄膜的取向度不断升高，结晶度不断下降。

表3一定纵向拉伸比和横向拉伸比时温度、强度、收缩率

结束语

综上所述，对于双向拉伸聚酯薄膜而言，通过控制和分析其质量期间，需要借助X射线测厚仪，对其厚度进行控制，使其厚度波动控制在整个工艺可控范围内。此外，在控制薄膜断裂强度与干热收缩率期间，要从拉伸温度、拉伸倍率中选择合适的工艺参数，只有这样，才能有效地提高聚酯薄膜生产稳定性，确保其质量得以显著提升。

参考文献

[1]彭超.双向拉伸聚酯薄膜生产线干燥工序对薄膜生产及性能的影响[J].安徽化工,2021,47(1):71-73,79.

[2]王光祥.西门子FM355技术在双向拉伸薄膜生产线中的使用[J].自动化应用,2021(6):90-92.

[3]韦有共.宽幅双向拉伸薄膜生产线2台横拉电机主从速度控制研究[J].装备制造技术,2023(4):181-185.

[4]文永涛,李静,高晓峰,等.控制碘化铅形貌两步连续刮涂法大面积制备甲脒基钙钛矿薄膜[J].物理化学学报,2023,39(2):71-80.

[5]夏天,黄珂,郑宇亭,等.磁控溅射铱薄膜的表面形态与取向演变的控制优化[J].表面技术,2023,52(3):338-344,369.

[6]王军,刘会升.大型薄膜罐抗压环施工工序及控制要点[J].中国石油和化工标准与质量,2022,42(19):86-88.

[7]赵琦,焦文辉,戴展鹏,等.收卷开环张力控制在薄膜收卷线上的应用[J].装备制造技术,2022(11):187-189,206.

[8]黄永虎,吕梦圆,张红丽,等.基于复合弹性质量块薄膜声学超材料低频隔声性能研究[J].噪声与振动控制,2022,42(3):209-214.