透明硬质聚氯乙烯压延膜片新型生产工艺

【摘要】压延法生产透明硬质聚氯乙烯膜片代表着压延法生产聚氯乙烯薄膜最高工艺水平，其生产难度最大，但多年来工艺变化进步很小，产品质量水平进步不大。本文介绍一种采用水冷却的全新压延工艺，阐述了其机理和结果。

【关键词】透明；压延；结晶；水冷却；聚氯乙烯

引言

压延法生产透明硬质聚氯乙烯膜片已有悠久的历史，在工艺流程上，近年来，除了出现多螺杆挤出机得到广泛应用和主机多辊化外，并无太大的变化。本文介绍的新型工艺着眼于压延主机之后的辅机段，采用直接水冷却法，与传统工艺流程有着重大不同。

1.工艺原理与工艺流程

1.1工艺原理

工业聚氯乙烯树脂主要是无定形聚合物，但含有约5%的结晶。Marshall[1]研究表明：聚氯乙烯的结晶部分有两种不同的结晶结构，聚氯乙烯原粉树脂所具有的结晶称为A型结晶，它是片状结构；而从聚氯乙烯溶液或熔体中重结晶形成的结晶为B型结晶，它为折叠链缨状胶粒结构。聚氯乙烯的结晶过程决定了不同的热处理条件导致不同的结晶过程。热处理主要有两种方式：一种方式是退火处理，即把聚合物从熔融状态下降到某一温度保温一段时间；另一种方式是淬火处理，即把聚合物从熔融状态迅速下降到Tg以下，使分子链迅速冻结，形成无定形聚合物[2]。聚氯乙烯结晶的形态，直接影响聚氯乙烯产品的光学性能和物理性能，而结晶形态与聚合物的热历程密切相关，本工艺采用直接水冷却法，膜片得到急速冷却，然后再回温调整。膜片冷却历程与常规工艺完全不同，从而获得低结晶度、粒径小，数量多的结晶型态[3]。

1.2工艺流程

常规工艺流程如下：压延主机引取轮冷却轮卷取

本工艺流程如下：压延主机冷却水槽烘干回温轮冷却轮卷取

2.结果与对比

2.1传统工艺产品与水冷却工艺产品的DSC曲线对比

2.2其他指标对比

对比项目 传统工艺 直接水冷却新工艺

透光率 89% 92%

雾度 1.2% 0.3%

低温脆化点 -11℃ -13℃

拉伸强度 27MPa 29MPa

断裂伸长率 21% 26%

平均产能 723kg/h 1015Kg/h

平均车速 23m/min 28m/min

料垄痕（山水纹） 较明显 轻微

油渍 轻微到明显，不稳定 无

3.分析与讨论

3.1DSC曲线分析

图1：聚氯乙烯的DSC熔融曲线上出现4个熔融峰，在75～85℃范围的熔融峰是属于聚氯乙烯的玻璃化转变温度。其它三个峰按熔融温度由低到高的顺序分别标记为C、A和B。C峰（115～125℃）是热处理过程中产生的不完善球晶的熔融峰，A峰（165～175℃）就是聚氯乙烯片状结构的A型结晶；B峰（200～210℃）是从聚氯乙烯熔体中重结晶形成的结晶为B型结晶，它为折叠链缨状胶粒结构。可见传统工艺生产的聚氯乙烯制品在空气中非常缓慢的冷却，聚氯乙烯结晶度较大，晶体也较完善。

图2：除了在75～85℃范围的熔融峰出现的聚氯乙烯玻璃化转变温度峰以外，只有在200～210℃范围内出现了一个极其微弱的晶体熔融峰，这是聚氯乙烯含有极少量的B型结晶，相比较传统工艺产品试样，没有A峰和C峰，即表明水介质中冷却（实即为淬火处理）后，聚氯乙烯没有产生片状结构的A型结晶和不完善的C型结晶。可见水介质中淬火处理的聚氯乙烯结晶度明显下降，晶体也极不完善。

3.2光学性能的提升

水冷却法获得低结晶度、小粒径的结晶形态，小粒径晶体仅使光线发生绕射，减少了晶体对光线的散射，因而获得来良好透明度，体现在透光率和雾度两个指标上的提升[5]。

3.3机械性能的提升

新工艺的小颗粒，数量多的结晶型态，使得应力和破坏均得到弥散，因而获得较好的拉伸性能。此外，由于烘干回温轮的存在，分子链得到一定程度的松弛，低温性能也得到了改善。

3.4油渍问题

传统工艺在生产过程中，引取轮无可避免会出现轮面析出[6]，一般采用引取轮面包覆各种纸或布，吸附析出物。本新型工艺所用的水槽冷却是采用溢流方式，所产生油渍随时排走，因此可彻底解决油渍问题，此对用于后续真空镀铝的产品有着重大质量、经济意义。

3.5料垄痕（流纹）

料垄痕的成因是复杂的，可确定的是：主机的高温生产和低拉伸率是有利料垄痕的解决[7]。然而高温生产和低拉伸率是难以统一的。在传统工艺中，由于冷却缓慢，膜片在主机上剥离后，在较长的区间仍处在较大拉伸状态，也就是大部分拉伸并不是用于剥离；而新工艺中，膜片从主机剥离后，由于急速冷却，拉伸全部用于剥离，所需拉伸量就极小了；也即，在相同的主机加工温度下，直接水冷的工艺可采用低的拉伸率；因而新工艺产品与传统工艺产品对比，料垄痕明显轻微。

3.6车速与产量

3.6.1车速。压延法生产透明硬质聚氯乙烯膜片，最终限制车速是因为料垄痕，车速越快，料垄痕越明显。因为新工艺的料垄痕解决得较好，可以在确保料垄痕不明显的前提下，车速相对传统工艺有所提高。

3.6.2产能。在确保品质的前提，新工艺的车速可高于传统工艺；而重要的是，因为如前所述，传统工艺中由于引取轮须包吸油纸或布，在吸附饱和后必须更换，更换吸油纸或布则严重影响了生产效率。综合而言，新工艺的产生明显高于传统工艺。

4.结语

直接水冷却法生产硬质聚氯乙烯膜片是对传统工艺一次重大变革，大幅提高了产品质量和生产效率。同时由于水槽的存在，也为以后研究、生产压延直接涂覆产品提供了可能。