薄膜成型技术

聚合物薄膜是由天然、人造或合成的聚合物制成。应用最多的是由以合成聚合物为基础的塑料薄膜。塑料薄膜品种很多，主要按照原料、应用领域、制造方法和预定的结构分类。

按聚合物原料分为聚酞胺膜、聚二氯乙烯膜、聚氯乙烯类膜、聚烯烃膜等；按制造（成型）方法分为挤出膜、压延膜、聚合物溶液或分散体的流延膜；按结构分为单层膜或多层膜、复合膜；按应用领域分为防水膜、离子交换膜、电影胶片、包装膜、电绝缘膜、普通用途膜。大部分薄膜是由聚合物熔体用挤出法或压延法制成。

9．3．1 薄膜的成型工艺

薄膜品种的多样性决定了其生产方法的不同。薄膜大多数是由塑料熔体制成的，其特点是聚合物加热时变成黏流态或高弹态，但不发生热降解。薄膜生产工艺方法的选择由聚合物的化学性质和成品薄膜的用途决定。主要包括挤出法、压延法和流延成型。

（1）挤出法

用挤出法制造薄膜的原料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。挤出法又分为平缝（平膜）模头挤出和环形（管膜）模头挤出。

①平膜生产。利用平缝机头挤出法可以直接制造商品膜。将浸入水槽而快速冷却得到的平膜，或将熔体通过金属辊表面得到的平膜有一系列良好的性能，例如透明度好、光泽好、刚度好、强度高等，可广泛用作包装材料。平膜主要是用高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯制造。经平缝机头挤出时，薄膜的生产速度比管膜制取速度高1～2倍。但制造宽幅（大于1500mm）平膜却存在很大的技术困难，并且经济上也不合理。

②管膜生产。在生产宽度50～24000mm、厚度0．005～0．5mm的各类热塑性塑料薄膜时，采用挤出聚合物膜管再吹胀的方法，其优点是既简单，又经济。

若生产多层复合薄膜，可采用2～3台挤出机和多层吹塑机头联合完成。有些制品在挤出成型后还需热处理，例如由狭缝扁平口模直接挤出的片材，再经拉伸得到的薄膜，应在材料的Tg～Tf（Tm）的温度间进行热处理（热定形），以提高薄膜的尺寸稳定性，减少使用过程中的热收缩率。

（2）压延法

压延成型是生产薄膜的主要方法之一。它是将已经塑化的接近黏流温度的热塑性塑料通过一系列相向旋转着的水平辊筒间隙，使物料承受挤压和延展作用，最终成为具有一定厚度、宽度与表面光洁的薄片状制品。用作压延成型的塑料大多是热塑性非晶态塑料，其中以聚氯乙烯用得最多，它适于生产厚度在0．05～0．5mm范围内的软质聚氯乙烯薄膜。软质聚氯乙烯薄膜生产工艺类似于橡胶的压延。

压延软质塑料薄膜时，若将布（或纸）随同塑料一起通过压延机的最后一道辊筒，则薄膜会紧覆在布（或纸）上，这种方法可生产人造革、塑料贴合纸等，此法称为压延涂层法。

压延成型具有较大的生产能力（可连续生产，也易于自动化）、较好的产品质量（所得薄膜质量优于吹塑薄膜和T形挤出薄膜）。但所需加工设备庞大，精度要求高，辅助设备多；同时制品的宽度受压延机辊筒最大工作长度的限制。

（3）流延成型

流延成型属于铸塑成型的一种。首先，将热塑性塑料与溶剂等配成一定黏度的胶液，然后以一定速度流布在连续回转的基材（一般为无接缝的不锈钢带）上，通过加热排除溶剂后成膜，该成型方法也称为流延成膜。从钢带上剥离下来的膜则称为流延薄膜。薄膜的宽度取决于钢带的宽度，其长度可以是连续的，而其厚度则取决于胶液的浓度和钢带的运动速度等。

流延薄膜的特点是厚度小（可达5～10μm）且厚薄均匀、不易带入机械杂质、透明度高、应力小，较挤出吹塑薄膜可更多地用于光学性能要求高的场合。其缺点是生产速度慢，需耗用大量溶剂，且设备昂贵、成本较高等。

9．3．2 拉幅薄膜的成型

挤出（包括吹塑、平模口挤出）和压延法生产的薄膜受到的拉伸作用很小，薄膜的性质也较一般。拉幅薄膜则是将挤出得到的厚度为1～3mm的厚片或管坯，重新加热到Tg～Tm（或Tf）的温度范围进行大幅度拉伸而形成的薄膜。

拉幅薄膜生产时，可以将挤出厚片（或管坯）与拉幅过程直接联系起来进行连续生产，但不管哪种方式，聚合物在拉伸前都必须从较低温度下重新加热到Tg～Tm（或Tf）之间，因此拉幅薄膜工艺是一种二次成型技术。

在Tg～Tm（或Tf）的温度区间内，聚合物长链受到外力作用拉伸时，沿力的作用方向伸长和取向。分子链取向后，聚合物的物理、力学性能发生了变化，产生了各向异性现象；拉幅薄膜就是大分子具有取向结构的一种材料。与未拉伸薄膜比较，拉幅薄膜有以下特点：强度为未拉伸薄膜的3～5倍，透明度和表面光泽好，对气体和水蒸气的渗透性降低，制品使用价值提高；薄膜厚度减小，宽度增大，平均面积增大，成本降低；耐热、耐寒性改善，使用范围扩大。