PET薄膜制备技术解析

双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯（BOPET）薄膜光学性能好、强度高、韧性好、热性能好和平整度好等性能，广泛应用于包装材料、装饰装潢、液晶显示器背光膜组、绝缘材料、印刷电路板（PCB）、电容器、干膜、窗贴膜、离型膜、保护膜、模内装饰技术（IMD）、标签等行业。近年来，普通包装用PET薄膜行业已出现严重的产能过剩，而光学PET薄膜则以其优异的光学性能、表观均匀、无瑕疵和高洁净性，在新型光电显示领域需求日益广泛，呈现良好的发展态势。

相比光学PET薄膜，普通PET薄膜在表面质量、光学性能等方面要求并不高，两者除了管理与控制方面的差别外，在原材料功能添加剂方面也有不同。尤其是为了提高光学性能，满足其作为光学薄膜的性能要求，关键需要添加提高薄膜光学性能、适合于成膜加工工艺且不影响薄膜开口性的BOPET特种功能性母料。

1.高透明BOPET薄膜的制备方法

（1）选用更优折光系数、更佳亲和性粒子制备

美国杜邦公司根据锻制氧化硅附聚物和煅烧有机硅颗粒的折射率与不含添加剂的双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯的折射率接近，制得非常透明且具有很低雾度的聚酯薄膜。同时，煅烧有机硅颗粒的多孔性增强了颗粒与聚合物的黏合力，而且具有较低的莫氏硬度值使得不易刮伤薄膜。他们还通过对不同颗粒大小、附聚物尺寸与不同颗粒、附聚物含量的研究，选取最适合制备低雾度、无斑点聚酯薄膜。制备的薄膜的雾度达到了0.5%，表面粗糙度Ra控制在10～26nm。

中石化仪征化纤通过选用与聚酯树脂折光系数更为接近，且粒度大小适合薄膜厚度的无机颗粒硫酸钡作为主抗黏剂。加入不同比例的稳定剂、不同类型的催化剂、不同含量以及不同颗粒尺寸的抗黏结剂，同时使用二氧化硅与硫酸钡作为复合抗黏连剂，并采取单层挤出与三层共挤的不同工艺手段，对最终聚酯薄膜的光学性能进行测定。比较了原料与工艺手段对于聚酯薄膜光学性能的影响。实验结果表明通过三层共挤所制得的厚度为16.9μm的PET/BaSO4复合薄膜的雾度能达到1.89。同时，静摩擦系数保持在0.38～0.48，动摩擦系数在0.27～0.40。宁波长阳科技通过配制成含有高透明有机填充粒子（折光系数：1.4～2.0）的母料切片进行熔融共挤，获得了透光率在86%～93%，雾度在0.70%～1.5%，摩擦系数在0.32～0.57的高透明薄膜。

（2）添加微、纳米复配粒子制备

引入纳米级的SiO2粒子，不仅使聚合物的强度、刚性、韧性等机械性能得到明显改善，纳米颗粒起到成核剂作用，提高结晶速率，减小球晶大小，同时提高薄膜的光学性能，通过引入微米SiO2则解决了薄膜的收卷与分切性能。南京兰埔成合成制备了一种光学膜用聚酯切片及光学膜，在缩聚之前、酯交换之后加入表面处理后的混有微纳米无机颗粒的乙二醇浆料原位合成了聚酯切片，并双向拉伸成膜。其透光率90%～92%，雾度在0.7%～2.4%，摩擦系数0.35～0.46。

（3）添加第三组分制备

通过加入第三组分，改变合成工艺条件也是一种降低薄膜结晶度、提高光学性能的方法。日本三菱公司提供了一种光学用双轴取向聚酯薄膜，它是由以2.0%～10.0%（wt）范围含有第三组分的聚酯构成，提供雾度在0%～3.0%内的聚酯薄膜。二羧酸可以为间苯二甲酸、临苯二甲酸、对苯二甲酸、己二酸、癸二酸等，另外，二醇成分可以为乙二醇、二甘醇、三甘醇、丙二醇、丁二醇、1，4-环己二甲醇、新戊二醇。常州钟恒通过对原材料、生产工艺等方面进行改进，采用三元共聚树脂，破坏聚酯的结晶度，采用三层共挤减少了抗黏连剂的用量，同时进行电晕处理，增加其表面张力。所获得的特种光学级薄膜透光率可达90.5%，雾度1.6，摩擦系数0.4～0.6。

（4）表面涂层制备

宁波长阳科技将水性树脂和抗黏结粒子配制成涂布液，在纵向拉伸与横向拉伸之间进行凹版涂布或棒式涂布制备聚酯薄膜。透光率85%～95%，雾度0.5%～1.8%，摩擦系数0.22～0.70。

2.BOPET薄膜的生产工艺流程

BOPET薄膜是20世纪50年代由英国ICI公司在双向拉伸聚丙烯薄膜生产工艺的基础上发展起来的。产品已经实现厚度从0.5μm到350μm一系列规格，生产工艺也从最简单的釜式间歇式生产法发展到多次拉伸及同步双向拉伸；产品品种也由单层膜发展到多层共挤膜，主要是异步双向拉伸平膜工艺。

BOPET薄膜的生产工艺流程如下：

PET配料及混合→切片干燥→挤出铸片→纵向拉伸→线内涂布→横向拉伸→牵引收卷→分切整理→包装。

（1）PET配料及混合

纯净PET切片和一定比例的功能母料分别计量，在混料器中混合，然后进入干燥器干燥，也有先干燥后计量混合的工艺路线。双螺杆挤出机一般不需要物料干燥。

（2）切片干燥

PET树脂的饱和含湿量为0.8%，而水分的存在使PET在加工条件下极易发生氧化降解，影响产品质量，因此加工前必须将其含水量控制在0.005%以下。这就要求对PET进行充分的干燥。一般干燥方法有两种，即真空转鼓干燥和气流干燥，经比较，前一种干燥方法较好，因为采用真空转鼓法干燥，PET不与氧气接触，这有利于控制PET的高温热氧老化，有助于提高产品质量。而气流干燥效率更高，包括结晶和干燥两个过程。

真空转鼓干燥条件为：蒸气压力为0.3～0.5MPa；真空度为98.66～101.325kPa；干燥时间为8～12h；干燥后含水量≤0.005%。

气流干燥干燥条件为：结晶温度为160～180℃；干燥温度为160～180℃；干燥空气露点≤-70℃；干燥后含水量≤0.005%。

（3）挤出铸片

干燥好的PET切片进入挤出机熔融塑化挤出后，再通过粗、细过滤器和静态混合器混合后，由计量泵输送至模头，模头流延到急冷辊表面，冷却成厚片待用。

挤出铸片的工艺条件为：挤出机输送段温度240℃～260℃；熔融塑化段温度265℃～285℃；均化段温度270℃～280℃。过滤器（网）温度280℃～285℃；熔体线温度270℃～275℃。铸片急冷辊温度18℃～40℃。

（4）纵向拉伸

为了提高片材的拉伸质量，拉伸温度和拉伸比的控制至关重要。拉伸温度较高时，拉伸所需的拉伸应力较小，伸长率较大，容易拉伸，但温度过高使分子链段的活动能力加剧，使黏性增加反而破坏取向；反之，若拉伸温度较低，定向效果较好，但大分子链段活动能力差，所需拉伸应力较大，容易产生打滑和受力不均匀而引起厚度公差及宽度收缩不稳定。通常双轴拉伸临界温度由以下三点来调节：取向效率，拉伸功和结晶速度。由应力—应变曲线可知，无定型PET厚片在80℃～90℃时所需拉伸功最少，因此最佳拉伸温度控制在85℃左右为好。为防止片膜粘辊，便于均匀拉伸，一般采用辊筒预热、红外加热和辊筒冷却的传热方式。

拉伸比是指拉伸后的长度与拉伸前的长度之比。拉伸比越大，沿拉伸方向的强度增加也就越大，要得到高强度薄膜，拉伸比不能控制太大，因为在单向拉伸后，PET分子沿拉伸方向取向并强度增加，会使与之垂直的方向强度降低，影响成膜。因此为保证薄膜平面各向同性，在纵、横方向上都具有优良的性能，就必须使纵向与横向拉伸比相匹配，即PET厚片纵向拉伸工艺条件选择如下：预热温度为60℃～80℃；拉伸温度为80℃～85℃；冷却定型温度为30℃～50℃；拉伸比为3.0～3.5。

（5）线内涂布

线内涂布是在纵拉膜片的一个或两个表面涂布一层涂布液的过程，涂布液以水性高分子分散体为多。线内涂布属于薄膜表面化学处理过程，有许多种类涂层，有改善黏接牢度的、有改善表面电阻的、有具有离型功能的等。

（6）横向拉伸(www.xing528.com)

纵拉膜片经导边系统送至拉幅机进行横向拉伸，通过夹子夹在轨道上，在张力作用下在平面内横向拉宽，使分子定向排列，并进行热处理、冷却定型的过程称为横向拉伸。

纵拉厚片的预热、拉伸、热定型和冷却都是在一个烘箱内进行，工艺参数的选定要考虑烘箱的长度、产品的速度、热风传导和烘箱的保温情况，一般要求热风在烘箱内的循环方式必须使吹到薄膜上下表面的风温、风压和风速一致，且各区温度不能相串，夹子温度要尽量低。热定型的目的是结晶、稳定取向，消除拉伸中产生的内应力，从而制得热稳定性好、收缩小的薄膜。横向拉伸的工艺参数如下：预热段温度为90℃～100℃；拉伸段温度为100℃～130℃；定型段温度为180℃～240℃；冷却段温度为30℃～60℃；横拉倍数为3.0～4.0。

（7）牵引收卷

由于双向拉伸PET薄膜在横拉时是用夹子夹住薄膜的边部进行拉伸的，所以被夹住的部分不能被拉伸，在收卷前必须裁去，这部分边料通过牵引，吹边粉碎回收后，按比例重新投入使用。通过射线自动测量厚度，并反馈到模头进行自动控制，保证厚度均匀性。根据需要，对薄膜进行单面或双面电晕处理。BOPET薄膜的收卷采用中心收卷方式，张力和压力采用自动控制以保证收卷表面平整、松紧一致。

（8）分切整理

生产线收卷的大轴膜卷宽度大、长度长，根据用户需要必须裁切成不同宽度和长度的小膜卷。

3.PET薄膜的性能指标及检测

（1）PET薄膜的性能

PET薄膜具有优良的综合性能，如机械性能好，拉伸强度高，耐折、弯曲次数可达10万次；光学性能优，透明度好，透光率达90%；电绝缘性能优良，可用作E级绝缘材料；阻隔性也比较理想，对氧气的阻隔性与BOPA相当，优过BOPP；使用温度为-60℃～120℃，短时可达150℃。具体的性能指标如表4-5、表4-6所示。

表4-5　光学用PET薄膜的物性指标

续表

表4-6　包装用PET薄膜的物性指标

（2）PET薄膜性能检测

①尺寸。尺寸是指塑料薄膜的厚度、宽度和长度。具体尺寸按有关标准或订货合同而定。塑料薄膜厚度可按照GB/T 6672-2001《塑料薄膜和薄片厚度测定—机械测量法》检测，试验室常采用立式光学仪或其他高精度接触式测厚仪进行薄膜厚度离线测量，其测量精度为0.1μm。成卷薄膜长度是通过计数器来设定及测量的。

②机械性能

a.拉伸强度：是塑料薄膜最重要的力学性能，它表示在单位面积的截面上所能承受的拉力。在塑料薄膜中，BOPET的拉伸强度最高，一般可达200MPa以上，是聚乙烯（PE）薄膜的9倍。

b.断裂伸长率：表示一定长度薄膜的单位截面承受最大拉力发生断裂时的长度减去薄膜原来长度与原来长度之比。断裂伸长率表示薄膜的韧性。

c.弹性模量：是一个重要的力学性能指标。在弹性范围内纵向应力与纵向应变之比叫作弹性模量，也称杨氏模量。BOPET薄膜的弹性模量在4000MPa以上。

d.塑料薄膜的拉伸强度和断裂伸长率的测试方法按照GB/T 13022-91《塑料薄膜拉伸性能试验方法》进行。上述力学性能的测试，可使用拉力试验机来完成。

③光学性能

a.雾度：透过透明薄膜而偏离入射光方向的散射光通量与投射光通量之比，用百分比表示。

b.透光率：是测定薄膜的光通量大小，BOPET薄膜的透光率在85%～90%。雾度和透光率可采用球面雾度仪测量，量程0～100%。

c.光泽度：表示薄膜表面平整、光滑的程度。

光学性能可通过对光线的反射能力来测定。BOPET薄膜的光泽度（45°）在130%以上。

④热性能。热收缩率是表征薄膜的热稳定性指标。测试时，将尺寸为120mm×120mm的正方形试样5片，在试样纵横向中间画有互相垂直的100mm×100mm标线，将它们平放在（150±1）℃的恒温烘箱内，保持30min后取出，冷至环境温度后，分别测量纵横向标线长度，计算出试样的热收缩率。BOPET薄膜的热收缩率，一般纵向为1.5%～3.0%，横向控制在0或0以下。

⑤表面性能。摩擦系数表征薄膜表面滑爽性，摩擦系数的大小影响到薄膜的收卷性能。摩擦系数分静摩擦系数和动摩擦系数。动摩擦系数一般低于静摩擦系数。摩擦系数按GB/T100006《塑料薄膜和薄片摩擦系数测定方法》的规定进行。测试仪器为摩擦系数试验仪。BOPET薄膜的摩擦因数一般控制在0.4左右。表面张力表示塑料薄膜表面自由能的大小。表面张力的测定按GB/T14216《塑料薄膜和片润湿张力试验方法》的规定进行。PET的表面湿张力处理前为40～42mN/m，处理后，可达52mN/m以上。

⑥UV树脂黏着力。UV树脂黏着力的测试按GB/T 33049-2016《偏光片光学薄膜　涂层附着力的测定方法》的规定进行。

⑦阻隔性能。薄膜的阻隔性与材料固有化学结构有关，有高阻隔、中阻隔、低阻隔之分。为了提高薄膜的阻隔性，往往采用多层复合、真空镀铝、纳米改性等方法。PET薄膜属于中等阻隔材料。阻隔性能最关注的是氧气透过系数和水蒸气透过系数。透气性试验是按GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》规定进行。水蒸气透过系数试验按GB/T 1037-2000《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法杯式法》规定进行。BOPET薄膜透氧系数要求为≤2.25×10-15cm3·cm/（cm2·s·Pa），水蒸气透过系数要求为≤6.6g·0.1mm/（m2·24h）。