拉伸工艺对PETG热收缩膜收缩率的影响

2018-11-14张启纲王果连王飞龙

塑料包装 2018年5期

张启纲王果连王飞龙

（河南银金达新材料股份有限公司）

1.概述

热收缩膜因光泽鲜亮，收缩率高，适应性强，可实现对产品的贴身包装等优点，被广泛用于饮料、快餐、洗化用品、电子产品、工业产品的标签和集束式包装[1,2]。尤其是饮料行业，采用热收缩膜制作的标签可紧紧贴合在不规则外形的瓶体上，使瓶装饮料上的包装图案更加生动，有效突显品牌形象。

目前，被广泛使用的热收缩标签材料主要有聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯（PETG）和拉伸聚苯乙烯（OPS）三种。其中，PETG材料制成的热收缩标签最为环保，是替代PVC膜最理想的材料，其收缩率最高可以达到78%，且能够预先调整收缩率[3]。随着人们的环保意识及对产品外包装的美观要求日益提高，PETG热收缩膜的市场需求目前正以较高的速率递增，发展潜力巨大[4]。

热收缩膜相较于普通包装膜最大的特点就在于其优异的热收缩性，薄膜热收缩率的大小，除与材料本身性能有关外，还与成型加工条件密切相关[5-7]。本文探究了拉伸工艺对PETG膜收缩率的影响。

2.实验部分

2.1 实验原料

PETG聚酯切片，长垣县源宏包装新材料有限公司提供。

2.2 仪器设备

双螺杆挤出机，（型号 27000、BERSEORFF）；

铸片机，（型号32000、BRUCKNER）；

双向拉膜机，（型号ERA、BRUCKNER）；

切片机，型号Z010，德国Zwick/Roell集团；

烘箱，温度精度±1℃，型号DHG-9023A，上海精宏实验设备有限公司。

2.3 试样制备

将PETG聚酯切片经挤出机熔融挤出铸片，挤出温度255℃、265℃、270℃、275℃、275℃、275℃，在铸片中部裁取10片140mm×140mm的正方形片材，然后使用设置好的双向同步拉伸机拉膜，得到双向拉伸PETG热收缩膜。

使用切片机裁取长150mm，宽20mm的薄膜样条，纵横向样条各5片，在样条中部画出100mm初始标线，距两端均为25mm。

2.4 性能测试

收缩率按GB/T 16958-2008标准进行测试：调节烘箱温度，恒温至150℃±3℃，迅速放入试样并开始计时，试样采用平放法，保持30 min后取出，冷却至室温，分别沿标线测量纵横向长度，计算试样的热收缩率，取算术平均值作为测量结果，精确到小数点后一位。

收缩率按下式计算：

式中：S—收缩率，%；

L0—加热前长度，mm；

L—收缩后长度，mm。

3.结果与讨论

3.1 拉伸温度对收缩率的影响

拉伸温度是影响收缩膜热收缩率的重要因素。当温度低于玻璃化温度（Tg）时，高聚物分子间作用力很强，长链大分子运动被冻结，整个高聚物处于刚性状态，形变很小，不适合拉伸。当温度上升至Tg时，高聚物处于高弹态，此时高聚物柔软而富有弹性，虽然整个大分子长链还不能移动，但分子链段开始运动，高聚物在外力作用下，可产生很大形变，PETG薄膜拉伸就是在高弹态下进行的。

图1 拉伸温度对PETG膜横向收缩率的影响

图2 拉伸温度对PETG膜纵向收缩率的影响

由图1和图2可以看出，随着拉伸温度的提高，PETG热收缩膜的横向收缩率和纵向收缩率均有所降低；这是因为温度较高时，分子链段的运动能力较强，当PETG铸片被拉伸时，分子链段能较快适应取向、完成松弛过程，从而减小内应力；另外，温度较高时，分子链易发生解取向，因此收缩率会有所降低。

3.2 拉伸速率对收缩率的影响

当拉伸温度和拉伸比一定时，拉伸速率的快慢会影响分子链取向及分子链的松弛过程，进而影响收缩率的大小。拉伸速率越大越有利于分子链取向和薄膜的均匀性。

当然，拉伸速率过高，超过弹性变形极限会造成破膜。

图3 拉伸速率对PETG膜横向收缩率的影响

图4 拉伸速率对PETG膜纵向收缩率的影响

从图3和图4可以看出，降低拉伸速率，PETG热收缩膜的横向收缩率变化不大，纵向收缩率在80～95℃范围内有小幅度降低。

3.3 拉伸比对收缩率的影响

在生产薄膜的过程中，为了便于调整工艺条件，及时改变薄膜的性能，人们把快拉辊与慢拉辊线速度之比称为纵向拉伸比，把薄膜经过横拉后的两条导轨（或夹口）之间的幅宽与横拉之前。的两条导轨之间的幅宽（或夹口）之比称为横向拉伸比。在一定的拉伸温度和拉伸速率下，拉伸比越大，PETG分子链的取向则越大，分子链恢复原有形态的趋势就越大。但是拉伸比过大，会增加拉伸时的破膜率，PETG薄膜的拉伸比一般为 3～5倍

图5 拉伸比对PETG膜横向收缩率的影响

图6 拉伸比对PETG膜纵向收缩率的影响

从图5和图6可以看出，降低拉伸比，PETG膜的横向收缩率变化不大，纵向收缩率在70～80℃范围内有小幅度降低。

3.4 冷却速率对收缩率的影响

热收缩膜之所以具有良好的收缩性，是因为薄膜在被拉伸之后通过骤冷，使分子链段的取向被冻结起来，使得薄膜内存在较大的内应力，当重新加热时，薄膜就有回复原来尺寸的趋势[8]。倘若冷却速率较低，拉伸取向的结晶晶格会继续增长，一方面会使得薄膜结晶度过高而发脆，另一方面会造成薄膜体积收缩，降低薄膜的热收缩率。从下图7和图8可以看出，降低冷却速率，PETG热收缩膜的横向收缩率和纵向收缩率均小幅度降低。