双轴拉伸

制造薄膜或板材时沿着其平面的纵横两个方向的拉伸

双轴拉伸（biaxial drawing）

简介

双轴拉伸（biaxial drawing），又称双轴取向拉伸，是拉幅塑料薄膜的生产方法之一。物体受到两个轴向外力的作用的一种拉伸形式。这两个轴向通常是相互垂直的。两个轴向上的拉伸可以是同时的也可以是先后进行的。

塑料薄膜按纵横两个不同方向进行平而内的互相垂直拉伸。此时材料分子沿纵、横两个方向取向。双轴拉伸可分逐次拉伸和双向同时拉伸.双轴拉伸薄膜纵向和横向的强度差别小。一般在材料的玻璃化转变温度以上和熔点以下进行。

双轴拉伸薄膜

双轴拉伸薄膜是指聚合物薄片（中间产品）经纵横两向拉伸的薄膜。双轴拉伸薄膜生产的方法有管状吹塑法和乎片拉幅法。管状吹塑法是将挤出的管膜，在纵横方向上同时吹胀拉伸，吹胀方式分静压和动压两种。静压操作是指管内压力由静止的空气形成，只要维持管膜内一定的空气量，就能保证管膜的稳定，达到稳定的纵横向拉伸。动压操作是指内部芯轴与管膜间的流动气体压力差使管膜达到拉伸的。严片拉幅法主要有片材制造和其拉伸两个工序，因实施的工艺途径不同，可分为纵横向同时拉仲和先纵向后横向及先横向后纵向拉伸等方式。两种双轴拉伸薄膜生产方法的比较见下表。

经双轴拉伸的薄膜，由于分子的定向，物理力学性能得到显著改善，例如PA-6，未拉伸的和经双轴拉伸的薄膜在性能上就有很大的差异。

随着高分子成型工艺技术的发展，双轴拉伸薄膜的生产正向高速、宽幅、厚度薄型化方向迅速发展。以聚酯和聚丙烯拉伸薄膜生产为例：聚酯膜的最大宽度已达3.5m以上，厚度已低至1.5μm；厚度3.5～254μm，幅宽高达6.6m的聚丙烯薄膜生产线，最高车速已达325m/min。

双轴拉伸成型工艺

（1）工艺流程平片法拉伸薄膜生产工艺流程如图1所示。

（2）平片双轴拉伸原理对于非结晶高聚物：聚合物在挤出机中融熔成粘流态，经扁平口模挤出制片，薄片冷却至玻璃化转变温度（Tg）以上并保温，随即进行拉伸、拉幅与冷却，即制得双轴定向的薄膜（例如拉幅法聚苯乙烯双轴定向薄膜）。对于结晶高聚物，聚合物在挤出机中熔融，塑化，经扁平口模挤成薄片并迅速冷却，如可能应冷至材料的（Tg）下，以确保片材具有最低的结晶度，将这种近似无定型的薄片再次加热至Tg以上预热，拉伸、拉幅、热定型、冷却（不热定型即制得可收缩薄膜）。热定型可使拉伸薄膜的内应力均匀释放，并增大结晶度，这就是薄膜在高于Tg下使用时不发生明显收缩，尺寸稳定性好，使用温度范围扩大的原因。热定型温度的选择通常总是高于拉伸温度而低于结晶聚合物的熔点（Tm）。当定型温度太低时，由于大分子结晶生长太慢，应力释放不好（松弛不好），使最终产品收缩性变大，尺寸稳定性较差。定型温度过高，又因晶核形成太慢，大分子解定向严重，薄膜变脆、性能下降。此外，热定型温度的选择还与制品厚度、拉幅设备的结构、工艺操作等有关。通常总是以选择在高聚物的最大结晶速率温度或稍高为宜，并视对最终产品的结晶度与性能要求而定。

高聚物拉伸定向的一般规律可归结如下：

1）拉伸速度与拉伸倍数一定时，拉伸温度超过材料的玻璃化转变温度（Tg）越低，定向作用越大。

2）拉伸温度与拉伸速度一定时，拉伸倍数越大，定向作用越大。

3）拉伸温度与拉伸倍数一定时，拉伸速度越大，定向作用越大。

4）任何拉伸条件下，冷却速度越快，定向度越大。

双轴拉伸测定

为了测定带原始裂纹的试样在双轴拉伸时的强度，采用球冠形试样。这种试样是用平面坯料通过深冲而成。在球冠的极上制一穿透的裂缝（宽为0.3毫米，长度通常为球冠的0.1），裂缝的方向一般沿着纤维方向。沿裂缝的端头用内压反复加载的方法开一个2毫米长的裂纹。在试验过程中，记录加到试样上的压力值（p）和试样曲率的变化（Δh），带裂纹试样的强度σ可按下式确定：

σ=pR/2t0

式中 p——加到试样上的最大压力；

R一一一球冠的半径；

t0——球冠的极的原始厚度（试验前）。

双轴拉伸的重要因素

高分子薄膜双轴拉伸的重要因素，首先是化学结构、分子量、分子量分布、支链情况、立体规整性、取向性，结晶性等分子特性，此外，各种脂树固有的热性质、动态粘弹性行为、结晶速率、分子间力以及伴随双轴拉伸的分子取向、结晶取向行为等也是重要因素。特别是从熔融态冷却固化时生成的球晶，其大小以及与之相关的变形特性和破坏机理均为重要因素。作为双轴拉伸条件，拉伸温度和拉伸速度的设计是重要的。拉伸温度范围的设计应该是，在拉伸过程中保持适当的分子间力，而且使分子链节的微布朗运动尽可能充分，使折叠分子链解缠。或者产生滑动伸展。拉伸速度的设计应考虑到，在拉伸过程中相应韵分子取向、加热影响的应力松弛速率和结晶速率等时间性因素，以及在高速拉伸时产生的内部摩擦热等。以上即为双轴拉伸条件的基本考察要点。它们对于无定形高分子在延伸过程中，抗拉力和收缩力的平衡，对于结晶形高分子的结晶，结晶部分溶解的行为、结晶逆转和破坏等现象的对应关系是重要的。

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