薄膜制造的技术流程如下图：

功能性多层薄膜的技术涉及到：

• 结构设计：塑料选择、厚度设计、功能设计、层数设计...
• 挤出设备参数：螺杆设计、动力系统、模头配合、稳定性、表面处理、温度控制...
• 加工制程控制：制程条件、线上监控、最佳化技术、后段卷曲...
• 共挤模头：模头设计、零件加工、表面处理、模头材料...

 

各阶段的技术重点在于：

薄膜的制造方式：平膜、吹膜

平膜押出制程：又称流延法(casting)，熔胶由T-型模头押出后，以气刀辅助，与冷却辊充份接触进行冷却，並由后续辊轮组卷取。

• 熔胶模头出口押出，接触滚轮逐渐冷却，同时受滚轮引取，并藉由速度比之调整(引取速度/熔胶出口速度)控制产品最终厚度。
• 引取过程因缩颈现象，造成幅宽变小。由幅宽变化可作为模头宽度设计的参考。

平膜制程的特性：单轴延伸、在拉伸方向与横断方向物性差异大。

光学膜挤出生产线optical film extrusion line如下图

薄膜与辊轮的接触方式如下图

冷却水槽方式如下图

气刀的作用：

• 熔胶由T-型模头押出后，以气刀辅助，与冷却辊轮充份接触进行冷却，并由后续辊輪组卷取。
• 牵引速度在90m/min以上时，需要一个压住装置，在流延法中一般为气刀。
• 气刀吹出的空气，压住薄膜的位置必须在薄膜接触辊轮之后。
• 气刀吹出的空气压力必须平均，避免出向模头，气孔处不能有伤痕。
• 气刀可以将被薄膜带入的空气挤出，使薄膜紧贴在辊轮。

 

薄膜的缩颈现象

熔胶的弹性性质愈强(Deborah number愈高的材料) ，缩颈现象会减少， 即(W/Wo)会提高。

伸长黏度对缩颈现象的影响

伸长黏度较高的材料，在伸长流动时伸长黏度会增加，即所谓的变形硬化性，LDPE的伸长黏度较高(因为侧链较多)，因此在押出之后，受辊轮转动延伸，伸长黏度会增加，硬化性高，故缩颈现象较小。

Casting film的双向延伸

可用斜向引取装置进行二次延伸，使位伸方向与横断方向物性差异缩小

薄膜橫向延伸时的变化

纵向延伸机系统示意图

BOPP薄膜与未拉伸PP膜之性能比较

适用于BOPP的聚丙烯PP

• MI(g/10min)约2~4
• 等规聚丙烯占95~97%，无规聚丙烯占3~5%的均聚物，才适合生产双向拉伸薄膜。前者结晶快、结晶度高，使薄膜机械性质提高，后者有利于配向、改善光学性能，但会降低机械性质。
• 用于生产薄膜的PP其数量平均分子量(Mn)约8500，重量平均分子量与数量平均分子量之比(Mw/Mn )约4~4.5。此值愈小表示分子量分布较窄，膜的拉伸强度愈高，但加工条件愈严苛，适度加宽分子量分布，有助于加工成膜性。

吹膜制程介绍

冷線高度：L

吹袋比=D1/D2

拉伸速度比=Vf/Vd

• 塑料经押出机塑化后，进入模头，在模头内先经螺型流道导引成圆形膜管之后，经模唇区押出成圆形膜管，经由膜管内的空气吹胀、引取滚輪向上引取、外围冷却风的冷却作用，而形成圆管状的胶膜。
• 滚轮对膜管向上引取的速度(V1)与熔胶自模头出口涌出的速度(V2)不同，一般拉伸速度比(V1/V2)约为10~20倍，因此对膜产生强烈的拉伸，使膜的厚度变薄。
• 膜管的直径与模头出口直径的比值称为吹袋比，吹袋比一般约2~4，愈大则膜管直径愈大。若吹袋比为1，表示没有横向延伸。
• 冷却风量增加，膜管冷却快，冷线低。反之亦然。冷却快慢对胶膜的透明度及结晶成度会有影响。

膜管折平过程

• 折迭框角度小，薄膜较造早碰触折迭框，应避免薄膜尚未冷却足够，可能会因折迭框摩擦产生表面拖痕。
• 折迭框角度大，薄膜从圆形急速被滚轮夹平，由于每一点移动距离不一，容易产生皱纹。

膜的双轴强度比较

• 吹袋比愈大，则横向强度增加。
• 吹袋比愈小，则纵向强度增加。
• 配合拉伸速度，适当地调整吹袋比，可以得到横向强度和纵向强度较一致的薄膜。

内部冷却系统(IBC)

1. 膜管内的空气是密闭的，会随操作时间增长而逐渐升温。

2. 安装内部冷却系统(IBC)可以将内部空气顶部抽出，进行热交换之后再由膜管底部注入，达到膜管内部冷却的目的。

3. 膜管愈大或产能提高时，内部冷却系统(IBC)将可以明显改善膜管的冷却速度。

膜厚自动监测系统：利用膜厚自动监测及风环风量及温度的自动调整，来修正薄膜厚度，达到厚度均匀(+-3%)的目标。

薄膜吹制制程优化调整如下图

理论上几乎所有合成树脂通过压延或挤出都可成为薄膜。根据不同薄膜的功能要求，如何进行结构设计(厚度、层数、基材)、配方组成，以及不同结构薄膜的制造方法。

功能薄膜材料产业技术分布呈现出很强的集中性，精密涂布技术、高分子涂层材料配方技术、薄膜基材成型技术是各企业所共有的核心技术。

 

衍生出的加工技术包括：表面处理（蒸镀、PVD、CVD）、薄膜制造、印刷、制版、压光、镀锌、薄膜切割、R2R加工技术等，如下图所示。

素材来源网络

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