BOPET 薄膜分切皱纹的产生及解决措施

李秋林

（仪化东丽聚酯薄膜有限公司，江苏 仪征 211900）

引言

双向拉伸聚酯薄膜（BOPET）于20 个世纪50 年代实现工业生产后，经过不断发展，现在已被广泛应用于电容膜、热转移膜、胶带膜、光学膜等，其加工流程主要包括结晶干燥、熔融挤出、铸膜、双向拉伸、收卷分切等。分切是生产过程中最后一道工序，也是影响成品质量的关键工序。在实际生产过程中，分切工艺不恰当，往往会产生皱纹、麻点、窜边、翘边、划伤等诸多问题，影响产品质量，进而影响客户的使用。其中，皱纹问题是分切问题中的首要问题，影响因素众多，尤其对于10 μm 以下薄型膜而言，皱纹现象更加突出。

1 分切皱纹产生的原理

BOPET 薄膜分切过程是将制膜取得的BOPET大母卷经放卷站放卷后，穿过分切机的张力控制辊、导向辊、展平辊等，之后在张力的作用下经过切刀裁切成多段用户需求的幅宽规格，最后经过分切压辊，平整光滑地卷绕在卷芯上[1]。薄膜在卷绕过程中，附近的空气会随着薄膜一起运动，从而不可避免地被卷入膜卷，如图1 所示。在分切压辊的压力作用下，大部分空气会在卷绕前被压辊阻隔而得以排出，但由于薄膜的弹性作用和微观不平整，仍会有少量的空气被卷绕进膜卷而残留在膜层与膜层之间。

图1 收卷过程示意图

薄膜在收卷过程中，在收卷张力作用下，薄膜会沿着纵向方向弹性伸长，同时由于材料的泊松效应，会在横向有轻微的收缩，如图2-2 所示。在收卷成膜卷后，由于弹性伸长尚未恢复，会继续有张力的残存，并且这种残存的张力会沿着卷筒的径向向内产生一定的附加压强，膜卷内部层与层之间的空气在这种附加压强的作用下，会向膜卷两端移动而从端面缓慢逸出。随着空气的逸出，膜卷的卷径会有所减小，周长得以回缩，薄膜的弹性伸长回复，从而应力得以缓和，而横向也会产生一定的松弛[2]，如图2-3所示。在此过程中，如果空气排出不畅，薄膜的弹性形变不均匀，横向松弛受阻，便会不可避免地产生皱纹。

图2 薄膜受力变形示意图

2 分切皱纹产生的影响因素

从分切皱纹的产生原理来看，其影响因素主要包括以下方面。

2.1 工艺条件

2.1.1 收卷张力

薄膜的收卷速度通常略微高于放卷及行走速度，这一速度增量引起薄膜弹性伸长，从而形成收卷张力。薄膜在分切过程中，需要保持适当的张力，使得膜面保持绷直的状态，避免松弛，从而被平整地收卷在卷筒上。

收卷张力大小的设置需要根据薄膜的厚度和幅宽而确定。在同等条件下，收卷张力过大，薄膜的弹性伸长也就越大，沿横向的收缩也越大，弹性变形也就越容易不均匀，薄膜往往在收卷前的行走状态下极容易产生褶皱，平整度差，行走时的膜面皱褶卷到卷筒上后即产生皱纹。但是，收卷张力也不宜过小，收卷张力过小时，膜面出现松弛，不能保持绷紧的状态，收卷时夹入的空气会增多，膜卷收卷偏松，内层容易被压皱，也会产生皱纹。

2.1.2 收卷压力

收卷压力是由分切压辊两端的气缸产生的，在收卷过程中，分切压辊两端在压辊支架杠杆原理的作用下，将合适的压力作用在压辊上，压辊以线接触的方式将薄膜压在卷筒上进行卷绕，通过分切压辊的弹性变形以达到展平膜面，排出空气的效果。

收卷压力的设置也要适中，收卷压力过小时，随薄膜一起卷入膜卷的空气量大，膜卷收卷偏软，容易产生皱纹。收卷压力过大时，空气排出过多，薄膜层与层之间过于黏合，会影响后道使用时的放卷。收卷压力大小可根据膜卷硬度进行适度调节，一般来说，膜卷表层的硬度控制在邵氏90°～96°之间。

2.1.3 分切速度

在同等条件下，随着分切速度的增加，靠近薄膜的空气的流动速度也相应增加，在卷绕时，更多的空气被卷入到膜卷中。因而，减小分切速度有利于空气排出，减少皱纹的产生。

但是，减小分切速度意味着加工效率的降低，不具有实际生产的意义。为了提高分切速度，通常会适当增加收卷张力、收卷压力，以增加空气的排出效果。

2.2 薄膜特性

2.2.1 厚度均匀性

对于BOPET 薄膜而言，薄膜厚度无论怎么控制，总是会存在一定的厚度偏差，厚度偏薄或偏厚均会影响皱纹的产生。

当厚度偏薄时，收卷时偏薄处会产生轻微的凹陷，这一位置膜层之间空气会较其它位置堆积更多，经过多层卷绕之后，空气堆积越来越多，厚度累积越来越薄，分切压辊也无法接触该处膜面，凹陷处的薄膜处于相对自由的状态，从而极易变形产生皱纹，这一位置的皱纹相对来说硬度较软。

当厚度偏厚时，收卷时偏厚处会产生轻微的凸起，随着收卷直径的增加，偏厚的部分经过累积，会产生明显的凸起状的皱纹，这一位置的皱纹相对来说硬度较硬。此外，厚度偏厚的区域膜层过于粘连，会影响邻近区域的空气向小卷端部排出，造成邻近区域空气堆积而产生皱纹。

对于10 μm 以下的BOPET 薄膜，厚度偏差一般要控制在4%以内，为消除厚度不均的影响，通常会在放卷时进行周期性的左右摇摆，以部分消除厚度偏差的累积作用；但当厚度严重不均时，摇摆的作用有限，则需要进一步优化制膜工艺来提高厚度均匀性。

2.2.2 表面摩擦系数

聚酯薄膜的表面摩擦系数也会影响皱纹的产生，由于薄膜在空气排出、横向松弛时有轻微的形变和相对位移，当摩擦系数相对较大时，膜与膜之间不太容易滑动，容易阻滞薄膜的回缩变形从而产生皱纹。

薄膜表面有大量的外露分子链，纯BOPET 薄膜由于层与层之间距离过近，外露分子链的作用力较强，层与层之间不易滑动，容易黏合。因而，一般会加入一定的开口剂，让薄膜表面产生凸起，形成一定的粗糙度，增加层与层之间的空隙，从而降低粘合作用，相对滑动也就更加容易[3]。开口剂的种类很多，如氧化物（SiO2、TiO2、MgO 等）、无机盐（碳酸钙、磷酸盐等），通过改变开口剂的添加量、粒径等，可以对表面粗糙度及摩擦系数进行调控，通常BOPET 薄膜的静摩擦系数应控制在0.4～0.7，动摩擦系数控制在0.3～0.6[4]。

2.2.3 弹性模量与泊松比

薄膜的弹性模量大，意味着在同样的收卷张力作用下，薄膜的弹性变形量小，弹性形变不均匀的程度就小，皱纹发生的几率就低。

薄膜的泊松比也会对皱纹产生影响。泊松比是指在拉伸力的作用下，沿拉伸方向的伸长量与横向的收缩量之比。泊松比越大，在同样的拉伸变形下，横向的变形量就小，也就越不容易产生皱纹。

弹性模量与泊松比与薄膜自身的内在特性有关，影响因素较多，通常不会进行针对性调控。但当弹性膜量与泊松比较小时，可以适当降低收卷张力，以减小拉伸变形，从而减少皱纹的产生。

2.3 分切压辊辊径和材质

由于收卷时，大部分空气是通过分切压辊的挤压作用而被排除在膜卷外，压辊的作用不可忽视，对其结构形态也有着相应的要求。其中，压辊的辊径和材质对皱纹发生的影响较大。

当压辊直径较大时，膜与压辊的包角较大，而与卷筒之间的夹角较小，更多的空气会在未被完全排出时，随薄膜一起被夹入膜卷中，皱纹产生的几率高。当压辊直径较小时，膜与卷芯之间的夹角大，相对而言空气更容易向周围发散逸出，也就不易产生皱纹。但是。当压辊直径更小之后，其刚度会变小，容易弓曲产生挠度，对压辊材质提出了更高的要求。实际生产中，需要综合薄膜的厚度、幅宽等多方面因素来选择合适的辊径。

对压辊的另外一个要求是表面材质和硬度，压辊表面通常采用橡胶进行包覆，针对薄膜厚度的微观不平，通过橡胶在压力下的弹性作用，可以弥补一部分膜面不平整，并缓冲压辊、卷芯的跳动，使得压力均衡。压辊表面的弹性和硬度要求适中，硬度过小时，收卷压力主要被橡胶的变形所吸收，对膜卷的挤压作用不足而无法有效排出空气；硬度过大，橡胶的弹性形变不足，也无法有效弥补厚度不均和压辊跳动等导致的压力不均衡，通常压辊的表面硬度控制在邵氏40～60。

2.4 卷芯质量

由于薄膜是收卷在卷芯上的，通常的卷芯采用纸管，纸管的加工质量也极其重要。纸管的性能指标中，最重要的是直线度和同心度。

纸管的直线度会直接影响收卷张力、压力横向分布的均匀性。纸管的直线度越差，收卷时的横向分布越不均匀，皱纹产生的几率就高。要保证纸管的直线度，可以适当增加纸管壁的厚度、选用更好的材料等，以提高纸管的刚性。

纸管的同心度会影响卷芯转动时的均匀性，纸管的同心度越好，实际的卷绕速度就越稳定，收卷张力的波动就小。同时，与卷筒接触的压辊的跳动也相对较小，收卷压力的波动也变小，可以减少皱纹的发生。另外，纸管内径与卡头也需要密切配合，纸管端部内壁的耐磨性较好，与卡头之间无相对滑动和跳动，才能更好地体现同心度的效果。

2.5 设备状态

分切机的设备精度和状态，运行的稳定性均会对皱纹产生影响。

由于收卷张力是依靠收卷时的速度增量而产生的，传动辊的速度波动、收卷臂的速度波动均会引起张力的波动，从而导致膜面不平整而产生皱纹。

而收卷压力是通过分切压辊与膜卷的接触挤压而产生的，收卷臂的卡头跳动、压辊气缸压力的稳定、压辊的水平度均会影响到收卷压力的波动，进而导致排气不均匀而产生皱纹。

要保持良好的设备状态，需要加强平时设备的定期维护。

3 结语

BOPET 薄膜分切收卷过程出现皱纹，归根结底还是收卷时卷入的空气过多，在膜卷内部分布不均匀造成的。由于生产状态的变化，在实际生产时，需要结合上述原因，对收卷张力、压力、薄膜厚度、压辊和纸管的配置、设备状态进行针对性的调整和优化，以保证最佳收卷效果，减少皱纹的发生，满足用户对膜面平整性的要求。