拉伸缠绕膜最早是欧美发达国家在20世纪70年代开始采用的一种包装技术，多采用流延法生产。我国是从20世纪80年代末开始发展拉伸缠绕薄膜的，随着经济的快速发展，缠绕膜得到推广应用，主要用于工业包装、农业包装、家用和超市用包装等。茂金属聚乙烯因其具有优异的光学性能、拉伸性能及耐穿性能，广泛用于包装领域，以降低薄膜厚度，提高透明性，节约生产成本。茂金属由于本身是单一活性中心，其聚合出的产品分子链规整度高，相对分子质量分布窄，力学性能优异，但加工性能较差。下面针对中国石油独山子石化公司研发的流延膜用线性茂金属聚乙烯HPR3518CB进行了加工条件的研究，总结了加工参数对薄膜性能影响规律，为实际产品加工提供了技术支持。
1 试验部分
1.1 主要原料
茂金属聚乙烯HPR3518CB，熔体流动速率（ＭＦＲ）3.5ｇ／10ｍｉｎ（190 ℃，2.16ｋｇ），中国石油独山子石化公司。
1.2 主要仪器及设备
流延膜机，ＭＥ30／9100Ｖ３，德国 ＯＣＳ公司；万 能材料试验机，4466，美国Ｉｎｓｔｒｏｎ公司；雾度仪， ＷＧＴ－Ｓ，上海精密科学仪器有限公司；落镖冲击试验机，6212，意大利 ＣＥＡＳＴ 公司；高压毛细流变仪，ＲＨＥＯ－ＴＥＳＴＥＲ2000，德国 ＧＯＥＴＴＦＥＲＴ 公司。
1.3 性能测试
按照标准 ＧＢ／Ｔ１０４０．３—２００６测试薄膜的拉伸性能；按照 ＧＢ／Ｔ２４１０—２００８测试薄膜的雾度；按照 ＧＢ／Ｔ９６３９．１—２００８ 测试薄膜的落镖冲击性能。
2 结果与讨论
2.1 流变性能分析
ＭＥ３０／９１００Ｖ３流延膜机加工原理是树脂在挤出机中被 熔化后，通过Ｔ字型机头狭缝挤出，再经冷辊牵引、冷却定型成为拉伸薄膜，最后经卷曲辊收卷的过程。通常，茂金属聚乙烯相对分子质量分布较窄，几乎没有长支链，晶片厚度较薄，熔体强度较低，加工性能较差，因此先通过高压毛细流变和哈克流变仪研究剪切速率和剪切温度对加工性能的影响趋势，然后围绕影响塑化和流动冷却过程的温度、主机转速和牵引速度等工艺条件来开展流延膜加工试验，考察加工条件对产品性能的影响。高压毛细流变曲线如图１所示。
在同一剪切速率下，随着温度的升高，ＨＰＲ３５１８ＣＢ产品的表观剪切黏度均呈下降趋势，这是由于随着温度升高，熔体的自由体积增加，链段的活动能力增加，分子间的相互作用力减弱，使高聚物的熔体黏度下降。针对 ＨＰＲ３５１８ＣＢ 而言，温度升高则会大幅降低剪切黏度，流动性变好，利于加工，从而提高生产效率。在同一温度下提高剪切速率，尤其是较低剪切速率（10～ 100/ｓ）范围内，表观剪切黏度随剪切速率的下降并不很明显（接近平台期），表明 ＨＰＲ３５１８ＣＢ对剪切速率并不敏感，分子量分布较窄，反映到加工方面，在临界剪切速率范围内适当提高剪切速率，有利于剪切黏度的下降。
2.2 加工温度的影响
一般聚乙烯流延膜的加工温度为190～240℃，且必须保证机头温度均匀，挤出温度过高，树脂容易老化分解，且薄膜发脆，引起性能下降；温度过低，则树脂塑化不良，且薄膜的透明性差，甚至出现像木材年轮般的花纹。机筒温度决定了塑料的熔融状态和塑料黏度，从而影响熔料在整个加工工程中的流动和冷却。原则上设定温度一般高于材料熔点的50～130℃，由于茂金属聚乙烯 ＨＰＲ３５１８ＣＢ耐热氧老化性能优异，剪切黏度高，所以 选择加工温度在 210～250℃，确保良好的流动稳定性能。随着加工温度的上升，ＨＰＲ３５１８ＣＢ横向拉伸强度和断裂标称应变变化不明显，纵向拉伸强度略有升高趋势，雾度和落镖冲击强度均在210℃最高，220～250 ℃变化不明显。分析认为，加工温度升高，熔体流动性增强，分子间摩 擦力下降，分子链活动能力增加，有足够能量进行有序排列，分子取向能力增强，因此纵向拉伸强度有上升趋势；当温度过高时，熔体与冷辊的温差增大，冷却速率增加，结晶程度不完善，综合取向与结晶的影响结果是抗冲击强度略有降低；温度升高，熔体表面光泽度变好，有利于薄膜雾度降低。
从试样的加工表现分析，低于220℃ 时熔体黏度较大，口模出料不稳定，薄膜的透明性较差；当温度达到250℃，薄膜有花纹产生，分析认为是冷却不足导致的，因此合适的加工温度在230～ 240 ℃。
2.3 冷却温度的影响
冷却温度对薄膜制品的外观及性能的影响也较大，通常冷却温度越低结晶越快，晶片厚度较大，产品挺度好，透明性能高，反之亦然。茂金属聚乙烯挤出温度比线性低密度聚乙烯（ＬＬＤＰＥ）高，但结晶温度比 ＬＬＤＰＥ低４～７ ℃，及时带走熔体热量尤其重要。随着冷却温度上升， ＨＰＲ３５１８ＣＢ制品纵、横方向上的拉伸强度、断裂标称应变呈现相反走势，总体来说冷却温度为20℃时纵向拉伸性能和落镖冲击强度均处于波峰 位置，而横向则基本在波谷处。这种趋势与ＬＬＤＰＥ有所不同，ＬＬＤＰＥ 冷却速率越低，力学性能相对也有所提高。分析认为，茂金属聚乙烯晶片较薄，几乎没有长支链，本身结晶速度较快，当温差过大时，反而容易形成大球晶，对力学性能起到负面影响。所以当冷却辊温度升高，冷却速度降低，分子链更容易进行纵向取向，抗拉能力增强，同时冲击强度也有上升趋势。但当冷却温度超过25℃时，熔体稳定性差，薄膜表面出现了花纹，有明显缺陷，薄膜厚度不均。
冷却温度越高，雾度会有微弱升高。结合制品外观，ＨＰＲ３５１８ＣＢ流延膜冷却温度范围相对较窄，设为20～25℃较为合适。
2.4 主机转速的影响
对于固定膜厚来说，牵引速度和挤出速度是相匹配的。虽然流延制品理论上无任何取向，但实际生产过程中挤出速率在一定程度上使制品产生取向性，从而影响产品的性能。随着主机转速的增加，ＨＰＲ３５１８ＣＢ薄膜的纵、横向拉伸强度呈增大趋势，当主机转速超过30ｒ／ｍｉｎ时，拉伸强度急速下降，而落镖冲击强度在20ｒ／ｍｉｎ时达到高点，雾度呈先降后升走势。分析认为主机转速增加，分子链段取向增强，分子链段排列紧密，因而拉伸强度和冲击强度都增加；同时由于茂金属聚乙烯没有长支链拖尾，剪切速率在一定范围内增加，会加速分子链段重排，形成微晶和无定型结构，雾度有所下降；但当主机转速继续增加，剪切速率加快，熔体产生大量热，冷却速率不足，就会因熔体振荡破裂导致熔体不稳定，薄 膜厚度不均匀，力学性能下降。
结合制品的力学性能和雾度考虑，ＨＰＲ３５１８ＣＢ 薄膜加工的挤出速度控制在20～30ｒ／ｍｉｎ为宜。
3 结论
（a）加工温度过低，熔体黏度大，出料困难，薄膜有缺陷，加工速率降低；加工温度过高，力学性能会下降；薄膜的雾度随温度升高而下降。
（b）冷却温度升高，薄膜的雾度增加，但冷却温度过低，力学性能会降低。
（c）主机转速增加，薄膜力学性能升高，雾度略有降低，但主机转速过高，膜厚均匀性下降，力学性能下降。
（d）综合加工温度、冷却速率和主机转速加工参数对薄膜制品性能分析，茂金属聚乙烯 ＨＰＲ３５１８ＣＢ加工窗口较窄，在 ＭＥ３０／９１００Ｖ３流 延膜机加工时，工艺参数控制在机筒温度230～ 240℃，冷辊温度为20～25℃，挤出速率为20～30ｒ／ｍｉｎ。
