喬夢霞，徐文總，覃忠瓊

（安徽建筑大學 材料與化學工程學院，安徽 合肥 230601）

高分子加工實驗是一門實際應用性很強的專業(yè)實踐課程。根據(jù)我院教學情況和條件，結(jié)合教學大綱，以培養(yǎng)學生的動手能力為目的，在學生已經(jīng)了解吹膜原理、透光率和霧度定義的基礎上，結(jié)合實際操作再授課講授吹塑薄膜工藝的基本流程以及測量薄膜的透光率/霧度的方法。本實驗采用低密度聚乙烯（LDPE）平擠上吹的方式吹膜。

1 實驗目的

（1）了解吹塑過程中影響薄膜質(zhì)量的工藝條件以及環(huán)境需求。

（2）掌握薄膜吹塑成型的方法及工藝流程。

（3）了解透明或者半透明材料透光率和霧度的基本定義及其原理。

（4）掌握測定樹脂材料透光率和霧度的方法。

2 實驗原理

2.1 吹塑薄膜成型

樹脂材料在吹塑成型工藝的過程中可分為三大階段：

第一階段是擠出過程，將物料加入擠出機，料筒溫度可熔融物料，料筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)的螺桿將熔融物料擠到口模處并形成圓形的型坯；第二階段是吹脹過程，管狀薄膜被擠出之后，將管泡拉到旋轉(zhuǎn)的人字夾板上，管泡會形成筒狀的密閉管，通入壓縮空氣，管泡被吹脹，此階段管泡在橫向和縱向都受到拉伸的力；第三階段是冷卻過程，被壓縮空氣橫向吹脹以及牽引裝置縱向拉伸變薄之后，鼓風機通風使其冷卻定型。

根據(jù)調(diào)研，薄膜的制作方法分為三種：流延法、壓延法和擠出吹塑法[1]。其中，擠出吹塑過程中，薄膜的寬度和厚度可以通過改變工藝參數(shù)而調(diào)節(jié)，所以擠出吹塑工藝應用廣泛。該工藝流程簡單，原理易懂，學生的操作效果最好，實驗成本最低。

吹塑薄膜的生產(chǎn)可分為三種方法：平擠上吹、平擠平吹、平擠下吹。三種方法的工作原理和操作規(guī)程都相同，只是管泡的擠出方向不同。本實驗是采用平擠上吹的方式，將物料倒入料筒內(nèi)，采取程序升溫的方式加熱，在筒內(nèi)溫度以及螺桿旋轉(zhuǎn)擠壓的作用下，物料在熔融的過程中發(fā)生混合、剪切并被擠壓前移，到達口模處被擠成管狀，此時的管狀物橫向和縱向都有拉伸，要制得質(zhì)量良好的薄膜，兩個方向的拉伸要均衡，在橫向拉伸中引入的壓縮空氣將其吹脹，通過冷卻和縱向的牽引系統(tǒng)將其拉伸定型，最后通過轉(zhuǎn)動的滾輪將薄膜收卷集中。

2.2 性能測定

在光學領(lǐng)域里，霧度和透光率是兩項非常重要的性能指標。透光率表示材料的透光能力；霧度表征透明/半透明材料內(nèi)部渾濁不清晰的程度[2]?，F(xiàn)實應用中，霧度和透光率是制備材料的兩個重要的參數(shù)指標。例如，家里衛(wèi)生間的玻璃透光率應該高，霧度也需要大，才能在光線好的前提下注重隱私；航空業(yè)的有機玻璃要求霧度值在0%～2%，透光率一般要求大于90%[3]；而有些光學儀器則要求屏蔽亮光源，所以材料應具備透光率小，霧度大的特點；根據(jù)實際需求才能制備出符合參數(shù)要求的材料。

2.2.1 透光率

透光率是用照進材料的光通量與入射的總光源比值的百分數(shù)表示[4]。

2.2.2 霧度

霧度（H）也稱為濁度，表示樹脂薄膜材料內(nèi)部渾濁的程度，材料的外部或者內(nèi)部表面凹凸不平，發(fā)生光的散射，用材料散射的光通量Td與透過材料的光通量T2之比的百分數(shù)表示，光源的照射方式和透光率一樣，此處散射的光通量是平行光束照射到材料時發(fā)生光的散射，散射的角度偏離入射方向大于2.5°的光通量[5]。

3 實驗部分

3.1 設備與材料

SJ-20型吹塑機；WGT-S型積分球式透光率霧度測定儀；游標卡尺（精確度0.05 mm）；測厚儀（精度0.001 mm）；低密度聚乙烯。

3.2 LDPE吹塑薄膜的制作工藝

吹膜機主要分為四個工段：軟件控制區(qū)、塑化擠出區(qū)、冷卻成型區(qū)以及收卷區(qū)。冷卻裝置主要依靠鼓風機、空氣壓縮機的吹脹作用，牽引裝置是利用人字夾板帶動薄膜收卷。示意圖如圖1。

圖1 吹膜工藝流程框圖

3.2.1 吹膜工藝的參數(shù)

吹膜工藝的主要參數(shù)有4個，學生必須掌握參數(shù)的原理，在實驗中根據(jù)薄膜質(zhì)量變化修正其值，從而獲得合格的薄膜。

（1）吹脹比：薄膜被吹脹后的直徑與未吹脹的管泡直徑之間的比值[6]。薄膜在通入壓縮空氣時，縱向和橫向都被拉伸，吹脹比是薄膜橫向拉伸產(chǎn)生的。由定義可知，吹脹比增大，薄膜的橫向拉伸強度就會增大[7]。但吹脹的作用力不能太大，根據(jù)不同的樣品特性設定不同的參數(shù)，否則會吹破薄膜，得到有褶皺即不合格的產(chǎn)品，所以吹脹比的參數(shù)設定尤為重要。

（2）牽引比：牽引裝置是牽引薄膜的速度與口模擠出管泡的速度之間的比值[8]。牽引比和薄膜的縱向拉伸相關(guān)。在牽引裝置縱向拉伸的過程中，牽引的速度越快，薄膜的厚度越薄[9]；但牽引的速度不宜過快，否則會拉斷薄膜，影響產(chǎn)品的制備效率。

（3）擠出溫度：擠出溫度不宜過低，否則造成高分子材料塑化效果不好，橫縱向的拉伸強度低，不能吹脹定型[10]；擠出的溫度也不適合太高，會使高分子材料分解成小分子材料，不利于塑料的冷卻成型[11]。

（4）露點：露點是樹脂材料由熔融狀態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)的分界線。在吹膜過程中，熔融狀態(tài)的高分子材料在空氣壓縮力的作用下從口模擠出，通過冷卻裝置得以快速冷卻使其固化定型，樹脂材料由剛擠出的透明狀逐漸變?yōu)槟：隣?，狀態(tài)變化的臨界點稱為露點，又名為霜點[12-13]。

3.2.2 實驗步驟

根據(jù)LDPE 的特性，初步設定擠出機各個階段的溫度，采用程序升溫的方式會使熔體粘度降低，壓力變小，泡管的擠出量相應地會增加，產(chǎn)量提高。溫度不能太高，否則樹脂降解。根據(jù)文獻，LDPE 的熔程160℃～170℃，所以將擠出機的機頭、料筒口模等階段的溫度分別設置為160℃、163℃、166℃和170℃[14]，同時設置料筒內(nèi)螺桿的轉(zhuǎn)速、人字夾板以及收卷裝置的轉(zhuǎn)速，根據(jù)LDPE 的物理拉伸特性，吹脹比2.5～3.0，牽引比4～6[15-16]。

設置好各階段的溫度后，在加熱區(qū)工作時，檢查空氣壓縮機、冷卻裝置的鼓風機、人字夾板以及收卷裝置等是否完好，吹膜機處于準備狀態(tài)。待各階段的溫度到達設置值并穩(wěn)定10 min 后，將口模環(huán)形縫隙調(diào)到基本均勻的狀態(tài)，同時對吹膜機整體的接口以及螺栓部位趁熱擰緊。

恒溫30 min 后，啟動主機，加入少量的LDPE。先觀察擠出機運行的穩(wěn)定性以及出料情況。等到口模附近擠出的料均勻時，將薄膜緩慢連接至人字夾板中，即通入壓縮空氣將薄膜吹脹成型，并且開通鼓風機使其在收卷前迅速冷卻，隨時觀察收卷薄膜的質(zhì)量，及時調(diào)整工藝參數(shù)，如螺桿轉(zhuǎn)速、牽引速度、風環(huán)的位置、收卷裝置的速率、各段的溫度以及壓縮空氣流量等。

在實驗中，各個階段的溫度應保持穩(wěn)定，否則影響LDPE 的熔融情況，鼓風機的風速和吹脹的壓縮空氣的速度都應穩(wěn)定，否則會造成管壁破裂，產(chǎn)品不合格。

更改實驗參數(shù)，觀察管壁的狀態(tài)，測量物理性能變化差異，記錄情況。

實驗結(jié)束，降低螺桿轉(zhuǎn)速，趁熱清機，防止下次使用時堵塞。

3.3 薄膜的性能測試

霧度和透光率的測定是在學生掌握其定義后，通過測定儀測量的薄膜光學參數(shù)，可以通過這兩個光學數(shù)據(jù)，表征學生自己制備的薄膜的性能。在上課的同時，也要注意薄膜的儲存條件以及測量之前薄膜預處理需要注意的事項，比如薄膜的表面應保持潔凈、無折痕等。

4 實驗結(jié)果

4.1 實驗數(shù)據(jù)及分析

圖2的A圖是樣品試樣，由左到右分別表示1、2、3、4號樣品，并且厚度由大到小為4＞3＞2＞1。根據(jù)B圖得知，4個樣品的透光率由大到小排序是4＞3＞2＞1，數(shù)值依次為92.3%、91.5%、88.3%、84.1%；而霧度由大到小排序為4＞1＞2＞3，數(shù)據(jù)依次為82.50%、13.5%、8.58%、2.49%。

圖2 A：薄膜試樣；B：薄膜的透光率和霧度值（%）

從數(shù)據(jù)來看，2號和3號樣品的透光率和霧度較好，4 號樣品的霧度較差。從1、2、3 號樣品來看，透光率越大，霧度值越小，即霧度和透光率成反相關(guān)的關(guān)系，4號樣品的透光率雖然大于1號，但是霧度也比1號大，這說明霧度和透光率并不是反比的關(guān)系，也從側(cè)面證實了霧度和透光率是兩個相對獨立的指標。由3號和4號數(shù)據(jù)并結(jié)合圖A的樣品對比發(fā)現(xiàn)，薄膜表面的皺褶對透光率幾乎沒影響，但對霧度值影響較大，說明薄膜在生產(chǎn)過程中的工藝條件、添加物料以及表面情況等因素對透光率和霧度值的影響程度均不同。

4.2 實驗結(jié)果

（1）不同厚度的薄膜之間的光學性能不能進行比較。

（2）影響薄膜透光率和霧度數(shù)據(jù)的工藝因素各不相同。

（3）薄膜的霧度和透光率之間沒有可比性。