光學(xué)聚酯薄膜表面典型瑕疵研究

郭 申 曾麗平

光學(xué)聚酯薄膜表面典型瑕疵研究

郭 申 曾麗平

本文通過對(duì)光學(xué)聚酯薄膜進(jìn)行在線膜面缺陷檢測(cè)研究，就聚酯薄膜生產(chǎn)過程中缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行分析并提出質(zhì)量改進(jìn)措施。

聚酯薄膜 表面瑕疵 分類 原因

聚酯薄膜具有優(yōu)異的性能，目前在包裝、家庭裝飾、工業(yè)、液晶顯示等特種領(lǐng)域應(yīng)用都很廣泛，尤其在光學(xué)薄膜領(lǐng)域現(xiàn)已成為目前投資的熱點(diǎn)領(lǐng)域。由于目前光學(xué)聚酯薄膜競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，為使光學(xué)聚酯基膜應(yīng)用于不同領(lǐng)域、獲得特定產(chǎn)品效果，聚酯薄膜在生產(chǎn)以及后續(xù)涂覆、鍍印、燙金、復(fù)合等后加工過程中，均需對(duì)聚酯基膜或處理膜表面質(zhì)量進(jìn)行有效控制。目前大部分光學(xué)聚酯薄膜廠家紛紛在引進(jìn)聚酯薄膜生產(chǎn)線的同時(shí)，直接配套薄膜缺陷在線檢測(cè)設(shè)備（俗稱“檢品機(jī)”），目的就是不僅能發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷，更主要的是借助此先進(jìn)的在線檢測(cè)設(shè)備來促進(jìn)產(chǎn)品改善質(zhì)量。為此，本文針對(duì)布魯克納5．8m生產(chǎn)線開機(jī)以來聚酯薄膜在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的表面缺陷進(jìn)行研究，就其產(chǎn)生的原因和解決辦法進(jìn)行探索。以便于其在生產(chǎn)過程中及時(shí)給以指導(dǎo)，從而杜絕薄膜表面缺陷產(chǎn)生、改善薄膜質(zhì)量，以便進(jìn)一步提高聚酯薄膜的檔次。

1 聚酯薄膜的制備及表征

1．1 聚酯薄膜的制備

聚酯薄膜生產(chǎn)的一般工藝流程為：聚酯→擠出鑄片→縱向拉伸（MDO）／涂布→橫向拉伸（TDO）→牽引收卷→分切→包裝／深加工。

本文所研究的聚酯薄膜為A／B／C三層共擠聚酯薄膜，其具體制備方法為：將一定量的聚酯切片通過氣力輸送、計(jì)量稱重送入相應(yīng)的三臺(tái)擠出機(jī)，在260-290℃熔融擠出。上下表層和中間層熔體經(jīng)T型共擠模頭，熔體借助于施加靜電的方法在旋轉(zhuǎn)的激冷輥上形成多層無定型聚酯鑄片。將得到的聚酯鑄片用加熱至50-130℃的縱向拉伸輥沿長(zhǎng)度方向拉伸4-6倍，得到單軸拉伸PET薄膜，涂布后進(jìn)而用夾子將薄膜的兩邊夾住，送入加熱到80-150℃的縱向拉伸區(qū)域中，橫向拉伸3 -5倍。接著將其導(dǎo)入160-250℃的熱處理區(qū)，熱處理4-24s，進(jìn)行熱定型。最后冷卻至室溫收卷分切包裝，即可獲得雙軸拉伸三層A／B／C結(jié)構(gòu)聚酯薄膜。

1．2表面缺陷表征

利用日本Ver8．20型在線表面缺陷監(jiān)測(cè)儀對(duì)聚酯薄膜在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的表面較大缺陷進(jìn)行監(jiān)測(cè)；采用德國(guó)正交偏光測(cè)試儀對(duì)離線聚酯薄膜表面小缺陷進(jìn)行表征；使用德國(guó)×200倍顯微鏡對(duì)薄膜缺陷形態(tài)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

2 典型薄膜表面瑕疵及原因分析

聚酯薄膜表面缺陷特征不同，主要有油污或水漬、晶點(diǎn)、暗點(diǎn)或氣泡點(diǎn)、劃傷、粉塵或碎屑、菱形孔洞六大類，其中晶點(diǎn)主要分為糊料、未熔料和凝膠粒子。下面就其缺陷的特征、產(chǎn)生原因及解決辦法進(jìn)行分析研究。

2．1 油污

油污在成品膜上往往很難察覺出來，一般可通過聚酯薄膜生產(chǎn)中使用的在線缺陷監(jiān)測(cè)設(shè)備檢出。圖1為采用在線缺陷監(jiān)測(cè)設(shè)備拍攝到的聚酯薄膜表面油污照片，從圖1（a）、（b）、（c）可以看出，聚酯薄膜表面的油污呈單點(diǎn)狀或串狀，有些會(huì)出現(xiàn)“油印”鋪展現(xiàn)象。產(chǎn)生這一缺陷的主要原因是拉伸機(jī)鏈夾上的潤(rùn)滑油存在集聚現(xiàn)象，鏈夾在生產(chǎn)中高速運(yùn)行時(shí)由于離心力作用，油滴被甩出到薄膜上引起。其主要解決方法為：對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理維護(hù)和保養(yǎng)時(shí)，關(guān)鍵部位的潤(rùn)滑一定要根據(jù)要求使用特定型號(hào)和特定量的潤(rùn)滑油。必要時(shí)在TDO入口和MDO出口増加無紡布，減少油霧飛濺，污染薄膜。最后，對(duì)TDO漏油、集油部位定期清理，有必要時(shí)對(duì)摔油部位進(jìn)行工藝調(diào)整及設(shè)備改造。

圖1 聚酯薄膜表面油污在線監(jiān)測(cè)圖

2．2 晶點(diǎn)

晶點(diǎn)外觀為瓷白或微黃的小點(diǎn)，目前劃分比較混亂，但基本都?xì)w屬于小雜質(zhì)異物類別，根據(jù)長(zhǎng)期觀察，聚酯膜面晶點(diǎn)主要有糊料、凝膠粒子、雜質(zhì)三類組成。這些缺陷產(chǎn)生的原因及解決曾麗平等人［1，2］已進(jìn)行了詳細(xì)闡述，在此不再贅述。

2．3 暗點(diǎn)或氣泡點(diǎn)

暗點(diǎn)在偏光顯微鏡下呈“暗斑”，在顯微鏡下觀察時(shí)，暗斑中心沒有任何物質(zhì)，觀察為“實(shí)心”亮點(diǎn)。

暗點(diǎn)主要與吸附有關(guān)，影響吸附效果的主要因素有如下幾方面：

1）吸附帶或吸附絲材質(zhì)不同，選擇含有鉬的不銹鋼絲。

2）吸附帶或吸附絲存在缺陷或有折，在此位置造成吸附不好。

3）吸附帶或吸附絲張力調(diào)整適當(dāng)。

4）模唇及模腔存在缺陷點(diǎn)，料流波動(dòng)引起吸附不好。

5）急冷輥存在缺陷，缺陷位置造成吸附不好。

6）急冷輥沒清理干凈，造成吸附不好。

在顯微鏡下觀察時(shí)，氣泡點(diǎn)中心沒有任何物質(zhì)，觀察為“空心”亮點(diǎn)，產(chǎn)生來源如下：

1）間歇工藝或半連續(xù)工藝生產(chǎn)時(shí)，由于用氮?dú)饧訅撼隽?，氮?dú)獗粖A帶到樹脂切片中；

2）擠出工藝不當(dāng)可能是：①擠出機(jī)壓縮比偏低，切片堆積密度?。虎谶M(jìn)料段溫度不當(dāng)，有“抱螺桿”情況；③切片未壓緊便進(jìn)入熔融段，有空氣混入；④切片含水過高。樹脂分解可能是：①工藝溫度過高，且有空氣混入；②樹脂熱穩(wěn)定性不好。

其解決方法為：結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，根據(jù)原料實(shí)際情況，及時(shí)調(diào)整原料熔融擠出溫度，選擇原料穩(wěn)定的廠家，加強(qiáng)原料檢驗(yàn)，選擇熱穩(wěn)定性好的樹脂切片。

2．4 劃傷

圖2 聚酯薄膜表面劃傷在線監(jiān)測(cè)圖

圖2是聚酯薄膜表面劃傷在線監(jiān)測(cè)照片。從圖2（a）、（b）可以看出，薄膜表面的劃傷呈線狀，在生產(chǎn)中很容易辨別。但引起劃傷的原因很多，如何在短時(shí)間內(nèi)找到劃傷產(chǎn)生的原因一直是聚酯薄膜行業(yè)的技術(shù)難題，尤其是薄膜厚度超過30μm時(shí)，劃傷很容易產(chǎn)生。劃傷的表象主要有MDO劃傷、TDO邊膜劃傷、牽引劃傷、分切劃傷。引起劃傷的主要原因有：①薄膜的速度與輥的速度不一致所致［3］。由于膜速／輥速≠1，使膜在輥表面滑移，構(gòu)成摩擦，若輥表面上有凸起的點(diǎn)，或被揮發(fā)物污染，劃傷膜面；②TDO內(nèi)風(fēng)量不均，引起膜幅擺動(dòng)，遇到TDO中未及時(shí)清理的的邊膜，引起劃傷；③薄膜生產(chǎn)時(shí)其中添加的無機(jī)母料粒子，分散不均聚集或與聚酯基料相容性不佳時(shí)，在后續(xù)生產(chǎn)中會(huì)因膜面與設(shè)備的摩擦而脫落，對(duì)薄膜表面造成劃傷。其解決方法為：①定期檢查與薄膜運(yùn)行中接觸的各輥，消除輥表面疵點(diǎn)，調(diào)整速比；②定期清理TDO邊膜，定期檢查TDO風(fēng)量的均一性；③選用添加劑母料時(shí)，控制添加劑粒徑大小、分散均勻性及其與聚酯基料的相容性。

2．5 粉塵和碎屑

在檢品機(jī)上觀察的現(xiàn)象是類似散落的雪花，俗稱“雪花狀”缺陷，如圖3所示。

圖3 聚酯薄膜表面碎屑在線監(jiān)測(cè)圖

原因分析：“雪花狀”是TDO內(nèi)低聚物碰到或黏到薄膜表面所致。通常是位置不固定，形狀多相似，肉眼看不見，在顯微鏡下觀察為白色半透明雪花狀碎屑或帶有油污的雪花狀低聚物。

低聚物的污染源有兩個(gè)：

（1）模頭上積累的低聚物，由于時(shí)間太長(zhǎng)不清理，風(fēng)壓或溫度的變化在正常生產(chǎn)中落在鑄片上，形成白色的較大的斑點(diǎn)，由于熔體與低聚物粘得很牢，所以在后續(xù)加工中也很難脫落，帶到產(chǎn)品膜中，使客戶無法使用，造成客戶的投訴。

（2）在TDO的預(yù)熱、冷卻段，溫度梯度變化大，大量低聚物從聚酯薄膜表面析出，通過TDO內(nèi)部的風(fēng)循環(huán)，迅速凝聚在冷卻段的管道、風(fēng)箱內(nèi)外壁上以及冷卻段保溫鐵皮內(nèi)壁上，如果累積的較多，在風(fēng)壓波動(dòng)或溫度變化時(shí)低聚物會(huì)從上述位置剝離，落在薄膜的表面，輕則影響薄膜透明度增加，重則污染薄膜在后序加工中油墨印刷和鍍鋁的附著力。

（3）碎屑主要是由于薄膜在橫向拉伸過程中，一是鏈夾與薄膜之間出現(xiàn)橫向方向的滑移，二是鏈夾有缺陷或是齒形鏈夾，三是鏈夾沒有定期清理。

解決方法：選擇舌型鏈鋏，合理調(diào)整相鄰各區(qū)鏈軌相對(duì)位置，定期清理TDO內(nèi)鏈鋏及其表面碎屑和冷卻段低聚物，定期更換TDO內(nèi)過濾網(wǎng)，定期清理TDO出入口粉塵，在TDO冷卻段增加鉑金觸媒等手段來提高TDO內(nèi)潔凈度，與此同時(shí)提高車間進(jìn)風(fēng)潔凈度，改善生產(chǎn)場(chǎng)地的凈化等級(jí)等措施來減少污染物。與此同時(shí)提高樹脂熱穩(wěn)定性，減少升華物的生成，對(duì)升華物及時(shí)排除。目前生產(chǎn)高檔產(chǎn)品尤其干膜、離型膜、窗貼膜、光學(xué)膜等比較流行的方式是引進(jìn)薄膜在線除塵系統(tǒng)，一般在在TDO出口、牽引入口第一支輥?zhàn)由习惭b薄膜在線除塵系統(tǒng)設(shè)備，能把膜面90%以上的低聚物及浮沉及時(shí)清理干凈，提高膜面潔凈度，提高聚酯基膜的質(zhì)量。

2．6 菱形孔洞

肉眼看就是一個(gè)等長(zhǎng)的四邊形大小的一個(gè)空洞，這種空洞的尺寸一般在1-4mm，細(xì)看發(fā)現(xiàn)空洞邊沿?zé)o雜質(zhì)，且其中一個(gè)對(duì)角線上有拉伸的痕跡，俗稱菱形孔，這種現(xiàn)象比較少見，一般出現(xiàn)在新設(shè)備剛開機(jī)的過程中。菱形空的出現(xiàn)原因比較復(fù)雜，一般情況下，菱形孔一般出現(xiàn)在產(chǎn)20um以上的聚酯薄膜中，較薄的應(yīng)該會(huì)頻繁破膜成不了膜，這種菱形孔的出現(xiàn)主要出現(xiàn)在縱拉和橫拉拉伸比相近的工藝條件下，由于擠出機(jī)、熔體管線、急冷輥表面等新設(shè)備存在油污、銹跡等混合雜質(zhì)，造成熔體在形成鑄片吸附過程中局部冷卻不足所致。出現(xiàn)這種情況的解決辦法是：在擠出熔融設(shè)備使用安裝前，擠出機(jī)及管線內(nèi)壁油污、鐵屑徹底清理干凈；新過濾器要在三甘醇蒸煮爐里清洗一遍再用；急冷輥在使用前用弱酸性洗衣粉等把冷輥表面油污清洗掉，再用清水清洗干凈。

3 結(jié)論

光學(xué)聚酯薄膜不允許上述典型瑕疵缺陷存在，對(duì)我們聚酯光學(xué)膜加工企業(yè)的生產(chǎn)細(xì)節(jié)控制水平提出了很高的要求，但國(guó)內(nèi)能夠產(chǎn)出類似光學(xué)用途的聚酯薄膜產(chǎn)品還比較困難，歸根揭底就是上述缺陷問題得不到有效解決，為此我們的產(chǎn)品質(zhì)量就無法得到保證，薄膜缺陷污染源的產(chǎn)生及發(fā)現(xiàn)、清潔處理，是一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)的系統(tǒng)工作，聚酯薄膜企業(yè)要想擺脫此困境，必須深挖設(shè)備和技術(shù)潛力，嚴(yán)控生產(chǎn)細(xì)節(jié)管理，切實(shí)提高產(chǎn)品檔次，打造中國(guó)企業(yè)特色的光學(xué)聚酯薄膜品牌。

［1］曾麗平．雙向拉伸聚酯薄膜表面缺陷的研究［J］．聚酯工業(yè)，2012，25（4）：41-44．

［2］楊始堃．聚酯薄膜（BOPET）品質(zhì)問題分析（二）［J］．聚酯工業(yè)，2007，20（3）：60-61．

［3］趙玉斌．BOPET薄膜生產(chǎn)工藝及常見疵病分析［J］．工程塑料應(yīng)用，2008，36（7）：36-39．

Study of typical surface defects of optical polyester film

Guo Shen Zeng Liping

Typical surface Defects of optical Polyester Film were characterized by film surface defect tester on-line．The reasons of the defects of polyester film defect during the production processwere analysed，and the improvementmeasureswere put forward．

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