薄膜縱向拉伸技術——MDO技術

本文介紹薄膜縱向拉伸技術的原理、工藝過程與參數設定及其對薄膜性能的影響以及縱向拉伸裝置的生產及應用狀況。

MDO(Machine Direction Orientation)是薄膜機器方向拉伸的英文縮寫，即縱向拉伸。一般來說，MDO工藝是在一定溫度和拉伸比下對吹塑薄膜或者是流延薄膜生產線生產的薄膜進行拉伸，然后對其進行熱處理，之后將其再冷卻至室溫。這一過程既可以在線進行，也可以離線操作。

沿機器方向拉伸薄膜能夠提高薄膜的性能——不是一點點的提高，而是大幅度提高。對吹塑薄膜和流延薄膜進行機器方向拉伸，不論是離線還是擠出時在線拉伸，都能提高薄膜的阻透性、剛度、平整度、拉伸強度和開孔性。此外，MDO薄膜的平整度高，在后續加工時運行速度更快，產量更高。

獨立使用的MDO裝置從上世紀60年代就用于生產新型薄膜產品，如PET膜帶、PVC食品包裝、發泡的PP膜帶以及編織袋用的HDPE扁絲等。上世紀90年代，MDO的應用薄膜達到了其頂峰，主要用作尿布襯的透氣性衛生薄膜、自粘性標簽和合成紙。

但是，既然MDO薄膜有如此之多的優點和應用，為什么市場上沒有大量的MDO薄膜呢?這是因為，除了一些相對簡單的產品如單層拉伸薄膜外，大多數MDO薄膜都很難得到性能適宜的薄膜。如，MDO雖然能提高PA和EVOH薄膜的阻透性能，但會使其變脆。此外，工藝控制難度相對較大，如預熱程度、拉伸倍數、退火條件等，都需要經過試驗研究，才能確定**的工藝條件。

進入21世紀以來，新設備的出現使MDO技術變得容易實現了。在K2004、NPE2006和K2007上及一些重要的國際會議上都有一些設備制造商在展示其MDO技術，現作一介紹，以期該技術能夠為國內塑料薄膜加工廠商采用，提高薄膜質量；同時更希望國內的塑料機械制造商能開發出自主知識產權的MDO技術，促進國內塑料加工業的發展。

1　拉伸原理與拉伸過程及工藝控制

1．1拉伸原理及拉伸過程

現根據某公司的(MDO裝置(圖1)闡述MDO拉伸原理與過程控制參數及各區特點，但不同公司的產品可能會有不同。

薄膜經導膜輥導入后，首先進入加熱區。在加熱區，將薄膜升至適宜的溫度，每個輥都單獨控制，而且輥表面鍍鉻，輥徑可達400mm，接觸面積大，有利于傳熱。

此外，油熱輥內設雙壁螺旋流道，輥表面溫度均勻。每個輥都單獨進行溫度設定，單獨進行溫度調控；速比也是每個輥單獨設定，單獨調控；在第1個加熱輥上有機硅樹脂涂覆的壓輥氣動回縮。

薄膜經過加熱區后進入拉伸區，在拉伸區，對薄膜進行拉伸誘發取向，拉伸原理如圖4所示。特點如下：無傳動拉伸比最高可達1：10；拉伸長度可調(驅動可選)；每個輥都單獨驅動；輥表面鍍鉻，防止出現痕記；接觸面積大，傳熱效果好；油熱輥(直徑250lIlm)為螺旋雙壁流道設計，表面溫度均勻；每個輥都單獨進行溫度設定，單獨進行溫度調控；每個拉伸輥上都有有機硅樹脂涂覆的壓輥防止打滑，氣動回縮。

經過拉伸區后，薄膜進入熱處理區。在熱處理區，將薄膜在拉伸過程中誘發的取向保持住。該區的特點是：每個輥都單獨驅動；輥表面鍍鉻；接觸面積大，傳熱好；油熱輥為螺旋雙壁流道設計，表面溫度控制均勻；每個輥的速比設定保證可進行單獨的工藝調整。每個冷卻輥上都有有機硅樹脂涂覆的壓輥防止打滑，氣動回縮。

經過熱處理后，薄膜進入冷卻區。在冷卻區，將薄膜冷卻至室溫。特點如下：每個輥都單獨驅動；輥表面鍍鉻；輥直徑大，接觸面積大，傳熱好；輥水冷，螺旋雙壁流道，表面溫度控制均勻；每個輥的溫度都單獨設定，單獨進行工藝調控。

1．2工藝參數控制

MDO裝置的參數很多，包括預熱輥的數量和溫度(2—12個，甚至更多)；輥加熱的形式(水熱、油熱、電熱)；S形纏繞拉伸輥的大小(**300mm)；薄膜拉伸的倍數(1。3，甚至更高)；退火溫度和時間；冷卻輥的溫度和數量等。

預熱輥的數量不僅取決于所希望的拉伸倍數，還取決于薄膜所用樹脂和設定的產率一輥越多，產量越高。盡管預熱輥直徑可以大至750mm，但常用的一般為300mm、450mm和600mm。可以將薄膜拉伸一次或多次，間歇加熱或冷卻，達到不同的效果。拉伸既可以在加熱狀態下進行，也可以在冷卻狀態下進行。

拉伸比較直接。快拉輥以快于慢拉輥規定倍數的速度轉動，在快拉輥與慢拉輥之間對薄膜進行拉伸。必須通過實驗研究確定合適的溫度和拉伸比。

典型的小間隙拉伸距離小于2．5mm，大間隙拉伸距離在5～50mm，甚至更大，還有“零間隙”拉伸和“壓縮輥”拉伸等。間隙越小，薄膜頸縮越輕。一般來說，頸縮會使薄膜縮幅5％～20％。此外，頸縮還會降低薄膜的透氣性，而這一性能對衛生性薄膜非常重要。

退火是最難控制的工藝，因為通過退火輥的加速或減速可以對薄膜進行拉伸或收縮。速度或溫度的任何變化都會使所生產的薄膜性能發生變化。

2 MDO技術對薄膜性能的影響

　經過MDO拉伸后，隨著剛性的提高，薄膜的光學性能得以改善，與未經過拉伸的薄膜相比，拉伸后薄膜的撕裂強度和模量都有很大程度提·高。圖9表明，隨著拉伸比的增大，薄膜的阻透性能提高。

共擠膜時，在薄膜總厚度不變的條件下，達到薄膜阻透要求所用的EVOH層和pA層的厚度可減少一半，因此成本大大降低；同時薄膜的透明性和剛性都得以提高。

3 MDO薄膜的應用領域

MDO薄膜性能優異，應用領域十分廣泛，如立包裝，扭結包裝，如糖果等包裝；谷物等包裝；冷凍食品包裝；阻透包裝；重包裝袋等。

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