雙軸拉伸

雙軸拉伸（biaxial drawing），又稱雙軸取向拉伸，是拉幅塑料薄膜的生產方法之一。物體受到兩個軸向外力的作用的一種拉伸形式。這兩個軸向通常是相互垂直的。兩個軸向上的拉伸可以是同時的也可以是先後進行的。

塑料薄膜按縱橫兩個不同方向進行平而內的互相垂直拉伸。此時材料分子沿縱、橫兩個方向取向。雙軸拉伸可分逐次拉伸和雙向同時拉伸。雙軸拉伸薄膜縱向和橫向的強度差別小。一般在材料的玻璃化轉變溫度以上和熔點以下進行。

雙軸拉伸薄膜是指聚合物薄片（中間產品）經縱橫兩向拉伸的薄膜。雙軸拉伸薄膜生產的方法有管狀吹塑法和乎片拉幅法。管狀吹塑法是將擠出的管膜，在縱橫方向上同時吹脹拉伸，吹脹方式分靜壓和動壓兩種。靜壓操作是指管內壓力由靜止的空氣形成，只要維持管膜內一定的空氣量，就能保證管膜的穩定，達到穩定的縱橫向拉伸。動壓操作是指內部芯軸與管膜間的流動氣體壓力差使管膜達到拉伸的。嚴片拉幅法主要有片材製造和其拉伸兩個工序，因實施的工藝途徑不同，可分為縱橫向同時拉仲和先縱向後橫向及先橫向後縱向拉伸等方式。兩種雙軸拉伸薄膜生產方法的比較見下表。

經雙軸拉伸的薄膜，由於分子的定向，物理力學性能得到顯著改善，例如PA-6，未拉伸的和經雙軸拉伸的薄膜在性能上就有很大的差異。

隨著高分子成型工藝技術的發展，雙軸拉伸薄膜的生產正向高速、寬幅、厚度薄型化方向迅速發展。以聚酯和聚丙烯拉伸薄膜生產為例：聚酯膜的最大寬度已達3.5m以上，厚度已低至1.5μm；厚度3.5～254μm，幅寬高達6.6m的聚丙烯薄膜生產線，最高車速已達325m/min。

（1）工藝流程 平片法拉伸薄膜生產工藝流程如圖所示。

（2）平片雙軸拉伸原理 對於非結晶高聚物：聚合物在擠出機中融熔成粘流態，經扁平口模擠出製片，薄片冷卻至玻璃化轉變溫度（T）以上並保溫，隨即進行拉伸、拉幅與冷卻，即製得雙軸定向的薄膜（例如拉幅法聚苯乙烯雙軸定向薄膜）。對於結晶高聚物，聚合物在擠出機中熔融，塑化，經扁平口模擠成薄片並迅速冷卻，如可能應冷至材料的（T）下，以確保片材具有最低的結晶度，將這種近似無定型的薄片再次加熱至T以上預熱，拉伸、拉幅、熱定型、冷卻（不熱定型即製得可收縮薄膜）。熱定型可使拉伸薄膜的內應力均勻釋放，並增大結晶度，這就是薄膜在高於T下使用時不發生明顯收縮，尺寸穩定性好，使用溫度範圍擴大的原因。熱定型溫度的選擇通常總是高於拉伸溫度而低於結晶聚合物的熔點（T）。當定型溫度太低時，由於大分子結晶生長太慢，應力釋放不好（鬆弛不好），使最終產品收縮性變大，尺寸穩定性較差。定型溫度過高，又因晶核形成太慢，大分子解定向嚴重，薄膜變脆、性能下降。此外，熱定型溫度的選擇還與製品厚度、拉幅設備的結構、工藝操作等有關。通常總是以選擇在高聚物的最大結晶速率溫度或稍高為宜，並視對最終產品的結晶度與性能要求而定。

高聚物拉伸定向的一般規律可歸結如下：

1）拉伸速度與拉伸倍數一定時，拉伸溫度超過材料的玻璃化轉變溫度（T）越低，定向作用越大。

2）拉伸溫度與拉伸速度一定時，拉伸倍數越大，定向作用越大。

3）拉伸溫度與拉伸倍數一定時，拉伸速度越大，定向作用越大。

4）任何拉伸條件下，冷卻速度越快，定向度越大。

為了測定帶原始裂紋的試樣在雙軸拉伸時的強度，採用球冠形試樣。這種試樣是用平面坯料通過深沖而成。在球冠的極上制一穿透的裂縫（寬為0.3毫米，長度通常為球冠的0.1），裂縫的方向一般沿著纖維方向。沿裂縫的端頭用內壓反覆載入的方法開一個2毫米長的裂紋。在試驗過程中，記錄加到試樣上的壓力值（p）和試樣曲率的變化（Δh），帶裂紋試樣的強度σ可按下式確定：

σ=pR/2t

式中 p——加到試樣上的最大壓力；

R一一一球冠的半徑；

t——球冠的極的原始厚度（試驗前）。

高分子薄膜雙軸拉伸的重要因素，首先是化學結構、分子量、分子量分佈、支鏈情況、立體規整性、取向性，結晶性等分子特性，此外，各種脂樹固有的熱性質、動態粘彈性行為、結晶速率、分子間力以及伴隨雙軸拉伸的分子取向、結晶取向行為等也是重要因素。特別是從熔融態冷卻固化時生成的球晶，其大小以及與之相關的變形特性和破壞機理均為重要因素。作為雙軸拉伸條件，拉伸溫度和拉伸速度的設計是重要的。拉伸溫度範圍的設計應該是，在拉伸過程中保持適當的分子間力，而且使分子鏈節的微布朗運動儘可能充分，使摺疊分子鏈解纏。或者產生滑動伸展。拉伸速度的設計應考慮到，在拉伸過程中相應韻分子取向、加熱影響的應力鬆弛速率和結晶速率等時間性因素，以及在高速拉伸時產生的內部摩擦熱等。以上即為雙軸拉伸條件的基本考察要點。它們對於無定形高分子在延伸過程中，抗拉力和收縮力的平衡，對於結晶形高分子的結晶，結晶部分溶解的行為、結晶逆轉和破壞等現象的對應關係是重要的。