这篇文章主要探讨薄膜质量问题。这些问题有的能直观观察到，有的需要仪器检测。关于薄膜外观检测，一个比较好的方法是当发现问题时把膜样保留下来并做记录，给后来人学习训练的机会。比如说，公司质检部门要保留记录本，里面包含各种缺陷膜样，像晶点，流道线和熔体破裂等。对于薄膜性能测试可以做好标准产品性能测试记录，后面的抽检结果只需要跟标准数值对比就可以了。

熔体破裂指外观上薄膜表面粗糙缺陷。有些形象的称谓比如橘子皮鲨鱼皮。熔体破裂也可以是薄膜上的波纹状线条。大多数研究成果都认为熔体破裂的根源在于熔体经过模口时承受了过大的剪切应力。因此，减少剪切应力可以减少或消除熔体破裂缺陷。

剪切应力是熔体黏度和剪切速率的产物。所以，加工过程中任何降低黏度和剪切速率的途径都是解决熔体破裂的方法。最简单的就是提高熔体温度，从而降低了熔体黏度，那么熔体流过模头时受剪切应力就会降低。通常来讲，提高模头温度就是最好的措施。另一个解决方案是在配方中加入润滑剂。润滑剂作用机理主要是两方面，一方面是降低聚合物流动的内部阻力，也就是降低黏度；另一方面是在模头流道表面形成低分子量的润滑膜，使得高分子熔体不与流道粘黏。

通过降低剪切速率来消除熔体破裂有两种方法，但是都不容易实现。第一个方法是增大口模间隙。这样一来，就需要提高牵引速度才能与原来达到一样的薄膜厚度和膜泡直径。另一个方法是降低螺杆转速从而降低产量。这与高产量的目标不符。

几乎可以说，对于操作人员最重要的一个要求就是开出符合厚薄均匀性要求的薄膜产品来。吹膜设备的许多设计和配置都是致力于生产符合厚薄均匀性要求的薄膜并在整个生产过程中保持一致。厚薄偏差过大可以导致制品质量不过关，下游设备运转不良和大量的薄膜废料。当然，大的厚薄偏差明显降低薄膜利润，因为为了保障机械性能，不得不做更厚的薄膜。

厚薄偏差可以分为随时间变化或随位置变化两种。对于随时间变化的情况，厚薄偏差主要发生在纵向上，主要起因是挤出波动。另外，温度波动也可以导致挤出量长周期变化，从而导致薄膜纵向厚薄偏差。每隔几个小时记录一次熔体温度可以监控这个现象。

最后，膜泡不稳定也能导致纵向厚薄偏差。膜泡不稳定的现象是指膜泡形状随着时间而变化。其现象可以是膜泡直径或霜线高度的周期性变化，或者膜泡的随机运动，可以称为“蛇行”。这些形状的变化直接影响了霜线一下熔体的拉伸，也就是影响了厚薄。有些情况下，霜线过高时，加大风量或降低冷却风温度可以使膜泡稳定下来。另外有些情况，尤其是风环出口与膜泡非常接近的时候，降低冷却效率或者提高挤出量可以使膜泡稳定下来。

Waller有篇文章“Whatto Do When the Bubble Won’t Behave”总体介绍了膜泡不稳定状况。

图一：作者定义膜泡不稳定表现的7种不同类型

“拉伸共振”表现为膜泡直径持续不断的变化。就跟其它加工工艺一样，比如板材挤出，拉伸共振现象是因为熔体拉伸过快，也就是牵伸比过大。解决方法是降低牵伸比，比如提高螺杆转速。

“螺旋状膜泡”或者叫蛇形膜泡是指膜泡有一个凸起从风环处出现随着牵伸向上做圆周旋转运动。这种情况是霜线过低不允许冷却风溢出的结果。提高霜线高度，比如提高挤出量就可以解决问题。

“霜线震荡”指膜泡最先达到最大直径的位置高度上下移动的现象。产生的原因有几个，比如挤出波动和膜泡周围环境变化，气流变化。挤出波动，如上文所述，可以通过改善喂料系统和熔融过程使之稳定下来。

“膜泡下坐”指膜泡出口模后迅速膨胀在很短的高度范围内达到最大直径。这是由于冷却不足或者其它原因造成了霜线过低。

“膜泡断裂”指拉伸速率过高导致膜泡在口模位置断裂的情况。薄膜被牵引过快或者冷却过快时，撕裂现象就有可能出现。比较好的处理方式包括提高口模温度并降低牵伸比。

“膜泡震动”是由于霜线过低，导致风环出风出现剧烈湍流造成的。解决办法是提高霜线高度，比如降低风机转速。

“膜泡喘动”源于膜泡内部气体容积周期性增减。主要成因来自内部冷却系统。因为膜泡内冷系统使膜泡内部空气与外界空气进行持续交换。解决办法是检查内冷系统的各个阀门，风机和传感器。

为了处理膜泡各种不稳定的情况，Jung和Hyun建立了吹膜膜泡形状描述的数学模型。他们最有趣的结论可以说是“稳态多重性”。简单介绍一下，就是一个工艺参数的改变，比如吹胀比，可以使膜泡从稳态变为非稳态，反之亦然。他们做过实验，在膜泡不稳定的情况下提高冷却效率使之稳定下来。但随着冷却效率提高超过某一临界点，膜泡又进入另一个不稳定状态。

位置依赖的厚度偏差是指膜泡横向不同位置薄膜厚度不均匀。这种情况有可能是膜泡不稳定造成的，但更多的是来自于不同心的模头，不均匀的冷却，不均匀的口模温度和不均匀的出口熔体速度。不同心的模头是指形成膜泡外表面的模头外圈零件与形成膜泡内表面的模头内圈零件之间同心度差。这表示出口间隙不均匀，熔体出口有大有小。在一定时间内，由于大的出口阻力小有更多熔体流出。因此，最终膜卷在对应于大开口的位置处较厚，而在对应于小开口的位置处较薄。

所有的模头都带有调中装置。开机调试之前，都必须要将模头口模调好同心度。但是开机过程中仍然需要有细微调整。一个完全调好同心的模头可以形成一个完全中心对称的膜泡。这种情况当然也会其它工艺有要求，比如冷却空气速度在膜泡四周也要均匀。

有趣的是，在生产实践中对于不同心模头中大出口间隙处是对应膜卷厚还是薄的地方人们仍有困惑。图2是不同心模头，挤出机在12点方向，大间隙在3点钟方向。该模头口模间隙平均0.04英寸，此时安装按大间隙0.06英寸，小间隙0.02间隙。图7.2下部是该模头吹起膜泡时的情况，右侧大间隙对应的膜泡有鼓起现象。此处熔体更多有更多热量，薄膜在固化之前将受到比对面更大的拉伸。最终薄膜厚度测试显示大口模间隙对应的薄膜位置比另一面厚两倍，0.003英寸跟0.0015英寸。

图2：所示为不同心模头开机膜泡形态

图片来源：理性派报告

膜泡底部冷却不均匀也会导致薄膜横向厚薄偏差。膜泡某一角度的冷却量超过平均冷却量，此处熔体快速固化，以致于没有充分拉伸，此处膜厚较厚。这种现象来源于几个因素。风管管路风阻不同或者某些管路靠近热源被加热都会导致冷却不均匀。另外，风环内部风道也要确保圆周上各处风量一致。有些自动控制风环可以通过调整圆周上各点风量或者风温来确保薄膜厚薄均匀性。

最后一个影响薄膜厚薄均匀性的因素是熔体出口速度不均匀。如果熔体出口模速度低于平均速度，则对应点上薄膜厚度较薄。这是由于牵引速度在圆周上是均等的。有些模具设计较不合理，尤其是老式的，无法做到熔体在圆周上出料均匀。另外，有的模头出口滞料，也会导致薄膜厚度不均匀。

线缺陷可以在机器运行时在膜泡上呈纵向分布。流道线是个大问题，有损薄膜外观，降低了光学性能比如光泽度和透明度，也降低了物理性能比如撕裂强度。流道线最常见的成因是模头不干净。随着时间积累，降解的物料会粘附在模头流道上，形成降解焦黑的颗粒。当熔体流经流道时，流线不得不包络这些焦点。此时熔体流被剖开又重新聚合将形成焊接缝，出口模以后形成流道线。按时拆装清洁模具，有利于缓解这个问题。另一个流道线成因是模头流道壁面有刮痕或者表面粗糙，尤其是在口模附近。此时重新抛光可以解决问题。

凝胶，也称鱼眼，是一些小而硬的颗粒被包裹在薄膜里面或者镶嵌在薄膜表面图3。这些颗粒看起来像未熔融的固体颗粒，但也可以由完全熔融的熔体重新生成。（有时候确实有未熔融颗粒被挤出模头。）凝胶的构成是一些降解的超高分子量聚合物，甚至是交联的产物。凝胶的出现主要带来两个问题。首先是外观的缺陷。其次是作为应力集中点导致产品性能不合格。

图3：凝胶

凝胶来源于原材料或者在加工过程中产生。一种情况是原料颗粒在生产过程中已经含有凝胶。但是这种情况非常少见而且可以被迅速修正。新料生产过程中产生凝胶，生产商会第一时间发现并解决问题。

更常见的情况是产品挤出过程中被过度加热导致降解，从而产生凝胶。过高的工艺温度会带来凝胶，更常见的情况是熔体滞留时间过长和剪切过大。聚合物积聚在螺杆或模头流道中，承受高温高压可以是几小时几天甚至更长时间。结果就是降解形成凝胶，随着熔体被挤出。“凝胶潮”（？）就是指很多凝胶同时被挤出的情况。在拆卸和清洁的过程中，常可以发现凝胶出现的位置，比如螺杆上的分离螺棱或者没有圆滑过渡的流道。

挤出机内的过渡剪切，比如开槽机筒部分和剪切混炼元件部分都会产生大量热量进入聚合物导致凝胶产生。这些地方的温度急剧升高，聚合物降解风险大。对于凝胶产生的所有情况，加入抗氧化剂都可以有效缓解。这种添加剂的作用机理是阻止降解的产生和传递。

薄膜制品常常要测试的机械性能包括拉伸强度，撕裂强度和抗冲击强度。前两个需要在纵向和横向上都进行测量。最后一个是双向上同时测量。

影响以上性能的因素有以下几个。最主要的影响因素是生产薄膜的主要原料。聚合物根据分子结构天然的有强度分别。比如尼龙各方面机械性能都比较强，而低密度聚乙烯就相对低的多。但是在薄膜应用中，强度并不是唯一要考虑的因素。总而言之，主原料决定薄膜性能。

其次是配方组成。主原料决定的薄膜的基本性能，而各种添加剂仍能够明显的改变最终制品的性能。有些添加剂，比如抗静电剂对薄膜性能的影响几乎忽略不计，但是大多数添加剂对薄膜机械性能都有明显的改善。增强剂，比如玻纤，可以非常有效的提高薄膜的各种性能，尤其是拉伸强度。弹性体类则提高抗冲击强度。也有一部分添加剂会使薄膜性能恶化，比如二次加工的聚合物物料，随着添加比例增高，之前的热历史导致降解风险大增以及上一次及多次加工的降解残留，都会对新成型的薄膜制品性能造成较大的负面影响。

即使在薄膜产品使用过程中其成分并未有明显变化，也就是说配方组成一致，也会有性能差异的情况。这是因为加工工艺的不同。加工工艺对薄膜性能的最主要影响是薄膜拉伸成型过程中的分子取向程度。如前文提到的薄膜在纵向横向上的拉伸比决定了分子链取向，进而决定了薄膜的性能，比如拉伸强度和抗冲击强度。所以，通过调整薄膜在两个方向上的拉伸程度，可以调整薄膜的各向性能。基本原则是，某一方向上的拉伸程度高，分子取向就高，该方向的拉伸性能越强而撕裂性能越差。当两个方向的分子取向一致，薄膜抗冲击性能最佳。

工艺上还有几个因素对薄膜机械性能有影响。霜线高度，是衡量高分子熔体冷却速率的一个重要标志，对PE之类的结晶形物料的晶相有巨大的影响。（加工过程的拉伸取向也对结晶度和晶相排列有影响。）

结晶区比无定形区更致密、更硬，因此结晶度的大小对拉伸强度和抗冲击性能有很大影响。有意思的是，生产实践中操作师傅只能通过调整霜线高低来调整结晶度。这是因为制品通常有幅宽和厚薄的要求。因此，在口模直径和出口间隙不变的情况下，吹胀比和牵伸比并没有多少调整的空间。但还是有多种方法来调节霜线高度，不同方法对薄膜机械性能有不同的影响：冷却风温和风速可以通过冷水机和鼓风机进行设置；牵引速度和螺杆转速可以同时调节以确保吹胀比恒定；工艺温度设置也可以调整熔体出口模的温度。

影响薄膜机械性能的工艺相关因素还有熔体在挤出机内的滞留时间和模头维护习惯。滞留时间是指熔体在挤出系统内承受高温高压环境的时间长度。它主要与螺杆转速有关，但是取决于螺杆设计，模头设计和模头压力。对于某一螺杆和模头设计，提高螺杆转速时滞留时间缩短，提高模头压力时滞留时间延长。随着平均滞留时间延长，更多熔体产生降解。这导致薄膜机械性能下降。因此，挤出系统的优化应包括使熔体滞留时间最短。

科学合理的进行模头维护可以确保薄膜机械性能。挤出过程常见的情况是随着时间积累熔体粘附在口模流道壁上降解形成硬颗粒。熔体流经颗粒时流线被切割并重新合并，产生流道线。即使薄膜表面没有明显的线条缺陷，这些隐形的流道线仍然是薄膜性能较弱的地方。因为流道线所在的地方应力容易集中，撕裂强度较低。要避免这种情况，最好的办法是定时维护保养模头，把流道壁上粘附的降解物料及时清理干净。

光学性能差的原因可以归为两类：原料和工艺。原料上是配方料不相容以及相分离。不相容情况指外来物质比如尘土，降解颗粒或者水汽进入挤出系统，在薄膜上形成斑点或条纹。相分离指配方料选取不当或者添加剂选用不当。

工艺问题是指流道线，冷却速率过低，熔体破裂和层间界面不稳定。流道线，如前所述，影响恶劣，因为流道线同时降低了薄膜的光学性能和机械性能。冷却速率对高分子结晶度有重要影响。由于结晶度越高薄膜透明度越差，所以通常要求冷却速率较高。熔体破裂影响与流道线类似。薄膜表面缺陷导致薄膜透明度下降。层间界面的缺陷也是一样。

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