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     雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜具有高光澤、高挺度、阻氣性好、抗沖強(qiáng)度高等特點(diǎn)，是一種性能優(yōu)良的高透明包裝材料。從80年代后期開(kāi)始至今，BOPP薄膜在食品、飲料、香煙、服裝等行業(yè)的包裝上得到廣泛應(yīng)用。   在BOPP生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)合理控制材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步優(yōu)化薄膜的物理力學(xué)性能。在BOPP生產(chǎn)過(guò)程中，結(jié)晶和取向等聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的控制在調(diào)整薄膜物理機(jī)械性能方面得到了廣泛應(yīng)用。聚丙烯的結(jié)晶和取向   高分子聚合物的結(jié)晶形態(tài)和取向形態(tài)都是高分子鏈的有序化形態(tài)，但它們的有序程度不同。取向是分子鏈(高分子鏈、鏈段或微晶)在外力作用下，分子鏈作一維或二維方向有序化排列；結(jié)晶是三維有序化的過(guò)程，它是最規(guī)整的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。    1．聚丙烯結(jié)晶的形態(tài)和結(jié)構(gòu)   等規(guī)聚丙烯是一種典型的結(jié)晶性高聚物，全同立構(gòu)聚丙烯的晶體為單斜晶，其交角為99．6°，在晶胞中分子鏈成H3r螺旋。間同結(jié)構(gòu)的聚丙烯為正交晶系，晶胞中分子鏈呈H41螺旋結(jié)構(gòu)。等規(guī)聚丙烯的熔點(diǎn)達(dá)200℃。完整晶體的熔融焓△Hu為5．80kJ／mol，熔融熵厶Su為12．1J／(℃?mol)。但是，由于通常的聚丙烯結(jié)晶體不是完全結(jié)晶的，因此實(shí)際使用的聚丙烯熔點(diǎn)為170℃左右。   通常從熔體在非外力應(yīng)力場(chǎng)下自然冷卻的聚丙烯是不能得到單晶結(jié)構(gòu)的，只能得到球晶結(jié)構(gòu)。通過(guò)高倍數(shù)的透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡以及小角X射線衍射儀、中子衍射儀等先進(jìn)儀器的應(yīng)用，目前公認(rèn)的高聚物在無(wú)外力場(chǎng)下，結(jié)晶的單晶為由折疊鏈片狀晶體形成的聚集體。球晶是高聚物結(jié)晶的一種常見(jiàn)的特征形態(tài)，球晶是一種多晶體，通過(guò)在偏振光顯微鏡下觀察球晶的生長(zhǎng)過(guò)程，認(rèn)為球晶是由一個(gè)晶核開(kāi)始的，以相同的生產(chǎn)速率同時(shí)向空間各個(gè)方向放射生長(zhǎng)形成的。在電鏡下可以看到周期性的消光環(huán)，這是由于片晶以一定的周期協(xié)同扭轉(zhuǎn)所致。   PP熔體經(jīng)過(guò)模頭后進(jìn)入鑄片工序經(jīng)過(guò)激冷輥和水浴冷卻，形成的是典型的球晶晶體，其尺寸數(shù)量級(jí)在微米和毫米之間。這時(shí)生成的球晶的大小和形態(tài)及結(jié)晶度的大小與結(jié)晶條件和環(huán)境有關(guān)。PP熔體在被擠出口模時(shí)，在拉伸力、剪切應(yīng)力的作用下，高分子鏈沿流動(dòng)方向伸展取向，這有利于高分子進(jìn)行結(jié)晶；同時(shí)熔體擠出時(shí)由于溫度很高，分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈，也存在強(qiáng)烈解取向作用，削弱了流動(dòng)取向?qū)Y(jié)晶的影響。在激冷輥速度一定的情況下，水浴系統(tǒng)降溫速度的快慢直接影響到晶體的大小和形態(tài)，緩慢降溫形成較大尺寸的球晶微粒，其強(qiáng)度和熔點(diǎn)較高，不利于后續(xù)拉伸。降溫迅速形成微小的晶體，結(jié)晶體的缺陷較多，只能達(dá)到較低級(jí)的結(jié)晶階段，為縱向拉伸和橫向拉伸提供了寬松的成膜條件。   還可以加人成核劑來(lái)改變此時(shí)球晶結(jié)晶度和結(jié)晶形態(tài)結(jié)構(gòu)。外加成核劑可以控制球晶顆粒的大小，使球晶平均直徑隨降溫速率變化不大，均可得到小的球晶。   2．聚丙烯的取向形態(tài)   由于高聚物分子鏈長(zhǎng)度與徑向?qū)挾冗@種特定結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，使得它們可以在外力的作用下沿著特定方向優(yōu)先作類似平行排列，也就是取向。高分子的分子鏈有分子鏈、鏈段等運(yùn)動(dòng)單元，其結(jié)晶體中又有晶片、晶帶等多種形態(tài)結(jié)構(gòu)，因此高分子取向也就包含著上述單元的取向。取向前高分子材料是各項(xiàng)同性的，取向后則呈現(xiàn)各項(xiàng)異性。按取向方向不同，可以分為單軸取向和雙軸取向。   2．1聚丙烯的取向機(jī)理   聚丙烯的取向由兩種運(yùn)動(dòng)單元分子鏈和鏈段進(jìn)行，哪一個(gè)發(fā)生取向和取向程度的大小取決于聚丙烯的物理狀態(tài)和拉伸工藝。在熔體擠出模頭時(shí)，在拉伸和剪切應(yīng)力作用下，發(fā)生的是分子鏈的取向。在縱拉和橫拉時(shí)，由于是在高彈態(tài)區(qū)域?qū)P進(jìn)行拉伸，發(fā)生的主要是鏈段取向，顯然分子鏈的取向也是通過(guò)鏈段協(xié)同運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。   像聚丙烯這種結(jié)晶聚合物的取向比較復(fù)雜，除了非晶區(qū)中發(fā)生的鏈段和大分子鏈取向外，還可能發(fā)生晶粒取向。一般而言，雙向拉伸過(guò)程中的取向?qū)嵸|(zhì)上是球晶的形變過(guò)程。在彈性形變階段，球晶被拉成橢球形，再繼續(xù)拉伸到不可逆形變階段，球晶變成帶狀結(jié)構(gòu)。在球晶形變過(guò)程中，形成了新的結(jié)晶結(jié)構(gòu)被稱為微絲結(jié)構(gòu)，也存在使原有的折疊鏈片晶部分轉(zhuǎn)變成了伸直鏈晶體。   2．2取向過(guò)程的熱力學(xué)表征   聚丙烯的取向過(guò)程也是結(jié)晶過(guò)程，影響這一過(guò)程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)主要有溫度、拉伸力，拉伸力使用時(shí)間及內(nèi)部活化能等，而這些因素的內(nèi)在聯(lián)系是熱力學(xué)的基本參數(shù)。拉伸取向過(guò)程中形變的本質(zhì)是熱力學(xué)第一定律、第二定律起決定作用。(待續(xù))