关于吹膜挤出你所不知道的那些事儿，如何知道自己薄膜做得好不好~

这篇介绍薄膜各项重要性能。包括机械性能，热学性能，光学性能，物理性能，电性能和流变性能。前5个是指薄膜的重要性能，流变性主要指塑料熔体在挤出机和模头内部的行为特性。获得这些数据以后，生产商可以确保薄膜的正确使用或者塑料的科学挤出。

对于生产商而言，记录他们的原料产品性能和薄膜性能是非常重要的。这些信息对于解决实际生产应用中碰到的问题非常有效。有许多挤出问题与配方组成和原料加工性能有关。如果配方有变动，那么通过原料的基础信息变化就可以提前预知可能出现的问题，从而进行预防。另外，如果薄膜有某些性能缺陷，通过基础数据的对比，可以引导技术人员对工艺进行调整。客户也需要原料供应商提供原料相关的基础数据。

原料与薄膜性能测试可以在工厂进行，使用测试设备或者由供应商提供基础数据。两个来源各有优劣。数据收集最主要要考虑数据的准确性。其次要考虑进行数据测试的成本。

要对不同时间不同地点所得到的数据进行对比，需要确保实验条件一致，具有可比性。所以人们规定了统一的测试方法。这样规定确保了实验条件的一致性。其中一个公开标准来自美国的ASTM。本篇对ASTM进行介绍。

许多时候，操作者，供应商或者他们的客户会自己设计一些测试方法来模拟真实的生产过程。举个例子，做好的袋子装上内容物从一定高度进行坠落实验。这个测试非常直观。类似的测试应用的非常多，可以确保在真实的应用场景和操作条件下产品具有足够的性能。

接下来介绍薄膜各项性能及其测试：

拉伸强度（ASTM D882）

拉伸强度是指薄膜承受载荷的大小。其测量是在一个通用测试设备（如图1）所示上对一个长方形膜样的两端进行匀速拉伸知道膜样断裂。测量所获得的载荷数据进行自动记录。如图2所示，薄膜的测试要使用牵引辊装置对薄膜进行拉伸，而不是像测试厚板一样使用啮合爪。测试膜样常取薄膜的纵向和横向两个方向进行测试。测试时对膜样的整个拉伸过程都有受力传感器进行受力记录。拉伸强度由受力大小除以膜样横截面积获得。测试过程中任何时间点都可以得到一个拉伸强度的数值，但主要的几个测试点是屈服点（受力增大后开始下降的点），极限强度点（有可能与屈服强度重合），和断裂点。

图1：用于测量拉伸性能的万能试验机

图2：薄膜拉伸测试用自紧辊式握把(Ametek公司)

一个膜样的拉伸强度取决于多个因素。主要因素是配方所用原料的自身性能。不同的高分子原料具有不同的固有的强度。同族原料中的不同牌号也有不同的强度。添加剂和填充剂对于薄膜强度的影响也可以非常明显。比如玻璃纤维这种添加剂，就可以明显的增强薄膜。而有些添加剂是为了降低成本但最终还是对强度有影响。

另一个能够明显影响薄膜强度的因素是工况条件的设置。温度转速等各个工况参数的变化都会影响最终成膜机械性能。温度设置和螺杆转速是熔融物料的热量来源。过多的热量会导致物料降解，从而全面降低薄膜的机械性能。即使没有降解，吹膜工艺的双向拉伸也会决定高分子链的取向，从而决定薄膜的机械性能。某一方向的拉伸程度越大，分子取向越整齐，该方向的拉伸强度也会越大。

甚至霜线高度也会影响拉伸强度。熔体冷却所需的时间影响最终高分子的结晶结构。而结晶对于拉伸强度有着重要作用。

最后，测试条件本身也会对结果有影响。为此，比较严格的按照标准测试方法做才能得到较为可靠的数据。环境温度和受力变化都会对最终数据产生影响。还有，样品的缺陷，比如在制作过程中尺寸不标准或者有划伤切伤等缺陷，最终结果也不够科学。

断裂伸长率（ASTMD882）

ASTM中另一个表征拉伸强度的指标是断裂伸长率。拉伸率描述了薄膜被拉伸直至断裂或屈服变形过程中的性能变化。一种材料拉伸断裂前产生了较大的变形，则说明该材料具有延展性。如果变形很小，这说明该材料具有刚性。吹膜应用中主要要求材料具有延展性。断裂伸长率是一个百分数，是将膜样达到断裂点伸长的长度除以膜样原始长度进行计算的。

与拉伸强度类似，断裂伸长率也高度依赖于原材料类型和配方组合，挤出工况和测试条件。从加工工艺讲，断裂伸长率与加工中拉伸程度成反比，也与分子取向成反比。因此，加工过程中分子取向程度高的方向，可以得到更高的拉伸强度，但是断裂伸长率则比较小。

撕裂强度（ASTMD1004，ASTM D1922 和D1938）

撕裂强度对于吹膜质量而言是个非常重要的指标。测试撕裂强度的方法有很多，如上文已经提到的几个标准测试方法。这些方法主要测试薄膜抵抗撕裂发生和延伸的能力。

测试薄膜撕裂强度最常用的方法是根据ASTMD1922使用钟摆装置（如图3）所示测试膜样撕裂的延伸。用于测试的膜样是用模具切出来并在一端留有标准撕裂口。完整的另一端在装置上夹紧，此时释放钟摆产生撕扯，膜样沿裂口被撕裂开来。撕裂过程中，装置将记录膜样产生的最大反作用力。通常这个测试需要十个膜样，在纵向和横向上对薄膜进行力的测试。

图3

就想其它所有机械性能一样，撕裂强度同样明显受到膜泡成形过程中分子取向的影响。因此，对于薄膜质量控制，撕裂强度测试结果反馈给开机工艺，从而通过工艺参数的修改来提高薄膜的机械性能。通常而言，撕裂容易沿着分子取向的方向发生，也就是分子链之间弱连接的位置。因此，如果在纵向或者横向测试到较低的抗撕裂强度，可以通过提高其垂直方向的分子取向来增加抗撕裂强度。

 抗冲击强度（ASTMD1709, D3420 and D4272）

在许多应用场合中，薄膜需要承受冲击载荷。冲击载荷作用于薄膜平面的垂直方向。因此，冲击载荷是一个平面应力，不能用单轴类测试方法进行表征。抗冲击强度测试要设计为薄膜平面应力的测量，主要为薄膜能够吸收的冲击动能。

测试方法有几种。根据仪器原理分为落锤或者钟摆，根据测试指标分为膜样破坏或者总吸收的能量。D1709是比较常用的测试方法。一个5英寸直径的膜样在设备上被夹紧，用一个金属落锤从指定高度自由下落进行测试。如果膜样破裂，则减少金属落锤的重量用新膜样再重复测试。如果膜样没有破裂则增加金属落锤的重量进行测试。这样重复知道测试膜样的数量具有统计学上的意义，落锤的重量也是确定的。这时候可以确认冲击破坏所需要的能量，也就确认了膜样的抗冲击强度。

如图4，落锤与薄膜表面的摩擦系数大小对结果影响很大。高摩擦导致落锤正下方的变形很小，冲击载荷变成单轴载荷，不能准确测出结果。落锤冲击要得到准确测试结果需要对膜样表面有滑移，形成双向拉伸。这可以通过对落锤和膜样表面进行润滑来得到。微量的聚乙烯粉末放在膜样表面就可以实现科学的冲击测试。

图4：左侧为粉末润滑的薄膜呈双轴向变形，右侧为高摩擦时的单轴变形

冲击强度随着分子链取向均衡度提高而提高，最好的情况是薄膜成型率为1，即纵向横向的取向率一致。薄膜各向同性时，抗冲击强度最高。各向异性时容易被撕裂，也就是抗冲击性能弱。

粘黏负载（ASTM D3354）和摩擦系数（ASTM D1894）

粘黏是描述两片薄膜外部受压贴合时融为一体的专有名词。吹膜一牵引处比较容易发生这种情况。薄膜粘黏当然会带来后期操作的各种麻烦。生产过程中可以使用抗粘黏剂来解决这个问题。

测试标准方法ASTM D3354使用两个铝块夹紧两片膜样（如图5）进行测试。两片膜样分别与上下铝块粘在一起。上铝块被一个初始很小，但随着时间稳定增大的力上拉，直到两片膜样产生分离，此时受力被记录下来。

图5

标准测试方法ASTM D1894则是测试两个膜样之间的摩擦系数。该测试中两片膜样贴合产生相对移动。传感器探测并记录膜样克服静摩擦力产生运动的动力，这个动力主要跟膜样静摩擦系数有关；也探测并记录相对滑动过程中克服的阻力，这个阻力主要跟动摩擦系数有关。

点缺陷数量、低温脆性、光泽度、透明度、雾度、密度、熔融指数、黏度见下文。

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