PE薄膜晶點的成因及解決方法

晶點，也稱為“魚眼”，恐怕是聚乙烯薄膜生產(chǎn)中最常見，但也最頭痛的問題。雖然晶點很常見，但它卻沒有明確的定義。一般來說，我們把薄膜上凸出薄膜表面的顆粒狀缺陷統(tǒng)稱為晶點問題。雖然晶點問題很常見，但卻不容易解決。這主要是因為可以引起晶點問題的因素太多了。如果無法明確晶點產(chǎn)生的原因，就很難有的放矢地采取措施改善或解決。因此，我們首選需要了解的是晶點的分類和成因，以及鑒別不同類型晶點的方法。然后弄清楚成因之后，自然有相對應的解決辦法。

顯微鏡下的晶點

大體上，晶點可以分為“外來污染物”、“交聯(lián)/氧化”、“塑化不良”三大類。要對晶點類型進行甄別，光靠肉眼是不夠的。比較簡便的方法是在偏光顯微鏡下進行熱臺分析。更復雜和精細的檢測方法需要專業(yè)的測試儀器，例如冷凍切片顯微鏡、顯微紅外、EDX能譜等等。因為那些專業(yè)測試設備都不是普通薄膜生產(chǎn)廠能夠裝備的，所以在這里只給大家介紹基于熱臺偏光顯微鏡的簡易方法。

外來污染物造成的晶點不是少數(shù)。畢竟薄膜生產(chǎn)車間的環(huán)境復雜，里面有很多潛在的外來污染源。例如，工作服上掉落的纖維、樹脂包裝袋表面的灰塵/污垢、甚至昆蟲/蚊子的尸體。這些潛在污染物都可能進入混料機，跟著進入料斗和擠出機。等它們從模頭出來的時候，自然成為薄膜上的晶點。

下面三個照片，分別是室溫、熱臺加熱到130℃和重新冷卻至室溫之和的顯微鏡照片。在加熱前，就已經(jīng)可以看到晶點里面有纖維狀的物質(zhì);熱臺把薄膜主體融化以后，纖維變得非常明顯;重新冷卻至室溫以后，纖維仍然很明顯。據(jù)此，可以判斷這個晶點其實是纖維污染造成的。但并不是所有的外來污染晶點都能夠用熱臺顯微鏡容易地看出來。如果污染物是其他類型的聚合物樹脂(例如尼龍、EVOH)，熱臺偏光顯微鏡只是作為輔助手段。通過不斷提高熱臺溫度，粗略觀測污染物樹脂的熔點，然后需要結合實際生產(chǎn)過程中可能遇到的潛在污染物樹脂進行排查才能做出比較好的判斷。

無論如何，一旦確定外來污染物是晶點的主要問題之后，自然可以有相應的應對措施。例如:

• 提高車間潔凈度;

• 改善物料儲運流程，保持樹脂包裝袋清潔;

• 嚴控生產(chǎn)秩序，配料時避免不同類型原料間的交叉污染等。

交聯(lián)是最常見的一類晶點。畢竟聚乙烯樹脂和薄膜的生產(chǎn)中會經(jīng)過熔融擠出過程。在高溫下，聚乙烯分子會發(fā)生交聯(lián)，進而形成分子量很大的難塑化部分，表現(xiàn)在薄膜上就是交聯(lián)晶點。輕度交聯(lián)的晶點一般是無色的。但是交聯(lián)程度很高的情況下聚合物甚至會發(fā)生嚴重的降解，從而形成所謂的氧化晶點。這類晶點一般都是黃褐色甚至深褐色。

熱臺偏光顯微鏡仍然是比較簡單易行的判定交聯(lián)或氧化晶點的方法。高度交聯(lián)或者氧化降解的晶點是很難熔的。因此，當薄膜主體已經(jīng)被熱臺完全融化以后，在偏光顯微鏡下仍然可以看到很明顯的交聯(lián)晶點、甚至包含了一些褐色降解產(chǎn)物。下圖為熱臺145℃時，顯微鏡下不熔的氧化晶點。

與高度交聯(lián)或氧化晶點不同，輕度交聯(lián)的晶點在顯微鏡下會隨著溫度升高而消失。看上去像是跟薄膜主體一起熔化了(或者在主體熔點稍高的溫度下消失)。但是當溫度降低以后，它還是會出現(xiàn)。下圖即為冷卻后，仍然能夠隱約看到的輕度交聯(lián)晶點。

冷卻后，仍然依稀可見的輕度交聯(lián)晶點

形成交聯(lián)晶點的因素很多，可能是生產(chǎn)樹脂時產(chǎn)生的晶點，可能是抗氧劑不足，也可能是加工工藝不當，甚至可能是設備設計缺陷造成的晶點。過長的連接器、甚至過長的流道都會讓熔融聚合物的停留時間變長，進而增加交聯(lián)的可能性。連接器過多彎折、模頭流道轉彎生硬、螺棱過渡生硬這些都會形成死角，結果死角里面的聚合物會長期積累發(fā)生降解交聯(lián)。螺桿設計不當，造成部分螺桿填充不滿，結果促使熔融聚合物降解交聯(lián)。這種情況在屏障型螺桿上更容易出現(xiàn)。下圖就是一個屏障型螺桿的例子。由于設計不當，熔體槽內(nèi)填充不滿，結果不斷有聚合物降解。最終整個熔體槽里面都積滿了深褐色的降解產(chǎn)物。

對各種可能造成交聯(lián)晶點的原因排查以后，自然可以得到相應的應對措施，如:

• 更換晶點較少批次的原料;

• 降低加工溫度;

• 添加額外的抗氧劑;

• 優(yōu)化設備、更換成設計優(yōu)秀的螺桿等。

塑化不良造成的晶點并不是很多見，但也時有發(fā)生。顧名思義，塑化不良的晶點是因為螺桿剪切不夠，造成部分聚合物沒有很好的塑化分散進入主體而產(chǎn)生的晶點。這類晶點都是無色透明的，因此容易與輕度交聯(lián)的晶點混淆。但是它們在熱臺顯微鏡下還是有細微差別。隨著熱臺溫度的升高，塑化不良造成的晶點會跟隨薄膜主體一起融化。在玻璃片上稍微施加壓力(幫助熔融聚合物分散)，然后將熱臺降溫到室溫以后，塑化不良的晶點就消失了。這與輕度交聯(lián)的晶點不同。因為塑化不良的晶點其實只是沒有塑化分散好而已。得到分散后，它就能融入薄膜主體中。

塑化不良的晶點在熱臺上加熱在冷卻的過程中消失

造成塑化不良的常見原因有兩種，原料顆粒的大小差別過大，配方中混有兩種熔點差別非常大的原料。如果原料顆粒的大小差別過大，例如粒料與少量粉料混合的情況，小顆粒(粉末)會躲藏在大顆粒(粒料)之間的縫隙中。結果在螺桿剪切熔融的過程中，小顆粒(粉末)得不到足夠的剪切，因此熔融塑化的效果不好，與主體的分散不好，最終表現(xiàn)為塑化不良的晶點。熔點差別非常大的原料共混，例如彈性體與高密度聚乙烯共混，由于低熔點的原料過早融化，造成未融化的高熔點原料也得不到足夠的剪切，結果也表現(xiàn)為塑化不良的晶點。

針對這兩種常見的原因，應對方法并不復雜:

• 避免將粒料和粉料混合使用;

• 注意原料顆粒的抽送過程，避免因為摩擦產(chǎn)生原料粉末;

• 避免將熔點差別非常大的原料簡單共混使用;

• 若配方要求，必須混合熔點差別大的原料;則需要降低螺桿第一區(qū)和第二區(qū)的溫度，避免低熔點原料過早融化，同時可以加密濾網(wǎng)，增加計量段的剪切。

我們在前面詳細介紹了主要的晶點類型、鑒別方法、成因以及應對方法?？偨Y起來如下:

• 利用熱臺偏光顯微鏡鑒別不同類型的晶點

• 顯微鏡下可以看到污染物--外來污染物晶點;

• 將薄膜主體加熱融化后仍然可以看到清晰的晶點或降解產(chǎn)物--高度交聯(lián)/氧化晶點;

• 將薄膜主體加熱融化后晶點消失，但降溫后可以重新看到晶點--輕度交聯(lián)的晶點;

• 將薄膜主體加熱融化后晶點消失，但降溫晶點不恢復--塑化不良的晶點。

外來污染物晶點的應對方法：

• 提高車間潔凈度；

• 改善物料儲運流程，保持樹脂包裝袋清潔；

• 嚴控生產(chǎn)秩序，配料時避免不同類型原料間的交叉污染等；

• 交聯(lián)/氧化晶點的應對方法；

• 更換晶點較少批次的原料；

• 降低加工溫度；

• 添加額外的抗氧劑；

• 優(yōu)化設備、更換成設計優(yōu)秀的螺桿等；

• 塑化不良晶點的應對方法；

• 避免將粒料和粉料混合使用；

• 注意原料顆粒的抽送過程，避免因為摩擦產(chǎn)生原料粉末；

• 避免將熔點差別非常大的原料簡單共混使用。

若配方要求，必須混合熔點差別大的原料;則需要降低螺桿第一區(qū)和第二區(qū)的溫度，避免低熔點原料過早融化，同時可以加密濾網(wǎng)，增加計量段的剪切。