單層流延聚丙烯（Monolayer Cast Polypropylene,MCPP）薄膜是聚丙烯樹脂顆粒在擠出機內熱熔塑化，流延借助冷卻輥完成熱拉伸[1]，同時用壓縮空氣迅速冷卻成型，后經牽引卷繞成膜。流延聚丙烯薄膜具有透明性好、光澤度高、平整度好、耐熱性能優良、易于熱封合、生產迅速等諸多優點，被廣泛應用于食品、日用品的包裝，也被用作復合薄膜的內外層材料[2,3,4]。

在MCPP薄膜的工業生產中，擠出溫度、冷輥溫度等因素是影響薄膜性能的重要工藝參數，其中擠出溫度對均聚聚丙烯制品的結構與性能的影響較為顯著[5,6,7,8]。本文采用控制變量法探討擠出溫度對MCPP薄膜光學性能和力學性能的影響，以期對MCPP薄膜生產過程中擠出溫度參數的優化設置提供數據支持。

乙烯共聚聚丙烯T28FE（中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司）。

流延膜機（ME-30/9100V3 and CR-9/320,Optical Control Systems GmbH(Germany));

霧度計（HGM-2DP，日本島津公司）；

電子拉力機（Instron 1121，英國Instron公司）；

裁樣機（上海中藝機械器廠）；

偏光顯微鏡（DM 2500P,Leica Microsystem);

差示掃描量熱儀（TGA/DSC同步熱分析儀（瑞士））。

流延膜機擠出裝置為單螺桿擠出機，長徑比為25∶1，設有8個控溫區域。以乙烯共聚聚丙烯T28FE為原料，采用控制變量法，按表1和表2中的實驗條件設計了7組實驗，分別制備出不同擠出溫度下的MCPP薄膜試樣（厚度為35μm），并在48h內完成測試。考察擠出溫度對薄膜結構與性能的影響。

(1）偏光顯微鏡（PLM）法。在偏光顯微鏡下觀察各MCPP薄膜試樣的取向程度。

(2)DSC表征。采用DSC差示掃描量熱儀分析試樣的熱性能，可根據式（1）計算出各樣品的結晶度。

式中：Xc為結晶度，%；ΔHf為樣品熔融熱焓值，J/g；ΔHf*為標準樣品熔融焓值，ΔHf*=209J/g[9]。

MCPP薄膜的透光率和霧度按GB/T 2410-2008《透明塑料透光率和霧度的測定》測試。

MCPP薄膜的直角撕裂強度按QB/T 1130-1991《塑料直角撕裂性能試驗方法》測試。

MCPP薄膜的拉伸性能按GB/T 1040.1-2018《塑料拉伸性能的測定第1部分：總則》測試。

以上各性能測試均進行5次平行實驗，取其平均值。

圖1所示為不同擠出溫度下MCPP薄膜的PLM照片。可以看出，隨著擠出溫度的升高，薄膜的取向結構減弱。因為擠出溫度較低時，樹脂塑化程度低，高分子鏈活動能力差，在流延過程中需克服聚合物內部較大的黏滯阻力，熔體流動不均勻，迅速降溫后即形成取向結構較明顯的薄膜；擠出溫度較高時，樹脂塑化程度高，高分子鏈活動能力增強，熔體流動較均勻，同時分子熱運動劇烈，解取向作用增強。

不同擠出溫度下MCPP薄膜試樣的DSC測試結果如表3所示。

從表3可以看出，隨著擠出溫度的升高，樣品的熔融峰溫度[10]略有減小，結晶度的減小較為明顯。這說明，擠出溫度的增加可以降低聚丙烯的結晶度。擠出溫度的升高導致分子鏈運動能力增加，同時分子鏈解取向能力增大，取向誘導結晶作用減少，結晶成核能力降低，結晶度降低。

圖2所示為擠出溫度對MCPP薄膜霧度和透光率的影響。

從圖2可以看出，隨著擠出溫度的升高，薄膜霧度呈下降趨勢，而薄膜透光率則呈上升趨勢。聚丙烯是典型的結晶型高分子材料，材料內部結晶與非晶兩相的存在導致光在其界面上發生折射，從而引起薄膜透明性差異。另外，因熔體彈性造成薄膜表面粗糙，從而引起光在薄膜表面散射，這也是造成薄膜透明性差異的原因之一。當擠出溫度較低時，樹脂塑化不完全，聚合物分子黏彈性較強，熔體流動不均勻，分子鏈在膜口的彈性回復導致熔體破裂，所得薄膜平整度差。隨著熔體溫度升高，分子的內應力得到較好的釋放，熔體流動較均勻，薄膜表面光滑平整，薄膜的霧度降低，薄膜的透光率就會增大。

圖3所示為擠出溫度對MCPP薄膜拉伸強度和斷裂伸長率的影響。

從圖3可以看出，隨著擠出溫度的升高，MCPP薄膜的拉伸強度和斷裂伸長率均呈先增大后減小趨勢。

薄膜的橫向力學性能主要取決于晶區與非晶區的結合強度，即晶粒尺寸、結晶度以及取向作用。擠出溫度較低時，高分子鏈活動能力弱，薄膜存在缺陷，導致橫向力學性能較差。隨著擠出溫度的升高，高分子鏈活動能力增強，晶區與非晶區的結合強度增強，大大增強了薄膜的橫向力學性能，230℃時薄膜的橫向力學性能達到最大值。擠出溫度繼續升高，分子的熱運動過于劇烈，薄膜的結晶度下降，導致薄膜的橫向力學性能下降，但下降幅度較小。

薄膜的縱向力學性能主要由分子取向程度決定。晶粒的取向一般完成較早，拉伸性能的增強主要和非晶區鏈段取向的提高相關。隨著溫度的升高，高分子鏈活動能力增強，除沿流延方向擇優取向外，高分子鏈橫向交織并貫穿到晶粒之間。另外，高溫下分子運動能力增加，導致分子鏈的解取向速度增加，分子鏈取向度降低，這是薄膜斷裂伸長率增大的主要原因之一。但同時，由于溫度的升高，高聚物解取向趨勢增強，使薄膜縱向拉伸強度逐漸減弱。

縱向比較可得，薄膜的橫向拉伸強度小于其縱向拉伸強度，橫向斷裂伸長率大于其縱向斷裂伸長率[11]。這是因為，熔體流延成膜時為縱向拉伸，而橫向無拉伸作用。故測量薄膜拉伸強度和斷裂伸長率時，高分子鏈在流延方向上已處于張緊狀態，而在垂直拉伸方向上仍然處于松弛狀態，因而，薄膜的縱向拉伸強度大于橫向拉伸強度。相同長度的試樣，其縱向斷裂伸長率小于橫向斷裂伸長率。

圖4所示為擠出溫度對MCPP薄膜撕裂強度的影響。

從圖4可以看出，隨著擠出溫度的升高，薄膜的橫向撕裂強度和縱向撕裂強度均呈先增大后減小趨勢。實驗中橫向試樣的撕裂為縱向撕裂，縱向試樣的撕裂為橫向撕裂。薄膜的縱向撕裂強度在220℃時達到最大值，而薄膜的橫向撕裂強度則在230℃時達到最大值。這是因為，隨著溫度的升高，高分子鏈活動能力逐漸增強，樹脂熱熔程度更加均勻，并能很好地穿插于晶區之中；除了沿拉伸方向擇優取向外，高分子鏈之間相互勾連交織，并貫穿到晶粒之間，導致薄膜的撕裂性能增強。隨著溫度的繼續升高，分子的熱運動過于劇烈，晶核不易形成，或形成的晶核不穩定，容易被分子熱運動破壞，導致薄膜的結晶度下降，晶粒數量減少。高聚物分子鏈的解取向作用增強，使薄膜取向作用減弱，導致撕裂性能下降。

薄膜的撕裂性能取決于其凝聚態結構中的結晶度、取向程度和結晶形態[12]。冷卻降溫初期形成晶粒，在冷卻輥的拉伸作用下，高分子鏈和晶粒均隨著拉伸作用擇優取向，而后迅速降到玻璃化溫度以下，晶粒和鏈段的位置關系隨之固定，形成取向材料。高分子鏈沿拉伸方向擇優取向，垂直于取向方向上的強度很小，同時隨著擠出溫度的升高，其解取向作用增強，故縱向撕裂強度下降較快，而橫向撕裂為撕斷高分子鏈段與鏈段、鏈段與晶粒之間的作用，其下降幅度較小。

MCPP薄膜的結構與性能受擠出溫度的影響較明顯。隨著擠出溫度的升高，霧度減小，透光率增大，橫向拉伸性能、縱向拉伸性能和撕裂性能均隨著擠出溫度的升高先增強后減弱，且均在220～230℃時性能表現優異。隨著擠出溫度的升高，MCPP薄膜的取向度和結晶度均減弱。由于高分子聚合物內部結構較復雜，除上述基礎結論外，還應結合聚合物凝聚態結構綜合判斷產品性能。