BOPP薄膜表面特性的评价指标表面粗糙度

２００６年第１６卷第６期塑料包装４５
ＢＯＰＰ薄膜表面特性的评价指标一表面粗糙度
涂志刚
（广东湛江包装材料企业有限公司）
在ＢＯＰＰ薄膜生产过程中，对于不同用途的ＢＯＰＰ薄膜有一些特别的控制指标，如防雾ＢＯＰＰ薄膜的防雾滴特性、抗菌ＢＯＰＰ薄膜的抗菌特性、印刷ＢＯＰＰ薄膜的表面张力特性、复合ＢＯＰＰ薄膜的粘接特性、食品包装ＢＯＰＰ薄膜的防水蒸气透过特性、电容器用ＢＯＰＰ薄膜的耐温特性等等。

ＢＯＰＰ薄膜具有极大的表面，主要应用于包装领域，其质量控制指标大多还包括常规的力学性能、光学性能、摩擦性能、粘连性能、静电性能、抗擦伤性能等等，在这些性能中除力学性能外，其余指标都与薄膜的表面形态特征有很大的关联。

在实际生产控制中，一般仅目测薄膜的表面平整性，而不用专门的仪器检测反映表面平整性的表面粗糙（光洁）度。

但是薄膜的表面粗糙度却能较为集中地表达与薄膜表面形态相关的性能指标，因此，有必要把通常用于评价机械加工表面平整性的表面粗糙度引入ＢＯＰＰ薄膜的质量监控体系。

１表面粗糙度的数学表达
表面粗糙度是指在一定长度范围内薄膜表面的微小峰谷不平整度的亚微观几何尺寸特征的综合评价。

表面粗糙度ｆ也常称为表面光洁度１高度参数共有三个，用Ｒａ、比、Ｒｖ来表征。

Ｒａ表示轮廓平均算术偏差，在评定长度内，被测轮廓线上各点至轮廓中线距离的和的平均值；Ｒｚ表示不平度平均高度，在评定长度内，轮廓线上５个最高峰与５个最深谷之间的平均值；Ｒｖ表示从峰到谷的高度，在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。

表面粗糙度间距参数共有两个，即轮廓单峰平均间距Ｓ和轮廓微观不平度的平均间距Ｓｍ。

两相邻轮廓单峰的最高点在中线上的投影长度ｓｉ，称为轮廓单峰间距，在取样长度Ｌ内，轮廓单峰间距的平均值，就是轮廓单峰平均间距；含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度Ｓｍｉ，称轮廓微观不平间距。

表征表面粗糙度的综合参数是轮廓支承长度率ｔ。

，它是轮廓支承长度ｎ。

与取样长度Ｌ之比。

有关表面粗糙度的参数在国标ＧＢ／Ｔ３５０５—２０００和ＧＢ／Ｔ６０６２—２００２中做了详细的解释。

在ＢＯＰＰ薄膜的制造过程中，由于原料、工艺、模具等方面的原因，都有可能造成薄膜表面的不平整。

原材料中配分的抗粘连母料、珠光母料、消光母料，聚丙烯的结晶，在挤出机中的混合工艺、拉伸的工艺、定型的工艺，模具的结构、模口的平整都会影响到ＢＯＰＰ薄膜的表面粗糙度，进而影响到薄膜的光泽度、透明性、抗粘连性、摩擦系数、静电等。

如果进行二次加工，还会影响到薄膜的印刷、复△笙
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２表面粗糙度对抗粘连性的影响
以三层结构的ＢＯＰＰ薄膜为例，为了防止薄膜收卷的粘接，表层中一般要加入抗粘连物质，抗粘连材料包括无机物如无定型二氧
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图１表面粗糙度与抗粘连的关系图２表面粗糙度对光泽度的影响
化硅、硅藻土等和有机物如有机玻璃微珠、有机硅胶粒等，颗粒大小为２—５微米，分散于厚度约为Ｏ．８微米的表层中，因此薄膜表面产生凸起，薄膜与薄膜之间形成空气渗入渠道，缓冲了放卷过程中由于薄膜之间贴合密实而导致的负压，同时颗粒的架桥效应，防止了薄膜在存储过程中助剂在两层薄膜表面相互迁移而造成的粘连。

表层中抗粘连剂的含量越高、颗粒越大，薄膜表面粗糙度越大，薄膜之间的粘连力小，则抗粘连效果越好，薄膜收放自如，存储稳定性好。

抗粘连剂的种类、粒径、外形，以及在表层的分散状况都直接影响到薄膜的表面粗糙度，表面粗糙度是薄膜的抗粘连效果的直接反映。

３表面粗糙度对薄膜光学性能的影响
ＢＯＰＰ薄膜的主要应用领域是包装行业，因此，光学性能是ＢＯＰＰ薄膜的最重要的指标。

光学指标包括薄膜的表面光泽度和浊度。

光泽度是以镜面为参照物，在一定的入射角下，试样的镜面反射率与同等条件下基准面的反射率之比。

薄膜的表面越粗糙，凹凸不平的表面对入射光线造成漫反射，则光泽度越差（如图２所示）。

浊度也称雾度，用以衡量透明或半透明材料不清晰的程度，是由于材料内部或外部表面光散射造成的浑浊外观。

浊度定义为材料散射光通量与透过材料光通量之比，散射是由于聚合物介质中存在大量不均匀小区域造成的密度涨落而引起的。

基体ＰＰ本身结晶度、结晶颗粒大小和分散于ＢＯＰＰ薄膜表层的抗粘连粒子，它们在造成薄膜产品的表面不平整外，还引起薄膜内部密度分布不均匀，因此表面粗糙度在一定程度上也会反映了薄膜的浊度。

４表面粗糙度对薄膜摩擦系数的影响
从物理学上来说，摩擦系数“等于摩擦力ｆ与法向正压力Ｎ的比值，即斗＝ｆ／Ｎ。

摩擦系数¨同两个物体的表观接触面积和滑动速度等因素无关。

实验证明，对于一般机械加工的表面，摩擦系数汕与物体的表面粗糙度无关；对于很粗糙的表面，接触面凸与凹部分交错啮合，会使摩擦系数“增大；对于非常光滑平整的表面，由于真正接触面积增大和接触点粘结力提高，所以，摩擦系数¨也会增大，表面越光洁，摩擦系数的ＩＪＬ值也越大。

物理学者们认为摩擦力的本质是由两物体接触面上的分子问内聚力引起的，由于物体之间摩擦面的亚微观状态是凹凸不平的，摩擦面之间的接触不是发生在整个表观面上，摩擦只是发生在摩擦面之间凸峰滑移过的地方，物体之间的正压力实际上只由占摩擦面很小部分的实际接触面积承受。

因此，摩擦力主要来源于两个方面，一是凸峰与另一面接触的粘着力，二是凸峰与另一面凹峰的交错阻力。

ＢＯＰＰ薄膜的表面是非常平整的，摩擦主要体现在凸峰与另一面接触的粘着力，越平整，则摩擦系数越大，反之，在相同条件下，表面粗糙度越大，则摩擦系数越小，但是由此会造成薄膜的表面光泽度和透明性劣化。

因此
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为了降低薄膜的摩擦系数，不能从提高表面粗糙度的角度，而要降低薄膜接触点之间的分子间内聚力，从润滑的机理出发，需要引入液体摩擦的概念，当物体之间的接触面被润滑油膜完全隔开时，物体相对运动所产生的摩擦叫液体摩擦。

液体摩擦时，物体之间的摩擦面没有直接接触，其间除了通常的边界润滑膜外，还有流动油膜。

这样摩擦仅发生在润滑油之间，摩擦阻力仅由润滑油分子间的吸引力（内聚力）构成，因而摩擦系数很小，一般在０．０１以下。

由于润滑液体有可能填充薄膜的凹处，对薄膜的缺陷起到修复的作用，使得薄膜的表面粗糙度下降，而表面光泽度和透明度得到有效改善。

５表面粗糙度对薄膜表面静电的影响
薄膜的表面静电与薄膜之间以及薄膜与设备之间的快速摩擦、接触、分离有直接关联，例如把两张密切接触的塑料材料如聚乙烯薄膜迅速分开时，瞬间产生的静电可达一万伏以上。

ＢＯＰＰ薄膜静电的产生主要与薄膜的光洁程度、环境温湿度、外界机械作用情况如接触压力、摩擦分离的速度等因素有关。

与ＢＯＰＰ薄膜接触类型、接触时间、接触面积、摩擦力、分离速度不同，ＢＯＰＰ薄膜产生的静电放电时间以及电压不同。

这些“表面”工程问题实际上都与薄膜的表面粗糙度有关。

薄膜表面越粗糙，对外界接触面积越小，摩擦越小，易分离，因此，不易导致静电的产生。

６表面粗糙度对薄膜的印刷、镀铝、涂布和复合的影响
ＢＯＰＰ薄膜的表面非常光滑，过于光滑的表面在薄膜收卷时会产生粘连，无法正常收卷，也不利于放卷。

光滑的薄膜表面对油墨印刷和真空镀铝也非常不利，因为光滑的表面会大大降低油墨或镀铝层与ＢＯＰＰ薄膜之间－：：兰：一，ＰＰ薄膜袈层
图３表。

面粗糙度对二次加工的影响
的附着力，包括胶粘剂与铝箔和ＢＯＰＰ薄膜之间的附着力。

这是因为它们之间的接触面积相对较小，而且缺少必要的机械锚固作用。

为了使ＢＯＰＰ薄膜表面具有一定的粗糙度，以增加其与其它界面的黏合力，通常在表层ＰＰ树脂中添加抗粘连剂或者进行电晕处理，使ＰＰ成膜过程中的薄膜表面形成适当的粗糙度。

一方面增大了油墨及铝层与薄膜表面的有效粘接面积；另一方面，油墨以及真空镀铝时凝结的铝粉可以进入粗糙薄膜表面的凹陷和微孔中，这样印墨树脂及铝粉就被机械地镶嵌在孔隙中，形成许多微小的机械联结点，将印墨及铝层牢牢地“锚固”在薄膜表面上。

但是，表面太粗糙对附着也不有利，因为当表面过于粗糙时，印墨的润湿性变差，印墨和铝粉不能完全填满薄膜表面凹陷微孔，造成空隙粘附缺陷，反而使附着力降低。

严重时会导至油墨或镀铝层与薄膜脱离分层。

同样的道理，ＢＯＰＰ薄膜的表面粗糙度对涂布和复合影响也是如此，在涂布液或胶粘剂和被粘物表面很好的润湿前提下，表面有适当的粗糙度，也增大了有效粘接面积，扩大了被粘物比表面积，并可形成机械粘合效果，大大提高了剥离强度。

工艺上常用电晕处理的方法对ＢＯＰＰ薄膜表面进行粗化处理也是为了便于ＢＯＰＰ薄膜的印刷、镀铝、涂布和复合等二次加工。

总之，ＢＯＰＰ薄膜的表面粗糙度与目前生产监控的各种指标都有直接或间接的联系，作为一个衡量产品的质量控制标准，如何正确地反映它与其他指标的关系，如何准确地评价薄膜的性能，还需要进行系统的跟踪分析研究。

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BOPP薄膜表面特性的评价指标-表面粗糙度
作者：涂志刚
作者单位：广东湛江包装材料企业有限公司
刊名：
塑料包装
英文刊名：PLASTICS PACKAGING
年，卷(期)：2006，16(6)
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