单向和双向拉伸聚乙烯薄膜的晶体取向表征
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Characterization on the crystalline orientations of uniaxially and biaxially oriented polyethylene films
Ren Minqiao，Tang Yujing，Shi Hongwei，Gao Dali，Zhang Taoyi
第8期
任敏巧等. 单向和双向拉伸聚乙烯薄膜的晶体取向表征
·873·
穿刺性能得到显著提升，在冰块、速冻食品、海产品、 粉体、液体等的包装领域取得重大进展，使包装材料 在低温下高透不脆，让生鲜包装在低温下的产品展示 成为可能。该技术引领了中国石化 PE 树脂行业发展， 提高了 PE 产品附加值并拓宽了应用领域。BOPE 薄 膜是 PE 在半熔融状态下先后沿着纵向（MD）和横 向（TD）拉伸形成的薄膜［8］。伴随着 BOPE 薄膜的 开发，表征薄膜的取向结构变得尤为重要。
［收稿日期］2018 - 03 - 14；［修改稿日期］2018 - 05 - 17。 ［作者简介］任敏巧（1974—），女，河北省无极县人，博士，高级工程师，电话 010 - 59202918，电邮 renmq.bjhy@sinopec.com。 ［基金项目］国家重点研发计划项目（2016YFB0302000）。
要用于双向拉伸聚丙烯、双向拉伸聚酰胺和双向拉 伸聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜等的生产，而现有 PE 树脂由于本身的微观结构使其难以进行双向拉伸成 膜。近年来，佛塑科技集团股份有限公司等采用进口 茂金属催化剂制备的 PE 成功生产出了 BOPE 薄膜［4-5］。 中国石油化工股份有限公司通过分子结构设计成功开 发出国内首创的工业化 BOPE 薄膜专用树脂［6-7］。与 PE 吹膜相比，BOPE 薄膜的强度、挺度、透明度及抗
·872·
石油化工 PETROCHEMICAL TECHNOLOGY
2018 年第 47 卷第 8 期
DOI：10.3969/j.issn.1000-8144.2018.08.016
单向和双向拉伸聚乙烯薄膜的晶体取向表征
任敏巧，唐毓婧，施红伟，高达利，张韬毅
（中国石化 北京化工研究院，北京 100013）
［摘要］对聚乙烯流延片分别进行单向拉伸和双向拉伸，利用 WAXD 和 SAXS 方法对拉伸薄膜进行了表征。采用 X 射线衍射 反射极图分析了单向和双向拉伸聚乙烯薄膜的晶体取向，计算了聚乙烯薄膜不同晶面的 Hermans 取向因子。同时用透射方法 得到了聚乙烯薄膜的晶体和片晶的取向因子。表征结果显示，单向拉伸聚乙烯薄膜晶体的 c 轴沿着纵向方向择优取向，双向 拉伸聚乙烯薄膜晶体的 c 轴则沿着横向方向弱取向。这两种拉伸后的聚乙烯薄膜的结晶形态均为 Keller/Machin Ⅱ型，片晶没 有发生扭转。 ［关键词］单向拉伸聚乙烯薄膜；双向拉伸聚乙烯薄膜；Hermans 取向因子；片晶 ［文章编号］1000 - 8144（2018）08 - 0872 - 07 ［中图分类号］TQ 325.12 ［文献标志码］A
聚合物材料在加工成型中形成的取向状态对 材料性能有重要的影响［1-2］。迄今为止，对于聚合 物产品取向程度的表征，主要有 Hermans，Stein， Wilchinsky 等提出的单轴取向方法，以及 White 和 Spruiell 提出的双轴取向方法［3］。
双向拉伸聚乙烯（BOPE）薄膜是一种新开发 的聚乙烯（PE）薄膜，它采用平膜法双轴取向分步 拉伸加工工艺制备而成。双轴取向分步拉伸工艺主
（Sinopec Beijing Research Institute Hale Waihona Puke Baiduf Chemical Industry，Beijing 100013，China）
［Abstract］Polyethylene(PE) base sheets were uniaxially and biaxially stretched into films， respectively. The WAXD and SAXS techniques were used to characterize these films. WAXD pole figures obtained by the reflection mode were used to analyze the crystalline orientations of uniaxially and biaxially oriented PE films. The Hermans orientation factors of different lattice planes were calculated. The orientations of crystallites and lamella were also analyzed by using WAXD and SAXS in transmission mode，respectively. The results showed that the c axis of the PE crystal was oriented along the machine direction(MD) for the uniaxially oriented PE film，while the c axis of the PE crystal was oriented along the transverse direction(TD) slightly for the biaxially oriented PE film. The crystalline morphologies of these films showed the Keller/Machin Ⅱ type with no twisting of the lamella. ［Keywords］uniaxially oriented polyethylene film；biaxially oriented polyethylene film；Hermans orientation factor；lamella
Ren Minqiao，Tang Yujing，Shi Hongwei，Gao Dali，Zhang Taoyi
第8期
任敏巧等. 单向和双向拉伸聚乙烯薄膜的晶体取向表征
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穿刺性能得到显著提升，在冰块、速冻食品、海产品、 粉体、液体等的包装领域取得重大进展，使包装材料 在低温下高透不脆，让生鲜包装在低温下的产品展示 成为可能。该技术引领了中国石化 PE 树脂行业发展， 提高了 PE 产品附加值并拓宽了应用领域。BOPE 薄 膜是 PE 在半熔融状态下先后沿着纵向（MD）和横 向（TD）拉伸形成的薄膜［8］。伴随着 BOPE 薄膜的 开发，表征薄膜的取向结构变得尤为重要。
［收稿日期］2018 - 03 - 14；［修改稿日期］2018 - 05 - 17。 ［作者简介］任敏巧（1974—），女，河北省无极县人，博士，高级工程师，电话 010 - 59202918，电邮 renmq.bjhy@sinopec.com。 ［基金项目］国家重点研发计划项目（2016YFB0302000）。
要用于双向拉伸聚丙烯、双向拉伸聚酰胺和双向拉 伸聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜等的生产，而现有 PE 树脂由于本身的微观结构使其难以进行双向拉伸成 膜。近年来，佛塑科技集团股份有限公司等采用进口 茂金属催化剂制备的 PE 成功生产出了 BOPE 薄膜［4-5］。 中国石油化工股份有限公司通过分子结构设计成功开 发出国内首创的工业化 BOPE 薄膜专用树脂［6-7］。与 PE 吹膜相比，BOPE 薄膜的强度、挺度、透明度及抗
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石油化工 PETROCHEMICAL TECHNOLOGY
2018 年第 47 卷第 8 期
DOI：10.3969/j.issn.1000-8144.2018.08.016
单向和双向拉伸聚乙烯薄膜的晶体取向表征
任敏巧，唐毓婧，施红伟，高达利，张韬毅
（中国石化 北京化工研究院，北京 100013）
［摘要］对聚乙烯流延片分别进行单向拉伸和双向拉伸，利用 WAXD 和 SAXS 方法对拉伸薄膜进行了表征。采用 X 射线衍射 反射极图分析了单向和双向拉伸聚乙烯薄膜的晶体取向，计算了聚乙烯薄膜不同晶面的 Hermans 取向因子。同时用透射方法 得到了聚乙烯薄膜的晶体和片晶的取向因子。表征结果显示，单向拉伸聚乙烯薄膜晶体的 c 轴沿着纵向方向择优取向，双向 拉伸聚乙烯薄膜晶体的 c 轴则沿着横向方向弱取向。这两种拉伸后的聚乙烯薄膜的结晶形态均为 Keller/Machin Ⅱ型，片晶没 有发生扭转。 ［关键词］单向拉伸聚乙烯薄膜；双向拉伸聚乙烯薄膜；Hermans 取向因子；片晶 ［文章编号］1000 - 8144（2018）08 - 0872 - 07 ［中图分类号］TQ 325.12 ［文献标志码］A
聚合物材料在加工成型中形成的取向状态对 材料性能有重要的影响［1-2］。迄今为止，对于聚合 物产品取向程度的表征，主要有 Hermans，Stein， Wilchinsky 等提出的单轴取向方法，以及 White 和 Spruiell 提出的双轴取向方法［3］。
双向拉伸聚乙烯（BOPE）薄膜是一种新开发 的聚乙烯（PE）薄膜，它采用平膜法双轴取向分步 拉伸加工工艺制备而成。双轴取向分步拉伸工艺主
（Sinopec Beijing Research Institute Hale Waihona Puke Baiduf Chemical Industry，Beijing 100013，China）
［Abstract］Polyethylene(PE) base sheets were uniaxially and biaxially stretched into films， respectively. The WAXD and SAXS techniques were used to characterize these films. WAXD pole figures obtained by the reflection mode were used to analyze the crystalline orientations of uniaxially and biaxially oriented PE films. The Hermans orientation factors of different lattice planes were calculated. The orientations of crystallites and lamella were also analyzed by using WAXD and SAXS in transmission mode，respectively. The results showed that the c axis of the PE crystal was oriented along the machine direction(MD) for the uniaxially oriented PE film，while the c axis of the PE crystal was oriented along the transverse direction(TD) slightly for the biaxially oriented PE film. The crystalline morphologies of these films showed the Keller/Machin Ⅱ type with no twisting of the lamella. ［Keywords］uniaxially oriented polyethylene film；biaxially oriented polyethylene film；Hermans orientation factor；lamella