双向拉伸工艺对PLA薄膜结晶、力学、阻隔及光学性能的影响

研究不同拉伸工艺对双向拉伸聚乳酸(BOPLA)薄膜的晶体结构及宏观性能的影响。采用挤出流延工艺制备PLA预制膜,在双向拉伸试验机上制备了不同拉伸工艺下的BOPLA薄膜,研究了薄膜的结晶、力学、阻隔及光学性能。结果表明,随着拉伸比的增大,拉伸诱导PLA薄膜结晶,相对结晶度提高至37.84%,较1×1(未拉伸)的BOPLA薄膜提高了近3倍,玻璃化转变温度(Tg)提高至65.32℃。沿纵向(MD)、横向(TD)的抗拉强度得到提升,分别达到84.47, 93.44 MPa,而断后伸长率在拉伸比为2×2时达到最大值,分别为39.81%、42.29%。拉伸温度的升高,导致分子链热运动加快,链段向晶核扩散和堆砌速度提高,结晶速率加快,从而相对结晶度提高,提升至48.99%,且热诱导结晶促进了更加完善的晶型(α晶型)的生成。拉伸温度升高有利于提高双向拉伸PLA薄膜的氧气阻隔性能,130℃时氧气透过系数下降至8.61×10^(-16)cm^(3)·cm/(cm^(2)·s·Pa),相比80℃拉伸温度下降了59.7%,但抗拉强度、断后伸长率都呈下降趋势。这是因为快速的链松弛会促使分子链解取向,限制应变诱导结晶,破坏分子链的缠结网络。拉伸速率的增加,增强了非晶链的取向和结晶。当拉伸速率为600%/s时,薄膜沿MD方向的断后伸长率得到大幅提升,能提升至37.62%。