專利名稱：一種電容器用超薄型聚酯薄膜及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙向拉伸聚酯薄膜及其生產(chǎn)方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。具體地說(shuō)，涉及一種超薄型的用作微型電容器用基材的聚酯薄膜及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
雙向拉伸聚酯薄膜，由于其優(yōu)良的物理機(jī)械性能、電器絕緣性能、阻隔性能、耐熱性能、光學(xué)性能以及尺寸穩(wěn)定性等，聚酯薄膜已經(jīng)成為聚酯的第二個(gè)主要應(yīng)用途徑，廣泛應(yīng)用于磁帶、包裝、感光、電器絕緣、印刷、繪圖、標(biāo)簽等等領(lǐng)域。隨著聚酯薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，普通聚酯薄膜的某些性能引進(jìn)不能滿足在某些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用，市場(chǎng)急需具有某些特殊功能的功能性聚酯薄膜，如亞光型聚酯薄膜、抗靜電聚酯薄膜、熱收縮聚酯薄膜、超薄型電容器用薄膜、超薄型熱轉(zhuǎn)移(Thermal Transfer Ribbon，簡(jiǎn)稱TTR)薄膜等等。隨著電子、電器等行業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)于其中必不可少的電氣元件——電容器來(lái)說(shuō)，要求氣不斷向微型化、高電容、高穩(wěn)定性發(fā)展。這樣也勢(shì)必要求用作微型電容器絕緣基材的的聚酯薄膜，具有相對(duì)于一般聚酯薄膜特殊的性能要求厚度超薄而且均勻、優(yōu)良的介電性能、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。目前國(guó)際上，常規(guī)的超薄型電容膜加工方法，一般都采用各自專用的原料，采用專用生產(chǎn)線以及特殊的拉伸方式制成。其中專用原料，一般采用二氧化硅(SiO2)和碳酸鈣(CaCO3)作為無(wú)機(jī)添加劑，以提高薄膜在加工過(guò)程的靜電吸附性能以及薄膜表面摩擦系數(shù)。由于CaCO3呈弱堿性，容易和乙二醇反應(yīng)從而團(tuán)聚，因此只能采用對(duì)苯二甲酸二甲酯 (Dimethyl terephthalate method)酯交換-縮聚法(簡(jiǎn)稱DMT法)方法制備，但由于DMT法存在生產(chǎn)流程長(zhǎng)、設(shè)備多、投資大，且在生產(chǎn)過(guò)程中有有毒物質(zhì)甲醇參與污染較多等缺點(diǎn)， 目前已經(jīng)逐步淘汰。此外，SiO2和CaCO3的均勻分散也是一大難點(diǎn)。普通的聚酯薄膜的制備中，目前大都采用單點(diǎn)拉伸的方法。其中縱拉的最高溫度一般不超過(guò)100°c，拉伸倍率在3. 5-4. 0之間，且最常用在3. 8以下；橫拉的拉伸倍率在 3. 8-4. 3之間，最常用在4. 0-4. 2之間，而橫向拉伸的松弛率在7%左右。這些工藝相對(duì)而言，成膜穩(wěn)定性好，同時(shí)由于鑄片速度快(一般80m/min以上)，生產(chǎn)線速度快、產(chǎn)能大。而超薄型電容聚酯薄膜的制備，困難在于一是由于鑄片速度上不去引起生產(chǎn)線速度偏低，二是厚度公差很難達(dá)到4%以內(nèi)，薄膜的熱性能不佳，以及薄膜電弱點(diǎn)的控制等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所本發(fā)明旨在通過(guò)在制備聚酯原料過(guò)程添加劑種類的選擇、添加劑的分散方法調(diào)整、原料配方和制備工藝的調(diào)整，克服上述超薄型電容膜生產(chǎn)缺點(diǎn)，以提供一種具有厚度均勻、介電性能優(yōu)良、熱穩(wěn)定性優(yōu)異等特點(diǎn)的超薄型電容用聚酯薄膜，以及相應(yīng)的制備方法。本發(fā)明通過(guò)兩個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)，第一步專用聚酯母切片的制備，第二部超薄型電容器用酯薄膜的制備。
本發(fā)明選用了納米級(jí)球形SiA作為首選添加劑。一般的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (polyethylene terephthalate,簡(jiǎn)稱PET)薄膜中加入SiO2添加劑作為開口劑，SiO2粉體的粒徑控制在2-4 μ m,且目前通用為4. 2um。而超薄膜本身薄膜厚度就在4. Oum左右，4um 的S^2容易在顆粒邊緣形成微小孔洞，從而影響薄膜的成膜性以及最終薄膜的電性能。本發(fā)明采用的納米級(jí)材料因具有比表面積大、表層原子數(shù)多、表面活性高等特點(diǎn)，填充到聚合物后與聚合物的界面粘結(jié)強(qiáng)度就高，減小了添加劑從薄膜表面剝落的可能性。而且球形添加劑可以提高薄膜的加工性能，使薄膜具有良好的收卷性能和分切性能，也避免了粒徑過(guò)大引起的成膜穩(wěn)定性、電性能變差影響。此外，為了降低聚酯切片的熔融比電阻，本發(fā)明在切片加工過(guò)程中還少量添加了一種醋酸金屬化合物——醋酸鎂，以提高在薄膜制備過(guò)程中的靜電吸附能力，添加量控制在250480PPM。醋酸鎂呈中性，避免了 CaCO3弱堿性的缺點(diǎn)， 可以直接采用精對(duì)苯二甲酸(Purified terephthalic acid)直接酯化-縮聚法(簡(jiǎn)稱PTA 法)制備。PTA法制備聚酯切片，由于其副產(chǎn)物為水，環(huán)境污染小，國(guó)內(nèi)大部分的聚酯生產(chǎn)設(shè)備都可以滿足本發(fā)明需求原料的制備。由于SiO2在乙二醇(ethylene glycol，簡(jiǎn)稱EG)中非常容易凝聚，因此需要進(jìn)行表面處理，同時(shí)還要考慮如何均勻把添加劑分散到聚酯中。常用的加工方法有雙輥開煉、螺桿擠出、熔融混合、溶液混合等。但無(wú)機(jī)納米顆粒由于具有極高的表面極性，有很強(qiáng)的團(tuán)聚趨勢(shì)，在聚合物加工過(guò)程中遇熱、力等作用，易破壞其原來(lái)的分散平衡狀態(tài)，往往得到大尺度的團(tuán)聚的添加劑，從而喪失納米顆粒的特有功效。本發(fā)明為了使添加劑能夠均勻分散到聚合物中，采用預(yù)先配置S^2的EG漿料，在酯化后把漿料直接加入反應(yīng)釜的原位聚合法制備切片，其中SiA的EG漿料過(guò)程采用高速攪拌并輔以超聲波分散法，從而獲得了最終在聚酯切片中SW2平均粒徑為lum，含量在4000-4500PPM的滿意效果。本發(fā)明的超薄型電容聚酯薄膜在制備中，采用了專用的超薄型聚酯薄膜生產(chǎn)線， 采用了特殊的制備工藝，從而獲得了性能優(yōu)良的產(chǎn)品。眾所周知，雙向拉伸聚酯薄膜一般的制備方法都包含以下幾個(gè)工序原料干燥、熔融擠出、鑄片成型、縱向拉伸、橫向拉伸、切邊等后處理、收卷等。就本發(fā)明而言，制備工序相同，但在其中幾個(gè)重要環(huán)節(jié)中采用了特別的成膜工藝。首先是在鑄片工序，由于薄膜厚度很薄，而且為了保證絕緣性能，造成本發(fā)明產(chǎn)品在鑄片過(guò)程的靜電吸附性能比較差。在本發(fā)明中，一方面采取在原料制備過(guò)程中添加醋酸金屬氧化物以降低聚酯的熔融比電阻，另一方面在常規(guī)的靜電吸附裝置基礎(chǔ)之上，增加一組邊緣氣嘴對(duì)鑄片邊緣進(jìn)行吹風(fēng)處理，強(qiáng)化對(duì)膜片邊緣的吸附作用，以提高膜片在鑄片輥上的帖附效果。這樣最終，控制鑄片速度在50m/min上下。其次在縱向拉伸上，本發(fā)明采用三點(diǎn)拉伸方式，在提高生產(chǎn)速度的情況下保證薄膜的拉伸強(qiáng)度。對(duì)于PET薄膜來(lái)說(shuō)，拉伸倍率越大，薄膜強(qiáng)度越高、但熱收縮也大；拉伸溫度越高，則薄膜的強(qiáng)度低、熱收縮也低。本發(fā)明確定了縱向拉伸工藝為拉伸倍率在4. 4-4. 7， 拉伸區(qū)域溫度在100-115°C，同時(shí)輔助以紅外燈瞬時(shí)加熱，以提高膜片的溫度。同時(shí)為了避免膜片在高溫時(shí)與輥面粘連，提高薄膜厚度的均勻性和生產(chǎn)的穩(wěn)定性，本發(fā)明專門對(duì)縱向 (MDO)拉伸設(shè)備進(jìn)行了改造，在預(yù)熱段采用特氟隆材質(zhì)輥筒、拉伸段采用硅橡膠輥筒和陶瓷輥、冷卻段采用鍍鉻輥，同時(shí)對(duì)陶瓷輥表面也進(jìn)行提高粗糙度的處理，以確保設(shè)備滿足生產(chǎn)的工藝要求。上述改造既能確保膜片在縱拉設(shè)備(MDO)上有較高的溫度、又可防止膜片粘棍。在橫向工序上，控制重點(diǎn)有兩個(gè)。一是合理的工藝以保證成膜穩(wěn)定性，另一個(gè)是良好的熱定型工藝以保證薄膜良好的熱穩(wěn)定性能。眾所周知，PET雙向拉伸薄膜，厚度越小則成膜穩(wěn)定性越差；橫向拉伸倍率過(guò)大，成膜不穩(wěn)定，拉伸倍率過(guò)小，則容易造成薄膜因拉伸不充分引起厚度公差不良。此外，如果薄膜在橫拉箱體內(nèi)出現(xiàn)較大抖動(dòng)，也容易破膜。本發(fā)明中，為了很好的控制成膜穩(wěn)定性和薄膜厚度公差，工藝控制為拉伸溫度在110-120°C之間分7個(gè)區(qū)域逐步遞升，拉伸倍率3. 5-3. 7，同時(shí)降低拉伸段風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以降低風(fēng)速，從而減小薄膜抖動(dòng)，以減小對(duì)薄膜成膜穩(wěn)定性的影響。橫拉熱定型的作用是使薄膜的分子鏈取向轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶取向，從而消除內(nèi)應(yīng)力，使薄膜獲得良好的耐熱性能。一般而言，經(jīng)過(guò)熱定型之后，薄膜的結(jié)晶度可達(dá)45%-55%，從而降低薄膜的熱收縮率，保證薄膜的尺寸穩(wěn)定性。但是如果熱定型溫度過(guò)高，一方面會(huì)降低薄膜的拉伸強(qiáng)度，另一方面也容易因薄膜結(jié)晶度過(guò)高而使薄膜變脆，引起定型破膜；熱定型溫度過(guò)低則達(dá)不到熱定型的要求，使薄膜熱穩(wěn)定性能不良。而超薄膜由于薄膜厚度偏低， 它的熱定型速度比常規(guī)的PET薄膜要快很多，如果以常規(guī)的熱定型工藝生產(chǎn)，反而會(huì)造成薄膜再熱定型之后的松弛困難，最終產(chǎn)品的橫向熱收縮偏高。本發(fā)明采用的熱定型溫度在 225-230°C，松弛穩(wěn)定度150°C _180°C，保證薄膜的尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)熱定型距離從15m縮短到12m，最終獲得了具有熱穩(wěn)定性優(yōu)異的超薄型電容聚酯薄膜。根據(jù)以上所述，本發(fā)明提供一種電容器用超薄型聚酯薄膜專用原料，該原料以納米級(jí)球形SW2作為首選添加劑，添加量在4000-4500PPM，并添加250480ΡΡΜ的醋酸鎂，用采用直接分散法原位聚合同時(shí)輔以超聲波分散法使上述添加劑在聚酯切片中分散均勻。利用專用的超薄膜生產(chǎn)線并加以部分改造，采用特殊的生產(chǎn)工藝，特別是在縱向拉伸和橫向拉伸工藝上和常規(guī)雙向拉伸薄膜有極大的不同。在縱拉工藝上，采用拉伸倍率在4. 4-4. 7， 拉伸區(qū)域溫度在100-115°C ；橫拉工藝上采用較低的拉伸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，拉伸溫度在110-120°C 之間，拉伸倍率3. 5-3. 7，熱定型溫度225— 30°C，松弛穩(wěn)定度150°C _180°C，同時(shí)熱定型距離從15m縮短到12m，從而獲得了具有如下厚度超薄而且均勻，介電性能優(yōu)良，熱穩(wěn)定性優(yōu)異的超薄型電容聚酯薄膜。
權(quán)利要求
1.一種電容器用超薄型聚酯薄膜，其特征在于，所述超薄型聚酯薄膜切片中含有添加量為4000-4500PPM的納米級(jí)球形SW2和添加量為250480PPM的醋酸金屬化合物，其中所述的納米級(jí)球形S^2平均粒徑為lum。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄型聚酯薄膜，其特征在于，所述的醋酸金屬化合物為醋酸鎂。
3.一種制備電容器用超薄型聚酯薄膜的方法，其步驟包括聚酯切片制備和聚酯薄膜制備，其特征在于，所述超薄型聚酯薄膜在切片制備中先將4000-4500PPM的納米級(jí)球形 SiO2與添加量為250480ΡΡΜ的醋酸金屬化合物一起通過(guò)高速離心攪拌，并輔助以超聲波， 均勻分散在乙二醇中形成漿料，然后在聚合釜上進(jìn)行酯化、縮聚、鑄帶、切粒，原位聚合制備成PET切片；所述聚酯薄膜制備分為先縱向拉伸、后橫向拉伸，所述縱向拉伸的拉伸倍率為4. 4-4. 7，拉伸區(qū)域溫度為100-115°C，同時(shí)輔助以紅外燈瞬時(shí)加熱；橫向拉伸的拉伸溫度在110-120°C之間，拉伸倍率為3. 5-3. 7，同時(shí)降低拉伸段風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；橫向熱定型溫度 225-230°C，松弛穩(wěn)定度150°C _180°C，熱定型距離從15m縮短到12m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備超薄型聚酯薄膜的方法，其特征在于，所述拉伸工藝中， 采用的縱向拉伸(MDO)設(shè)備在預(yù)熱段采用特氟隆材質(zhì)輥筒，拉伸段采用硅橡膠輥筒和陶瓷輥，冷卻段采用鍍鉻輥。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備超薄型聚酯薄膜的方法，其特征在于，所述的鑄片成型工序中，鑄片的靜電絲上有一組邊緣氣嘴，鑄片速度為50m/min。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電容器用超薄型雙向拉伸聚酯薄膜，所述聚酯薄膜切片中含有添加量為4000-4500PPM的納米級(jí)球形SiO2和添加量為250-280PPM的醋酸金屬化合物，其中所述的納米級(jí)球形SiO2平均粒徑為1um，醋酸金屬化合物為醋酸鎂。本發(fā)明還提供制備上述電容器用超薄型聚酯薄膜的生產(chǎn)方法，包括一個(gè)聚酯切片制備步驟和一個(gè)雙向拉伸聚酯薄膜制備步驟。本發(fā)明的聚酯薄膜具有厚度均勻、介電性能優(yōu)良、熱穩(wěn)定性優(yōu)異等性能，可用作電容器基材。
文檔編號(hào)B29C55/14GK102558775SQ20101060197
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者張志遠(yuǎn), 張萍, 陳國(guó)剛 申請(qǐng)人:上海紫東薄膜材料股份有限公司