一種電容器用超薄型聚酯薄膜及其生產方法

2023-10-07 01:14:14

專利名稱：一種電容器用超薄型聚酯薄膜及其生產方法
技術領域：
本發明涉及一種雙向拉伸聚酯薄膜及其生產方法，屬於複合材料技術領域。具體地說，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方法。
背景技術：
雙向拉伸聚酯薄膜，由於其優良的物理機械性能、電器絕緣性能、阻隔性能、耐熱性能、光學性能以及尺寸穩定性等，聚酯薄膜已經成為聚酯的第二個主要應用途徑，廣泛應用於磁帶、包裝、感光、電器絕緣、印刷、繪圖、標籤等等領域。隨著聚酯薄膜的應用領域的日益擴大，普通聚酯薄膜的某些性能引進不能滿足在某些特殊領域的應用，市場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、超薄型熱轉移(Thermal Transfer Ribbon，簡稱TTR)薄膜等等。隨著電子、電器等行業的高速發展，對於其中必不可少的電氣元件——電容器來說，要求氣不斷向微型化、高電容、高穩定性發展。這樣也勢必要求用作微型電容器絕緣基材的的聚酯薄膜，具有相對於一般聚酯薄膜特殊的性能要求厚度超薄而且均勻、優良的介電性能、優異的熱穩定性。目前國際上，常規的超薄型電容膜加工方法，一般都採用各自專用的原料，採用專用生產線以及特殊的拉伸方式製成。其中專用原料，一般採用二氧化矽(SiO2)和碳酸鈣(CaCO3)作為無機添加劑，以提高薄膜在加工過程的靜電吸附性能以及薄膜表面摩擦係數。由於CaCO3呈弱鹼性，容易和乙二醇反應從而團聚，因此只能採用對苯二甲酸二甲酯 (Dimethyl terephthalate method)酯交換-縮聚法(簡稱DMT法)方法製備，但由於DMT法存在生產流程長、設備多、投資大，且在生產過程中有有毒物質甲醇參與汙染較多等缺點， 目前已經逐步淘汰。此外，SiO2和CaCO3的均勻分散也是一大難點。普通的聚酯薄膜的製備中，目前大都採用單點拉伸的方法。其中縱拉的最高溫度一般不超過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，而橫向拉伸的鬆弛率在7%左右。這些工藝相對而言，成膜穩定性好，同時由於鑄片速度快(一般80m/min以上)，生產線速度快、產能大。而超薄型電容聚酯薄膜的製備，困難在於一是由於鑄片速度上不去引起生產線速度偏低，二是厚度公差很難達到4%以內，薄膜的熱性能不佳，以及薄膜電弱點的控制等。

發明內容
本發明所本發明旨在通過在製備聚酯原料過程添加劑種類的選擇、添加劑的分散方法調整、原料配方和製備工藝的調整，克服上述超薄型電容膜生產缺點，以提供一種具有厚度均勻、介電性能優良、熱穩定性優異等特點的超薄型電容用聚酯薄膜，以及相應的製備方法。本發明通過兩個步驟實現，第一步專用聚酯母切片的製備，第二部超薄型電容器用酯薄膜的製備。
本發明選用了納米級球形SiA作為首選添加劑。一般的聚對苯二甲酸乙二醇酯 (polyethylene terephthalate,簡稱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。本發明採用的納米級材料因具有比表面積大、表層原子數多、表面活性高等特點，填充到聚合物後與聚合物的界面粘結強度就高，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，也避免了粒徑過大引起的成膜穩定性、電性能變差影響。此外，為了降低聚酯切片的熔融比電阻，本發明在切片加工過程中還少量添加了一種醋酸金屬化合物——醋酸鎂，以提高在薄膜製備過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弱鹼性的缺點， 可以直接採用精對苯二甲酸(Purified terephthalic acid)直接酯化-縮聚法(簡稱PTA 法)製備。PTA法製備聚酯切片，由於其副產物為水，環境汙染小，國內大部分的聚酯生產設備都可以滿足本發明需求原料的製備。由於SiO2在乙二醇(ethylene glycol，簡稱EG)中非常容易凝聚，因此需要進行表面處理，同時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、螺杆擠出、熔融混合、溶液混合等。但無機納米顆粒由於具有極高的表面極性，有很強的團聚趨勢，在聚合物加工過程中遇熱、力等作用，易破壞其原來的分散平衡狀態，往往得到大尺度的團聚的添加劑，從而喪失納米顆粒的特有功效。本發明為了使添加劑能夠均勻分散到聚合物中，採用預先配置S^2的EG漿料，在酯化後把漿料直接加入反應釜的原位聚合法製備切片，其中SiA的EG漿料過程採用高速攪拌並輔以超聲波分散法，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。本發明的超薄型電容聚酯薄膜在製備中，採用了專用的超薄型聚酯薄膜生產線， 採用了特殊的製備工藝，從而獲得了性能優良的產品。眾所周知，雙向拉伸聚酯薄膜一般的製備方法都包含以下幾個工序原料乾燥、熔融擠出、鑄片成型、縱向拉伸、橫向拉伸、切邊等後處理、收卷等。就本發明而言，製備工序相同，但在其中幾個重要環節中採用了特別的成膜工藝。首先是在鑄片工序，由於薄膜厚度很薄，而且為了保證絕緣性能，造成本發明產品在鑄片過程的靜電吸附性能比較差。在本發明中，一方面採取在原料製備過程中添加醋酸金屬氧化物以降低聚酯的熔融比電阻，另一方面在常規的靜電吸附裝置基礎之上，增加一組邊緣氣嘴對鑄片邊緣進行吹風處理，強化對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，本發明採用三點拉伸方式，在提高生產速度的情況下保證薄膜的拉伸強度。對於PET薄膜來說，拉伸倍率越大，薄膜強度越高、但熱收縮也大；拉伸溫度越高，則薄膜的強度低、熱收縮也低。本發明確定了縱向拉伸工藝為拉伸倍率在4. 4-4. 7， 拉伸區域溫度在100-115°C，同時輔助以紅外燈瞬時加熱，以提高膜片的溫度。同時為了避免膜片在高溫時與輥面粘連，提高薄膜厚度的均勻性和生產的穩定性，本發明專門對縱向 (MDO)拉伸設備進行了改造，在預熱段採用特氟隆材質輥筒、拉伸段採用矽橡膠輥筒和陶瓷輥、冷卻段採用鍍鉻輥，同時對陶瓷輥表面也進行提高粗糙度的處理，以確保設備滿足生產的工藝要求。上述改造既能確保膜片在縱拉設備(MDO)上有較高的溫度、又可防止膜片粘棍。在橫向工序上，控制重點有兩個。一是合理的工藝以保證成膜穩定性，另一個是良好的熱定型工藝以保證薄膜良好的熱穩定性能。眾所周知，PET雙向拉伸薄膜，厚度越小則成膜穩定性越差；橫向拉伸倍率過大，成膜不穩定，拉伸倍率過小，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出現較大抖動，也容易破膜。本發明中，為了很好的控制成膜穩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個區域逐步遞升，拉伸倍率3. 5-3. 7，同時降低拉伸段風機轉速，以降低風速，從而減小薄膜抖動，以減小對薄膜成膜穩定性的影響。橫拉熱定型的作用是使薄膜的分子鏈取向轉變為結晶取向，從而消除內應力，使薄膜獲得良好的耐熱性能。一般而言，經過熱定型之後，薄膜的結晶度可達45%-55%，從而降低薄膜的熱收縮率，保證薄膜的尺寸穩定性。但是如果熱定型溫度過高，一方面會降低薄膜的拉伸強度，另一方面也容易因薄膜結晶度過高而使薄膜變脆，引起定型破膜；熱定型溫度過低則達不到熱定型的要求，使薄膜熱穩定性能不良。而超薄膜由於薄膜厚度偏低， 它的熱定型速度比常規的PET薄膜要快很多，如果以常規的熱定型工藝生產，反而會造成薄膜再熱定型之後的鬆弛困難，最終產品的橫向熱收縮偏高。本發明採用的熱定型溫度在 225-230°C，鬆弛穩定度150°C _180°C，保證薄膜的尺寸穩定性，同時熱定型距離從15m縮短到12m，最終獲得了具有熱穩定性優異的超薄型電容聚酯薄膜。根據以上所述，本發明提供一種電容器用超薄型聚酯薄膜專用原料，該原料以納米級球形SW2作為首選添加劑，添加量在4000-4500PPM，並添加250480ΡΡΜ的醋酸鎂，用採用直接分散法原位聚合同時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線並加以部分改造，採用特殊的生產工藝，特別是在縱向拉伸和橫向拉伸工藝上和常規雙向拉伸薄膜有極大的不同。在縱拉工藝上，採用拉伸倍率在4. 4-4. 7， 拉伸區域溫度在100-115°C ；橫拉工藝上採用較低的拉伸風機轉速，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，鬆弛穩定度150°C _180°C，同時熱定型距離從15m縮短到12m，從而獲得了具有如下厚度超薄而且均勻，介電性能優良，熱穩定性優異的超薄型電容聚酯薄膜。
權利要求
1.一種電容器用超薄型聚酯薄膜，其特徵在於，所述超薄型聚酯薄膜切片中含有添加量為4000-4500PPM的納米級球形SW2和添加量為250480PPM的醋酸金屬化合物，其中所述的納米級球形S^2平均粒徑為lum。
2.根據權利要求1所述的超薄型聚酯薄膜，其特徵在於，所述的醋酸金屬化合物為醋酸鎂。
3.一種製備電容器用超薄型聚酯薄膜的方法，其步驟包括聚酯切片製備和聚酯薄膜製備，其特徵在於，所述超薄型聚酯薄膜在切片製備中先將4000-4500PPM的納米級球形 SiO2與添加量為250480ΡΡΜ的醋酸金屬化合物一起通過高速離心攪拌，並輔助以超聲波， 均勻分散在乙二醇中形成漿料，然後在聚合釜上進行酯化、縮聚、鑄帶、切粒，原位聚合製備成PET切片；所述聚酯薄膜製備分為先縱向拉伸、後橫向拉伸，所述縱向拉伸的拉伸倍率為4. 4-4. 7，拉伸區域溫度為100-115°C，同時輔助以紅外燈瞬時加熱；橫向拉伸的拉伸溫度在110-120°C之間，拉伸倍率為3. 5-3. 7，同時降低拉伸段風機轉速；橫向熱定型溫度 225-230°C，鬆弛穩定度150°C _180°C，熱定型距離從15m縮短到12m。
4.根據權利要求3所述的製備超薄型聚酯薄膜的方法，其特徵在於，所述拉伸工藝中， 採用的縱向拉伸(MDO)設備在預熱段採用特氟隆材質輥筒，拉伸段採用矽橡膠輥筒和陶瓷輥，冷卻段採用鍍鉻輥。
5.根據權利要求3所述的製備超薄型聚酯薄膜的方法，其特徵在於，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，其中所述的納米級球形SiO2平均粒徑為1um，醋酸金屬化合物為醋酸鎂。本發明還提供製備上述電容器用超薄型聚酯薄膜的生產方法，包括一個聚酯切片製備步驟和一個雙向拉伸聚酯薄膜製備步驟。本發明的聚酯薄膜具有厚度均勻、介電性能優良、熱穩定性優異等性能，可用作電容器基材。
文檔編號B29C55/14GK102558775SQ20101060197
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月23日 優先權日2010年12月23日
發明者張志遠, 張萍, 陳國剛 申請人:上海紫東薄膜材料股份有限公司