CN102120873B

CN102120873B - 一种双向拉伸聚芳醚酮薄膜及其制备方法

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Publication number: CN102120873B
Application number: CN201110021115A
Authority: CN
Inventors: 饶先花; 赵东辉; 曾祥斌; 曹民
Original assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd; Shanghai Kingfa Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd; Shanghai Kingfa Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: CN102120873A

Abstract

本发明公开一种双向拉伸聚芳醚酮薄膜及其制备方法。所述聚芳醚酮薄膜的制备方法是通过将干燥的聚芳醚酮树脂加入到捏合挤出机中360~390℃熔融后，经过模头挤压出热膜片，将聚芳醚酮热膜片冷却至100~185℃，然后在145~220℃，拉伸比范围2~6下依次进行纵向拉伸和横向拉伸后，在300~360℃下热定型处理20~60秒，收卷得到聚芳醚酮薄膜通过本发明方法制备的薄膜，其阻隔性能得到提高，对气体和水汽的渗透性降低，光学性能、透明度、表面光泽度得到提高，耐热耐寒性得到改善，具有更好的尺寸稳定性、厚度均匀性，厚度偏差小，易于实现高自动化程度和高速生产，可以广泛应用于微电子领域。

Description

一种双向拉伸聚芳醚酮薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及特种工程塑料制品加工工艺领域，具体涉及一种双向拉伸聚芳醚酮薄膜及其制备方法。

背景技术

聚芳醚酮是一种性能优异的特种工程塑料。具有高的力学强度、耐热性、耐摩擦性、耐药品性、耐水分解性等，同时还有优异的加工性，易于注射成型、挤出成型，可得到复杂的成型制品。多应用在要求具备高温高湿等苛刻的使用环境。如汽车、电子电气领域、石油化工、宇航等领域。

聚芳醚酮薄膜具有高耐热性、良好的电气特性。特别是它的耐化学药品性、耐水解性、耐放射性、难燃性等性质，作为一种多功能的高性能产品，在多种条件下均表现出广泛的特性，包括耐高温性能、机械强度、耐化学腐蚀、电绝缘性、耐磨性和低吸湿性，在很多领域已经表现出较高的开拓潜力。由于聚芳醚酮的耐高温特点决定其加工设备开发困难，温度较高，至今为止，世界上可生产聚芳醚酮薄膜的厂家非常少。有日本住友化学工业公司，三井东亚化学公司、ICI公司。

聚芳醚酮是一种半结晶型聚合物，其分子之间存在着较强的作用。采用不同的加工条件，可以得到不同结晶度的聚芳醚酮。

现有的聚芳醚酮薄膜是通过将聚芳醚酮熔融后经过挤出得到的，其拉伸强度较低，透光性较差，因此应用受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中聚芳醚酮的拉伸强度和透光性能较差的缺点，提供一种具有优异的拉伸强度和透光性能的聚芳醚酮薄膜。

本发明的另一个目的在于提供所述聚芳醚酮薄膜的制备方法。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种双向拉伸聚芳醚酮薄膜，通过如下方法制备得到，将干燥的聚芳醚酮树脂加入到捏合挤出机中熔融后，经过模头挤压出热膜片，然后经过纵向和横向拉伸，最后热定型，收卷得到聚芳醚酮薄膜。

一种双向拉伸聚芳醚酮薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）铸片工序：将干燥后的聚芳醚酮树脂在捏合挤出机中熔融，熔融料筒温度为360~390℃，经模头挤压出聚芳醚酮热膜片，将聚芳醚酮热膜片通过铸片辊筒冷却至100~185℃；

聚芳醚酮热膜片是由铸片辊筒来冷却使之达到或接近达到温度平衡，所述铸片辊筒本身的温度范围被控制在100~185℃，铸片工序的冷却温度范围控制很重要，温差太小，冷却速度过慢，则会导致聚芳醚酮的结晶性提高，薄膜断裂伸长率变低。温差太大，冷却速度过快，也会导致聚芳醚酮薄膜强度和模量降低；因此设备的冷却温度很重要。

（2）纵向拉伸工序：将步骤（1）冷却后的聚芳醚酮膜片在145~220℃的纵向拉伸烘箱中进行纵向拉伸，纵向拉伸比为2~6；

（3）横向拉伸工序：将步骤（2）纵向拉伸后的聚芳醚酮膜片在145~220℃的横向拉伸烘箱中进行横向拉伸，横向拉伸比为2~6；

（4）热定型工序：将步骤（3）横向拉伸后的聚芳醚酮膜片在300~360℃下热定型处理20~60秒；

（5）薄膜收卷；分切包装。

步骤（1）中所述干燥后的聚芳醚酮树脂为在100~150℃下干燥3~5小时的聚芳醚酮树脂。

步骤（1）中所述挤出机的模头优选设有过滤装置。所述过滤装置，可用于把熔融聚芳醚酮中含有的杂质过滤出，以保证树脂纯度，减少薄膜生产中产生的缺陷，提高薄膜质量。

步骤（2）中所述纵向拉伸烘箱分为预热区（或称预热辊筒）和拉伸区（或称拉伸辊筒）两部分，冷却后的聚芳醚酮膜片先进入预热区预热后再进入拉伸区进行纵向拉伸；所述预热区的温度为145~220℃，所述拉伸区的温度为145~200℃。

步骤（3）中所述横向拉伸烘箱分为预热区（或称预热辊筒）和拉伸区（或称拉伸辊筒）两部分，冷却后的聚芳醚酮膜片先进入预热区预热后再进入拉伸区进行横向拉伸；所述预热区的温度为145~220℃，所述拉伸区的温度为145~200℃。

所述步骤（2）和步骤（3）优选为采用红外加热、电阻丝加热或电磁加热的方式进行加热。

所述步骤（4）中所述热定型处理为在拉伸轨道上在热定型烘箱内进行，定型收缩率为3~8%，所述热定型烘箱的温度为300~360℃。

在将聚芳醚酮拉伸成为薄膜的过程中，为了优化聚芳醚酮薄膜的纵向拉伸率，横向拉伸率与薄膜的即时温度、粘度、塑性等重要内部性能之间更合理的配合关系，本发明更具体地增加调控温度的方法，以得到性能更为优异的薄膜。为此，本发明的纵向拉伸工序中，纵向拉伸是先将薄膜在预热辊筒上预热达到或接近热平衡，然后在拉伸辊筒上进行，并在 145~220℃ 范围内分别地控制预热辊筒和拉伸辊筒的优选温度。

类似地，本发明的工艺方法同时还将横向拉伸用的拉伸烘箱分为预热区与拉伸区，从纵向拉伸工序来的聚芳醚酮膜片先经过拉伸烘箱分为预热区与拉伸区，然后在拉伸烘箱的拉伸区内进行横向拉伸，将拉伸烘箱的预热温度范围控制在145~220℃，将横向拉伸烘箱的拉伸区的温度范围控制在145~200℃。采用上述的逐步、多段式的控温方法，使之与拉伸率配合。可以使温度变化与薄膜内晶粒的变化规律更加适应，增加控温精确性，温度与拉伸率的配合更加合理、精确、易控，从而能够提高所制备的薄膜的性能。

另外，在拉伸过程中要尤其注意调节各个辊的速度和张力，各辊通过传动，否则很容易造成薄膜的拉断和产生褶皱等问题。通过各辊的速度和张力调节控制拉伸比。

作为一种优选方案，步骤（1）中所述铸片辊筒的温度优选为100~170℃。

作为一种优选方案，步骤（2）中所述纵向拉伸比优选为3~4。

作为一种优选方案，步骤（3）中所述横向拉伸比优选为3~4。

作为一种最优选方案，步骤（4）中所述热定型烘箱的温度最优选为350℃。

为了综合改善薄膜产品的性能，本发明的工艺方法中采用的原料还可包括适当的抗氧剂、抗静电剂等助剂。

助剂可以在步骤（1）中，与聚芳醚酮树脂粉末同时加入捏合挤出机中。

薄膜收卷为常规的薄膜收卷技术，本发明的制备方法中，还可以包含电晕表面处理等工序。

经过所述制备方法制造出来的聚芳醚酮薄膜，厚度在15~150um 之间，薄膜的物理机械性能优良稳定。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明采用高温铸片双向拉伸工艺制备聚芳醚酮薄膜，可以通过控制不同的条件，获得高拉伸强度，高透光性的聚芳醚酮薄膜；与未进行拉伸的薄膜相比，本发明的聚芳醚酮薄膜机械性能显著提高，拉伸强度为未拉伸薄膜的3~5倍；同时，通过本发明方法制备的薄膜，其阻隔性能得到提高，对气体和水汽的渗透性降低，光学性能、透明度、表面光泽度得到提高，耐热耐寒性得到改善，具有更好的尺寸稳定性、厚度均匀性，厚度偏差小，易于实现高自动化程度和高速生产；由于本发明制备的薄膜性能优异，可以广泛应用于微电子领域。

具体实施方式

以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

测试方法及标准：

透湿性测试：采用薄膜透湿性测试仪，济南兰光生产，TSY-T3型。采用标准GB 1037。

薄膜拉伸性能测试根据国家标准GB/T 16958-2008测试。

透光率测试采用BTG-3型雾度测试仪，济南兰光生产，标准GB2680-1994。

采用专用薄膜厚度测试仪器，精度±0.5um，选取10个点计算厚度偏差。

实施例1

将聚芳醚酮树脂（VisPEEK450，金发科技股份有限公司生产）干燥后，与抗静电剂及其他添加剂等一道加入到捏合挤出机中，在385~390℃下熔融，经过一不锈钢过滤泵装置，再经T型模头挤压成热膜片，向下流落到以线速度3m/min旋转的铸片辊筒上，旋转的铸片辊筒内通有循环冷却水控制辊筒表面的平均温度在130℃，在铸片辊筒表面还加有直流高电压，铸片辊筒上密集静电吸引热膜紧紧贴附在铸片辊筒表面上，并绕过接近180^o包角，使热膜得到迅速充分地冷却，并固化成厚度为0.35mm的非定向厚片。

将该厚片导入到纵向拉伸幅机；在纵向拉伸幅机上，纵向拉伸辊筒按照预热辊筒和拉伸辊筒的不同功能，分别控制有不同的温度，控制纵向预热辊筒平均温度恒定在190℃，厚片在平均拉伸温度180℃下，进行3倍的纵向拉伸，连续地导入到横向拉伸烘箱和横向拉伸幅机上，横向拉伸烘箱分为预热区与拉伸区，拉伸烘箱预热区的平均温度控制为190℃，拉伸烘箱拉伸区的平均温度控制为200℃，将聚芳醚酮横向拉伸到3倍。

然后，将聚芳醚酮薄膜导入到热定型烘箱，热定型烘箱平均温度控制为320℃，薄膜在热定型烘箱内进行热定型，定型收缩率控制在4%，冷却，截断除去两部分，得到宽度为1200mm，厚度为30um，收卷直径为30cm的双轴定向聚芳醚酮薄膜。

该双轴定向聚芳醚酮树脂薄膜的各项指标如下：

密度: 0.92g/cm³，纵向拉伸强度280MPa，横向拉伸强度250 MPa，纵向热收缩率1.5%，横向热收缩率1.3%，透光率85%。

实施例2~5同上，其中相应参数变化如表1所述。

表1 双向拉伸条件表格

实施例	料筒温度（℃）	铸片辊温度（℃）	纵向拉伸温度（℃）	纵向拉伸比	横向拉伸温度（℃）	横向拉伸比	定型温度（℃）	定型时间（s）
									1	390	184	180	3	190	3	320	40
2	385	170	190	4	185	3.5	310	40
									3	380	140	170	3	190	5	330	20
4	370	180	160	5	180	5	300	30
									5	365	100	150	6	200	4	360	20

对比例

将上述同样聚芳醚酮树脂，经过熔融后，直接挤出到一个特制的模具中，铸成厚度为0.5mm薄片样条，经过拉伸测试，得到样条的拉伸强度为80 MPa，断裂伸长率为50%，透光率50%。

表2 双向拉伸薄膜与压片制成薄膜的性能比较

Figure 2011100211155100002DEST_PATH_IMAGE001

Claims

1.一种双向拉伸聚芳醚酮薄膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将干燥后的聚芳醚酮树脂在捏合挤出机中熔融，熔融料筒温度为360～390℃，经模头挤压出聚芳醚酮热膜片，将聚芳醚酮热膜片通过铸片辊筒冷却至100～185℃；

(2)将步骤(1)冷却后的聚芳醚酮热膜片在145～220℃的纵向拉伸烘箱中进行纵向拉伸，纵向拉伸比为2～6；

(3)将步骤(2)纵向拉伸后的聚芳醚酮膜片在145～220℃的横向拉伸烘箱中进行横向拉伸，横向拉伸比为2～6；

(4)将步骤(3)横向拉伸后的聚芳醚酮膜片在300～360℃下热定型处理20～60秒；

(5)薄膜收卷；分切包装；

步骤(4)中所述热定型处理为在拉伸轨道上在热定型烘箱内进行，定型收缩率为3～8％，所述热定型烘箱的温度为300～360℃。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述干燥后的聚芳醚酮树脂为在100～150℃下干燥3～5小时的聚芳醚酮树脂。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述挤出机的模头设有过滤装置。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述纵向拉伸烘箱分为预热区和拉伸区两部分，冷却后的聚芳醚酮膜片先进入预热区预热后再进入拉伸区进行纵向拉伸。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述预热区的温度为145～220℃，所述拉伸区的温度为145～200℃。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述横向拉伸烘箱分为预热区和拉伸区两部分，冷却后的聚芳醚酮膜片先进入预热区预热后再进入拉伸区进行横向拉伸。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述预热区的温度为145～220℃，所述拉伸区的温度为145～200℃。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤(2)和步骤(3)为采用红外加热、电阻丝加热或电磁加热的方式进行加热。