CN106189118A - 具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜，其由以下质量百分含量的材料组成：对苯二甲酸52％～75％；乙二醇23％～42％；1,4‑环己烷二甲醇0.3％～2％；聚氧化丙烯三醇0.1％～2％；2,3,4,4’‑四羟基二苯基甲烷0.1％～3％；季戊四醇0.2％～2％；1,3,5‑环己烷三醇0.2％～2％；乙二醇锑0.5％～6％；二氧化锗0.1％～1％；醋酸钴0.1％～1％；钛酸四丁酯0.1％～2％；滑石粉0.1％～1％；马来酸酐0.1％～2％；聚丙烯0.1％～2％；聚对苯二甲酸丁二醇酯1％～5％；本发明的绝缘薄膜能有效阻碍蒸汽通过薄膜，保障绝缘薄膜的绝缘密封性能，同时兼具有良好的韧性。

Description

具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜及其制造方法

技术领域

本发明属于电子绝缘材料领域，特别涉及一种具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜及其制造方法。

背景技术

PET薄膜是一种性能比较全面的的薄膜材料，PET薄膜的机械性能优良，其强韧性是所有热塑性塑料中最好的，抗张强度和抗冲击强度比一般薄膜高得多；且挺力好，尺寸稳定，适于印刷、纸袋等二次加工。PET薄膜还具有优良的耐热、耐寒性和良好的耐化学药品性和耐油性，防潮性中等，在低温下透湿率下降，特别是在高温、高湿的环境里，电晕处理后的薄膜张力很容易衰减。

聚对苯二甲酸乙二醇酯简称PET，为高分子聚合物，由对苯二甲酸乙二醇酯发生脱水缩合反应而来。对苯二甲酸乙二醇酯是由对苯二甲酸和乙二醇发生酯化反应所得。PET是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。PET塑料分子结构高度对称，具有一定的结晶取向能力，故而具有较高的成膜性和成性。PET塑料具有很好的光学性能和耐候性，非晶态的PET塑料具有良好的光学透明性。另外PET塑料具有优良的耐磨耗摩擦性和尺寸稳定性及电绝缘性。PET做成的瓶具有强度大、透明性好、无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等因而受到了广泛的应用，特别是在电气绝缘材料、电容器膜、柔性印刷电路板及薄膜开关等电子领域和机械领域。

由于PET薄膜的水汽透过率不理想，致使绝缘薄膜的绝缘密封性能下降，而往往为了减小绝缘薄膜的水汽透过率，会导致绝缘薄膜的增韧性能不足，导致绝缘薄膜容易破损、开裂，由此，亟需一种密封性能好、同时兼具良好增韧性的绝缘薄膜。

发明内容

针对上述技术问题，本发明中提出了一种具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜及其制造方法，本发明的绝缘薄膜能有效阻碍蒸汽通过薄膜，保障绝缘薄膜的绝缘密封性能，同时兼具有良好的韧性。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜，原料配方由以下质量百分含量的材料组成：

以上材料的质量百分含量总和为100％。

优选的，所述滑石粉能够通过800目筛网；所述二氧化锗为能够通过800目筛网的白色粉末。

优选的，所述乙二醇锑能够通过600目筛网。

一种具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜的制造方法，包括以下步骤：

步骤1)按上述原料配方的比例进行称取；

步骤2)将称取好的对苯二甲酸、乙二醇、1,4-环己烷二甲醇、聚氧化丙烯三醇、2,3,4,4’-四羟基二苯基甲烷、季戊四醇、1,3,5-环己烷三醇、乙二醇锑、二氧化锗、醋酸钴和钛酸四丁酯组成的混合物料混合均匀后送至第一酯化反应器中进行酯化反应，生成第一酯化物；

步骤3)将所述第一酯化物和称取好的所述马来酸酐和聚丙烯同时放入第二酯化反应器中进行酯化反应，生成第二酯化物；

步骤4)将第二酯化物和称取好的所述聚对苯二甲酸丁二醇酯送入预缩聚反应器中进行预缩聚反应，生成第一预聚物，将所述第一预聚物经过预聚物过滤器过滤后和称取好的所述滑石粉送入终缩聚反应器中进行终缩聚反应，最终通入氮气，输出共聚酯切片；

步骤5)将所述共聚酯切片进行后续加工处理，得到绝缘薄膜。

优选的，所述步骤2)中，将所述混合物料送入浆料调配槽中，在浆料调配槽搅拌器的作用下，搅拌均匀，搅拌器的转速为6r/min，搅拌混合时间为4h。

优选的，所述第一酯化反应温度为245～255℃，第二酯化反应温度为255～265℃，所述预缩聚反应器的操作压力为9～11kPa，所述终缩聚反应器的工作温度为265～275℃。

优选的，所述步骤5)中，将所述共聚酯切片和聚酯母料按一定比例混合均匀后，依次进行预结晶、干燥处理、加热熔融塑化和铸片过程，生成绝缘厚片，将所述聚酯厚片双向拉伸，最终生成绝缘薄膜。

优选的，所述聚酯母料中含有二氧化硅和高岭土。

优选的，预结晶和干燥温度为150℃～170℃，干燥时间3～4h。

优选的，所述加热熔融塑化的加热温度为275℃～285℃。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明的绝缘薄膜的水汽透过率低，有效保障了绝缘薄膜的绝缘密封性能；

2、本发明的绝缘薄膜具有较好的韧性，不易破损开裂，可靠性高；

3、本发明的绝缘薄膜的制备工艺简单可行，便于产业化。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本发明所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

本发明以对苯二甲酸—乙二醇为基础，并引入1,4-环己烷二甲醇、聚氧化丙烯三醇、2,3,4,4’-四羟基二苯基甲烷、季戊四醇以及1,3,5-环己烷三醇作为添加剂，旨在充分降低绝缘薄膜的水蒸气透过率，使得绝缘薄膜起到很好的水汽阻隔作用，并且不影响自身的绝缘性能。同时，引入乙二醇锑、二氧化锗、醋酸钴以及钛酸四丁酯作为酯化和缩聚反应过程催化剂，并且引入滑石粉作为成核剂，与酯化进行共混，旨在降低绝缘薄膜在蒸汽环境中的收缩率，保持薄膜形态和性能，同时提高了绝缘薄膜的耐热性能。同时，引入醋酸锑、二氧化锗和磷酸三甲酯作为酯化和缩聚反应过程催化剂，并且引入马来甘酸和苯乙烯，作为绝缘薄膜的增韧剂，旨在提高绝缘薄膜的韧性，最后配合加入适量的聚对苯二甲酸丁二醇酯，旨在提高了绝缘薄膜的耐热性能，同时缩小了绝缘薄膜的受热收缩率，保障绝缘薄膜的绝缘性能，也就是提高绝缘薄膜的受热稳定性。

制备采用过程采用两次酯化、两次缩聚，与马来酸酐、聚丙烯、滑石粉、聚对苯二甲酸丁二醇酯以及聚酯母料混合后依次进行预结晶、干燥处理、加热熔融塑化和铸片过程，生成绝缘厚片，将所述聚酯厚片双向拉伸，最终生成绝缘薄膜。

常规的以对苯二甲酸和乙二醇为原料，催化酯化制备的聚酯薄膜的透水率高，影响薄膜的绝缘性能，同时，绝缘薄膜的韧性不高，易破损和开裂。为了降低绝缘薄膜在蒸汽环境中的蒸汽透过率，以提高绝缘薄膜的绝缘可靠性，为此，进行以下配方改进：

1)引入1,4-环己烷二甲醇，其范围控制在0.3wt％～2wt％，在合成绝缘薄膜中引入1,4-环己烷二甲醇可以降低合成过程中聚酯的熔点、升高璃化温度，将共聚物变为非结晶结构，从而使得绝缘薄膜更加致密，减少水分子透过率；

2)引入多种多元醇，其中，聚氧化丙烯三醇的加入量为0.1wt％～2wt％；2,3,4,4’-四羟基二苯基甲烷0.1％～3％；季戊四醇的加入量为0.2wt％～2wt％；1,3,5-环己烷三醇的加入量为0.2wt％～2wt％；多元醇的引入，降低了聚酯大分子的结晶速度，使得聚酯分子间排列更加致密，降低由于结晶速度过快而导致绝缘薄膜内部生成的过多缺陷，进一步增加了绝缘薄膜的致密度，从而降低水分子透过率；

3)引入马来酸酐和聚丙烯烯作为增韧剂，其控制范围都在0.1wt％～2wt％，增韧剂的引入提高了绝缘薄膜的韧性，很好的保持了薄膜分子间的作用力，进一步降低了水分子的透过率；

4)引入聚对苯二甲酸丁二醇酯，其控制范围在1wt％～5wt％，聚对苯二甲酸丁二醇酯的引入提高了绝缘薄膜的耐热性能，同时缩小了绝缘薄膜的受热收缩率，保持了薄膜的原有的形态；

5)引入乙二醇锑，其控制范围在0.5wt％～6wt％，现有技术中多采用醋酸锑或三氧化二锑来作为聚酯合成的催化剂，本发明采用乙二醇锑来代替催化剂醋酸锑或三氧化二锑，乙二醇锑的催化效率更高，可以减少投入使用量，同时，可以大量减少乙二醇的投入量，减少成本，并且，避免因使用醋酸锑而产生的刺鼻酸味；

6)引入滑石粉，其控制范围在0.1wt％～1wt％，滑石粉与聚酯物料有很好的相容性，滑石粉作为成核剂，与酯化进行共混，旨在降低绝缘薄膜在高温蒸汽环境中的收缩率，保持薄膜形态和性能，同时提高了绝缘薄膜的耐热性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜，原料配方由以下质量百分含量的材料组成：

以上材料的质量百分含量总和为100％。

上述技术方案中，所述滑石粉能够通过800目筛网，滑石粉过筛后更加均匀，分散在合成原料中，与原料更好的结合，起到成核剂的作用，降低绝缘薄膜在高温蒸汽环境中的收缩率，保持薄膜形态和性能，同时提高了绝缘薄膜的耐热性能。

上述技术方案中，所述乙二醇锑能够通过600目筛网，加强乙二醇的催化作用，同时，加入醋酸钴，其范围在0.1wt％～1wt％；加入钛酸四丁酯，其范围在0.1wt％～2wt％；加入二氧化锗，其范围在0.1wt％～1wt％；所述二氧化锗为能够通过800目筛网的白色粉末。乙二醇锑、醋酸钴、二氧化锗以及钛酸四丁酯作为聚酯薄膜的合成催化剂。

一种具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜的制造方法，包括以下步骤：

步骤1)按上述原料配方的比例进行称取；

步骤2)将称取好的对苯二甲酸、乙二醇、1,4-环己烷二甲醇、聚氧化丙烯三醇、2,3,4,4’-四羟基二苯基甲烷、季戊四醇、1,3,5-环己烷三醇、乙二醇锑、二氧化锗、醋酸钴和钛酸四丁酯组成的混合物料混合均匀后送至第一酯化反应器中进行酯化反应，生成第一酯化物；

步骤3)将所述第一酯化物和称取好的所述马来酸酐和聚丙烯同时放入第二酯化反应器中进行酯化反应，生成第二酯化物；

步骤4)将第二酯化物和称取好的所述聚对苯二甲酸丁二醇酯送入预缩聚反应器中进行预缩聚反应，生成第一预聚物，将所述第一预聚物经过预聚物过滤器过滤后和称取好的所述滑石粉送入终缩聚反应器中进行终缩聚反应，最终通入氮气，输出共聚酯切片；

步骤5)将所述共聚酯切片进行后续加工处理，得到绝缘薄膜。

具体的，将称取好的对苯二甲酸、乙二醇、1,4-环己烷二甲醇、季戊四醇、1,3,5-环己烷三醇、聚氧化丙烯三醇、2,3,4,4’-四羟基二苯基甲烷、乙二醇锑、二氧化锗、醋酸钴和钛酸四丁酯送入浆料调配槽中，在浆料调配槽搅拌器的作用下，搅拌均匀，搅拌器的转速为6r/min，搅拌时间为4h；配置完成的浆料通过浆料输送泵输送至第一酯化反应器中进行酯化反应，所述第一酯化反应器为立式夹套反应釜，其内设置有加热盘管且带搅拌器。反应物在第一酯化反应釜内反应生成第一酯化物，将所述第一酯化物放入第二酯化反应器，并将称取好的马来酸酐和聚丙烯同时放入所述第二酯化反应器中，反应继续进行，第二酯化反应器是一个有内外室结构的反应器，物料先进入室外，再通过套筒上的夹缝流入内室，内室设置有加热盘管，并靠搅拌器循环加热，将物料温度提高到265℃，乙二醇分离塔回流的乙二醇在内室，提高了反应摩尔比，进一步加速反应进行，在第二酯化反应器的酯化率达到了96.5％，靠压差送到预缩聚反应器，该反应器的盘管加热使用液相热媒，该反应器夹套和气相管路加热使用气相热媒，与预缩聚反应器共用一套气相热媒反应器，反应器内反应温度是通过调节一次热媒的补充量来改变二次热媒加热的温度来控制的。通过调节酯化反应的温度、压力、液位以及乙二醇的回流量等，可以控制第二酯化反应的酯化率。

上述技术方案中，所述第一酯化反应温度为245～255℃，第二酯化反应温度为255～265℃，所述预缩聚反应器的操作压力为9～11kPa，所述终缩聚反应器的工作温度为265～275℃。

上述技术方案中，所述步骤5)中，将所述共聚酯切片和聚酯母料按一定比例混合均匀后，依次进行预结晶、干燥处理、加热熔融塑化和铸片过程，生成绝缘厚片，将所述聚酯厚片双向拉伸，最终生成绝缘薄膜。

预缩聚反应器反应生成的预聚物分别经熔体夹套三通阀出料、预聚物出料泵增压后和熔体夹套三通阀汇集后，经过预聚物过滤器，再经特殊设计的熔体夹套管送至终缩聚反应器中。

预缩聚物料被连续送入终缩聚反应器，在搅拌和高真空条件下就可到达最终产品质量。控制压力、温度和停留时间到适当水平，使得作为聚合度测量的粘度可调。通过调节热媒的温度，可以调节反应器中物料温度，控制出口物料的特性粘度。通入氮气，输出PET共聚酯切片。

将所述共聚酯切片和聚酯母料按一定比例混合均匀，所述聚酯母料中含有二氧化硅和高岭土，并将PET共聚酯切片和聚酯母料的混合料进行预结晶和干燥处理，在进行双向拉伸之前，须先进行预结晶和干燥处理。这样做的目的是：提高聚合物的软化点，避免其在干燥和熔融挤出过程中树脂粒子互相粘连或结块；去除树脂中的水分，防止含有酯基的聚合物在熔融挤出过程中发生水解或产生气泡。

PET的预结晶和干燥设备一般采用带有结晶床的填充塔，同时配有干空气制备装置，包括空压机、分子筛去湿器、加热器等。预结晶和干燥温度为150℃～170℃，干燥时间约3～4h，干燥后的PET切片湿含量要求控制在30～50ppm。

经过结晶和干燥处理后的PET切片进入单螺杆挤出机进行加热熔融塑化。为了保证PET切片良好的塑化质量和稳定的挤出熔体压力，螺杆的结构设计非常重要。除对长径比、压缩比、各功能段均有一定要求外，还特别要求是Barrier型螺杆，这种结构的螺杆有利于保证挤出物料的良好塑化、挤出机出口物料温度的均匀一致、挤出机的稳定出料和良好排气，并有利于提高挤出能力。

若挤出量不是太大，推荐选用排气式双螺杆挤出机。这种挤出机有两个排气口与两个抽真空系统相连接，具有很好的抽排气、除湿功能，可将物料中所含的水分和低聚物抽走，因而可以省去一套复杂的预结晶/干燥系统，节省投资并降低运行成本。挤出机温度设定从加料口到机头约为210℃～280℃。

熔体计量是通过高精度的齿轮泵来实现的。计量泵的作用是保证向模头提供的熔体具有足够而稳定的压力，以克服熔体通过过滤器时的阻力，保持薄膜厚度的均匀性。熔体计量泵通常采用斜的二齿轮，泵的加热温度控制在270℃～280℃。

所述加热熔融塑化的加热温度为275℃～285℃，为了去除熔体中可能存在的杂质、凝胶粒子、鱼眼等异物，常在熔体管线上计量泵的前后各安装一个过滤器，过滤器加热温度控制在275℃～285℃。

熔体管的作用是将挤出机、计量泵、过滤器等与模头连接起来，以让熔体从中通过。熔体管内壁要求非常光洁且无死角，熔体管串连起来的长度尽量短一些，以免熔体在其中滞流，停留时间过长而产生降解。

来自挤出机的熔体被挤入到熔体管后，分别流经粗过滤器、计量泵、精过滤器后进入模头。如果是三层共挤生产线，在模头上方还配置一个熔体分配器。过滤器、计量泵和熔体管等可以用电加热，也可用导热油夹套加热。熔体管加热温度控制在275℃～285℃。

将来自铸片机的厚片在纵向拉伸机组中加热到高弹态下进行一定倍数的纵向拉伸。纵向拉伸机由预热辊、拉伸辊、冷却辊、张力辊和橡胶压辊、红外加热管、加热机组以及驱动装置等组成。纵向拉伸通常为单点拉伸，也有多点拉伸，如两点或三点拉伸。纵拉比是通过慢拉辊与快拉辊之间的速度差而产生的，一般为3～4倍。

横向拉伸机由烘箱、链夹和导轨、静压箱、链条张紧器、导轨宽度调节装置、开闭夹器、热风循环系统、润滑系统及EPC等组成。其作用是将经过纵向拉伸的薄膜在横拉机内分别通过预热、拉幅、热定型和冷却而完成薄膜的横向拉伸。横拉比为3～4倍。

本案制得的绝缘薄膜本发明的绝缘薄膜在高温蒸汽环境下收缩率小，保持了原有的形态和性能；同时在高压蒸汽环境下的蒸汽透过率小，起到了防湿的功能，保证绝缘薄膜的绝缘性能不受影响；本发明的绝缘薄膜的制备工艺简单可行，便于产业化。

以下表一所示的是不同实施例的具体原料配方：

表一

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜，其特征在于，原料配方由以下质量百分含量的材料组成：

以上材料的质量百分含量总和为100％。

2.根据权利要求1所述的具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜，其特征在于，所述滑石粉能够通过800目筛网；所述二氧化锗为能够通过800目筛网的白色粉末。

3.根据权利要求1所述的具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜，其特征在于，所述乙二醇锑能够通过600目筛网。

4.一种具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)按权利要求1所述原料配方的比例进行称取；

步骤2)将称取好的对苯二甲酸、乙二醇、1,4-环己烷二甲醇、聚氧化丙烯三醇、2,3,4,4，-四羟基二苯基甲烷、季戊四醇、1,3,5-环己烷三醇、乙二醇锑、二氧化锗、醋酸钴和钛酸四丁酯组成的混合物料混合均匀后送至第一酯化反应器中进行酯化反应，生成第一酯化物；

步骤3)将所述第一酯化物和称取好的所述马来酸酐和聚丙烯同时放入第二酯化反应器中进行酯化反应，生成第二酯化物；

步骤4)将第二酯化物和称取好的所述聚对苯二甲酸丁二醇酯送入预缩聚反应器中进行预缩聚反应，生成第一预聚物，将所述第一预聚物经过预聚物过滤器过滤后和称取好的所述滑石粉送入终缩聚反应器中进行终缩聚反应，最终通入氮气，输出共聚酯切片；

步骤5)将所述共聚酯切片进行后续加工处理，得到绝缘薄膜。

5.如权利要求4所述的具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜的制造方法，其特征在于，所述步骤2)中，将所述混合物料送入浆料调配槽中，在浆料调配槽搅拌器的作用下，搅拌均匀，搅拌器的转速为6r/min，搅拌混合时间为4h。

6.如权利要求5所述的具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜的制造方法，其特征在于，所述第一酯化反应温度为245～255℃，第二酯化反应温度为255～265℃，所述预缩聚反应器的操作压力为9～11kPa，所述终缩聚反应器的工作温度为265～275℃。

7.如权利要求6所述的具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜的制造方法，其特征在于，所述步骤5)中，将所述共聚酯切片和聚酯母料按一定比例混合均匀后，依次进行预结晶、干燥处理、加热熔融塑化和铸片过程，生成绝缘厚片，将所述聚酯厚片双向拉伸，最终生成绝缘薄膜。

8.如权利要求7所述的具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜的制造方法，其特征在于，所述聚酯母料中含有二氧化硅和高岭土。

9.如权利要求8所述的具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜的制造方法，其特征在于，预结晶和干燥温度为150℃～170℃，干燥时间3～4h。

10.如权利要求9所述的具有水蒸气阻隔功能的绝缘薄膜的制造方法，其特征在于，所述加热熔融塑化的加热温度为275℃～285℃。