CN112172290B - 一种薄膜及生产方法和含有该薄膜的包装袋及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄膜及生产方法，薄膜包括内表层、中间层、外表层，所述内表层包括下列重量百分比的原料：LDPE为95％～100％，辅助试剂为0～5％；所述中间层包括下列重量百分比的原料：茂金属PE为75％～100％、LDPE为0～25％；所述外表层包括下列重量百分比的原料：LDPE为95％～100％，辅助试剂为0～5％。所述薄膜的生产方法包括配料、混料，以及成型等步骤。本发明还公开一种采用上述薄膜制备而成的包装袋，用于多晶硅包装，以及洁净度要求高且硬度高的产品的包装。本发明具有拉伸强度高、抗穿刺能力强、表金属析出量低等特点。

Description

一种薄膜及生产方法和含有该薄膜的包装袋及其应用
技术领域
本发明属于多晶硅技术领域，具体涉及一种薄膜及生产方法和含有该薄膜的包装袋及其应用。
背景技术
多晶硅是半导体和太阳能等行业中的重要材料，极怕被污染，多晶硅包装袋作为多晶硅与外界隔绝的屏障，其性能直接关系到多晶硅产品的质量。然而，在多晶硅行业中因多晶硅包装袋破损导致的产品污染事故时有发生，每年的包装袋破损投诉率高达10％以上，且仍呈上升趋势。
造成包装袋破损的原因主要有以下两方面：一方面，由于多晶硅的硬度大(莫氏硬度为7)，其破碎时产生的硅料断面较为锋利，在产品包装时经常会出现薄膜破损而造成的多晶硅表面污染(造成多晶硅表面金属杂质升高或多晶硅表面粉末聚集)，从而影响到用于单晶拉制时对硅料的质量要求。另一方面，在运输过程中，由于多晶硅产品包装设计不合理、运输路况较差、以及多晶硅的物理特性时常导致多晶硅包装薄膜破损。因此，亟需对现有的包装袋进行改善，以提高其性能。
为了改善多晶硅包装袋的性能，Waker、OCI等国外公司做了大量的研究，但大多集中在提升包装袋的断裂伸长率和抗穿刺能力方面，并且改善的效果不明显，而针对降低包装袋表金属析出量方面研究极少。
现阶段，多晶硅包装的材料和加工技术基本被国外垄断，国内的多晶硅包装袋生产技术难以满足多晶硅包装需求。国内外通用的多晶硅包装袋主要是采用PE(聚乙烯)或PVC(聚氯乙烯)材料加工生产，厚度通常为20～30um，这种包装袋存在以下不足：
(1)断裂伸长率较低，抗穿刺能力不足，无法满足多晶硅包装的要求；
(2)表金属析出量较高(表金属指存在在多晶硅表面的部分可电离的离子，主要关注Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Al、K、Na等离子的含量)；
(3)大多采用单层PE一体材质，少数掺杂了其他元素，但均采用一次压塑成型工艺，各类成分之间呈点式分布，对延展性和抗刺穿能力的提升不明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的以上不足，提供一种薄膜及生产方法和含有该薄膜的包装袋及其应用，生产的含有该薄膜的包装袋具有拉伸强度高、抗穿刺能力强、表金属析出量低等特点，可以解决表金属析出量高和韧性强度不达标的问题。
解决本发明技术问题所采用的技术方案为：
一种薄膜，包括内表层、中间层、外表层，
所述内表层包括下列重量百分比的原料：LDPE(低密度聚乙烯又称高压聚乙烯)为95％～100％，辅助试剂为0～5％；
所述中间层包括下列重量百分比的原料：茂金属PE(茂金属聚乙烯)为75％～100％、LDPE为0～25％；
所述外表层包括下列重量百分比的原料：LDPE为95％～100％，辅助试剂为0～5％；
优选的，所述LDPE的密度为0.904～0.926g/cm3，熔点85～100℃；所述茂金属PE的密度为0.920～0.925g/cm3，熔点为170～230℃。
优选的，所述内表层包括下列重量百分比的原料：LDPE95％、辅助试剂5％；
所述中间层包括下列重量百分比的原料：茂金属PE100％；
所述外表层包括下列重量百分比的原料：LDPE95％、辅助试剂5％。
优选的，所述内表层、所述中间层、所述外表层的厚度比例为1:1:1。
优选的，所述的薄膜，总厚度为200～275μm。
优选的，所述辅助试剂为乙烯丙烯共聚弹性体或乙烯丙烯共聚弹性体。
本实施例中的薄膜，具有三层结构，其中内表层和外表层采用纯LDPE为原料，可以使薄膜具有较强的拉伸强度及基本的耐热力；中间层采用茂金属PE，不仅可以有效杜绝传统工艺加工过程中由于添加了粘胶等添加物而引入表金属，降低表金属析出量，使表金属析出量≤30ppb，还能增强薄膜的韧性，提高抗穿刺及抗冲击性能。
本发明还提供了上述薄膜的生产方法，具体包括以下步骤：
(1)配料：根据以上所述的原料配比，分别配制内表层、中间层、外表层的原料或混合料；
(2)混料：分别将配制的内表层、中间层、外表层的原料混合料加入各混料机中混合均匀：
(3)成型：分别将内表层、中间层、外表层在各混料机中混合均匀的原料混合料倒入三层共挤吹膜机的三个料斗内，各料斗上料，经包括加热、压塑、吹胀牵引、风环冷却等步骤，制得具有内表层、中间层、外表层的薄膜。
本发明提供的薄膜生产方法，原料易得，工艺流程简单，易操作。
本发明还提供一种包装袋，采用以上所述的具有内表层、中间层、外表层的薄膜为原料制备而成。
本发明还提供一种以上所述包装袋的应用，用于多晶硅包装，以及洁净度要求高且硬度高的产品的包装。
本发明提供的包装袋，内、外表层具有拉伸强度高和热封性能好，可以提高包装袋的断裂伸长率和抗穿刺能力，且加工方便，不仅可适用于多晶硅等光伏半导体产品，还能应用于其它对洁净度要求高且硬度大的产品。中间层添加茂金属PE，可以有效降低在生产加工时引入的表金属量，具有低表金属析出率和较强的抗刺穿能力，符合多晶硅包装的需求。这种薄膜制成的包装袋，在常温、或低温条件下，都具有较优良的拉伸强度、抗穿刺和韧性等性能。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例公开一种薄膜，包括内表层、中间层和外表层，包括：
所述内表层由包括下列重量百分比的原料制成：LDPE(低密度聚乙烯又称高压聚乙烯)为95％～100％，辅助试剂为0～5％；
所述中间层由包括下列重量百分比的原料制成：茂金属PE(茂金属聚乙烯)为75％～100％、LDPE为0～25％；
所述外表层由包括下列重量百分比的原料制成：LDPE为95％～100％，辅助试剂为0～5％。
具体的，本实施例中的薄膜是采用三层共挤吹膜机将内表层、中间层、外表层的原料共挤吹塑而成，其中：内表层、外表层的原料均主要采用具有良好的热熔接性、成型加工性能、抗冲击韧性、耐低温性的LDPE材料，以使薄膜具有高强度的拉伸能力，中间层主要采用具有加工性能好、强度高、刚性和透明性好得茂金属PE，以提高薄膜的低表金属析出率(表金属指存在在多晶硅表面的部分可电离的离子，主要关注Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Al、K、Na等离子的含量)。本实施例中，LDPE优选为密度为0.904～0.926g/cm3、熔点为85～100℃；茂金属PE优选为密度为0.920～0.925g/cm3、熔点为170～230℃。
进一步的，在内表层和外表层中还可以加入适量辅助试剂，用以增加薄膜的弹性，提升抗穿刺能力的试剂。辅助试剂可以是乙烯丙烯共聚弹性体，也可以是其他包含乙烯丙烯共聚物的同类化合物，如乙烯丙烯苯乙烯丙烯睛共聚物。本实施例中的辅助试剂优选为采用乙烯丙烯共聚弹性体，辅助试剂乙烯丙烯共聚弹性体的用量为内表层或外表层的总重量的5％以内。在中间层还可加入LDPE，以增强拉升强度，提高薄膜的韧性。
具体的，本实施例中的薄膜中的内表层、中间层、外表层的厚度比例为1：1：1，也就是说内表层、中间层、外表层三层的原料的用量相同。设定薄膜的总厚度按100％计，则内、中、外三层结构的厚度均优选为33％±5％，在实际操作过程中，由于存在误差，控制内表层的厚度为33％±5％、中间层的厚度为33％±5％、外表层的厚度为33％±5％。
本实施例还公开了以上所述薄膜的生产方法，采用三层共挤吹膜机制备而成，具体步骤如下：
S1：配料
分别配制内表层、中间层、外表层的原料或混合料。
其中：内表层中含LDPE95％～100％(重量百分比，以下均采用重量百分比计算各层原料中的组分含量，不再赘述)，辅助试剂0～5％；中间层含茂金属PE75％～100％、LDPE0～25％；外表层含LDPE95％～100％，辅助试剂0～5％。本实施例中，内表层为LDPE95％、乙烯丙烯共聚弹性体5％，中间层为茂金属PE100％，外表层为LDPE95％、乙烯丙烯共聚弹性体5％。
具体的，按19：1的比例分别取LDPE和乙烯丙烯共聚弹性体(即LDPE95％、乙烯丙烯共聚弹性体5％)，作为内表层原料混合料。取与内表层总重量相等的茂金属PE作为中间层原料。按19：1的比例分别取LDPE和乙烯丙烯共聚弹性体(即LDPE95％、乙烯丙烯共聚弹性体5％)，作为外表层原料混合料。
S2：混料
分别将配制的内表层、中间层、外表层的原料混合料加入各混料机中混合均匀。
具体的，将步骤S1中的配制的内表层原料混合料加入到内表层原料混料机中、将中间层原料加入到中间层原料混料机中、将外表层原料混合料加入到外表层原料混料机，使其分别混合均匀。
S3：成型
分别将内表层、中间层、外表层在各混料机中混合均匀的原料混合料倒入三层共挤吹膜机的三个料斗内，各料斗上料，经包括加热、压塑、吹胀牵引、风环冷却等步骤，制得具有内表层、中间层、外表层的薄膜，具体步骤如下：
S301，将内表层原料混料机中的已混合均匀的内表层原料混合料倒入到三层共挤吹膜机的内表层料斗中、将中间层原料混料机中的已混合均匀的中间层原料导入到三层共挤吹膜机的中间层料斗中、将外表层原料混料机中已混合均匀的外表层原料混合料倒入到三层共挤吹膜机的内表层料斗中；
S302，根据实际需求，在三层共挤吹膜机上上设置内表层、中间层、外表层的进料比例，以控制内表层、中间层、外表层的厚度比例。本实施例中，中内表层、中间层、外表层的厚度比例优选为1：1：1，即内表层、中间层、外表层的进料比例为1：1：1。
S302，三个料斗同时上料，对已上料的各原料混合料进行加热、压塑，将加热后将各原料混合料挤出，并经过吹胀牵引、风环冷却等步骤，分别形成内表层、中间层、外表层，得到具有内表层、中间层、外表层三层结构的薄膜。
进一步的，通过改变牵引速度，可调整制备的薄膜的厚度。
本实施例中，考虑到薄膜的总厚度越厚，其抗刺穿、拉升强度及抗冲击性能越优异，但厚度越厚成本越高，制备包装袋时对封口工艺及热封性能要求越高，因此，在满足性能需求和成本问题的前提下，包装袋所用的薄膜的总厚度范围优选为200～275μm，更为优选的为245～268μm。本实施例中，薄膜总厚度优选为250μm。
本实施例中的薄膜，具有三层结构，其中内表层和外表层采用纯LDPE为原料，可以使薄膜具有较强的拉伸强度及基本的耐热力；中间层采用茂金属PE，不仅可以有效杜绝传统工艺加工过程中由于添加了粘胶等添加物而引入表金属，降低表金属析出量，使表金属析出量≤30ppb，还能增强薄膜的韧性，提高抗穿刺及抗冲击性能。本实施例中的薄膜生产方法，原料易得，工艺流程简单，易操作。
本实施例还公开一种包装袋，采用上述具有内表层、中间层、外表层的三层结构的薄膜为原料制备而成。
本实施例还公开了上述包装袋的应用，用于多晶硅包装，以及洁净度要求高且硬度高的产品的包装。
本实施中的包装袋的生产方法，包括以下步骤：
S4:制袋
采用折角模具将步骤S3制得的250μm薄膜折成带有折角的四边形筒膜，再利用热封制袋机将其制袋成型，制得包装袋。
本实施例中，包装袋的尺寸大小，热封距离可以根据需求进行选择，本实施例不作进一步限定。
本实施例公开的包装袋，内、外表层具有拉伸强度高和热封性能好，可以提高包装袋的断裂伸长率和抗穿刺能力，且加工方便，不仅可适用于多晶硅等光伏半导体产品，还能应用于其它对洁净度要求高且硬度大的产品。中间层添加茂金属PE，可以有效降低在生产加工时引入的表金属量，具有低表金属析出率和较强的抗刺穿能力，符合多晶硅包装的需求。这种薄膜制成的包装袋，在常温、或低温条件下，都具有较优良的拉伸强度、抗穿刺和韧性等性能。
实施例2
本实施例公开一种薄膜，与实施例1的区别在于薄膜的内表层、中间层、外表层的原料的配比不同，具体如下：
内表层的原料百分比为：LDPE100％；
中间层的原料百分比为：茂金属PE100％；
外表层的原料百分比为：LDPE100％。
本实施例中的薄膜的总厚度为225μm。
实施例3
本实施例公开一种薄膜，与实施例1的区别在于薄膜的内表层、中间层、外表层的原料的配比不同，具体如下：
内表层的原料百分比为：LDPE100％；
中间层的原料百分比为：茂金属PE75％、LDPE25％；
外表层的原料百分比为：LDPE100％。
本实施例中，薄膜的总厚度为270μm。
实施例4
本实施例公开一种薄膜，与实施例1的区别在于薄膜的内表层、中间层、外表层的原料的配比不同，具体如下：
内表层的原料百分比为：LDPE98％、乙烯丙烯苯乙烯丙烯睛共聚物2％；
中间层的原料百分比为：茂金属PE75％、LDPE25％；
外表层的原料百分比为：LDPE98％、乙烯丙烯苯乙烯丙烯睛共聚物2％。
本实施例中，薄膜的总厚度为200μm。
对上述实施例1～4所得的薄膜制成的包装袋进行表金属析出率、体金属析出率、拉伸强度、延伸率、抗穿刺性能、落镖冲击度等性能检测，检测环境的温度为-40℃、-20℃、23℃。检测依据为ASTM D882《Standard Test Method for Tensile Properties of ThinPlastic Sheeting》，SEMI PV50-0114《多晶硅用高纯聚乙烯包装材料规范》，ISO 527-3，ISO 7765-1/A。将检测结果与普通千级包装袋(LDPE材质，加工模式为三层复合)对比，具体测试结果对比如表1所示：
表1包装袋性能测试表
Figure GDA0003960445560000091
从以上数据可以看出，本实施例公开的薄膜及包装袋，既能保证内、外表层具有较低的表金属析出量和较好的热封性能，还能从整体上提升了包装袋的断裂伸长率和抗穿刺能力，不仅可适用于多晶硅等光伏半导体产品，还能应用于其它对洁净度要求高且硬度大的产品。通过在中间层添加茂金属PE，有效降低了在生产加工时引入的表金属量，具有低表金属析出率，符合多晶硅包装的需求。这种薄膜制成的包装袋，在常温、或低温条件下，都具有较优良的拉伸强度、抗穿刺和韧性等性能。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种薄膜，包括内表层、中间层和外表层，其特征在于，
所述内表层包括下列重量百分比的原料：LDPE为95%～98%，辅助试剂为2～5%；
所述中间层包括下列重量百分比的原料：茂金属PE为75%～100%、LDPE为0～25%；
所述外表层包括下列重量百分比的原料：LDPE为95%～98%，辅助试剂为2～5%；
其中，所述LDPE的密度为0.904～0.926g/cm3，熔点85～100℃；所述茂金属PE的密度为0.920～0.925g/cm3，熔点为170～230℃；所述内表层、所述中间层、所述外表层的厚度比例为1:1:1，薄膜总厚度为200～275μm；表金属析出量≤30ppb；
所述辅助试剂为乙烯丙烯共聚弹性体或乙烯丙烯苯乙烯丙烯睛共聚物。
2.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，
所述内表层包括下列重量百分比的原料：LDPE95%、辅助试剂5%；
所述中间层包括下列重量百分比的原料：茂金属PE100%；
所述外表层包括下列重量百分比的原料：LDPE95%、辅助试剂5%。
3.一种薄膜的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）配料：根据权利要求1～2任一项所述的原料配比，分别配制内表层、中间层、外表层的原料或混合料；
（2）混料：分别将配制的内表层、中间层、外表层的原料混合料加入各混料机中混合均匀；
（3）成型：分别将内表层、中间层、外表层在各混料机中混合均匀的原料或混合料倒入三层共挤吹膜机的三个料斗内，各料斗上料，经包括加热、压塑、吹胀牵引、风环冷却步骤，制得具有内表层、中间层、外表层的薄膜。
4.一种包装袋，其特征在于，以权利要求1～2任一项所述的具有内表层、中间层、外表层的薄膜为材料制备而成。
5.一种权利要求4所述的包装袋的应用，其特征在于用于多晶硅包装，以及洁净度要求高且硬度高的产品的包装。
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Assignee: Xinte silicon based new materials Co.,Ltd.

Assignor: XINTE ENERGY Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023990000586

Denomination of invention: A film and its production method, as well as a packaging bag containing the film and its application

Granted publication date: 20230317

License type: Common License

Record date: 20230605