CN113071122A - 一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，包括模头、输料管线、计量挤出机、过滤器、混合容器、直流电机、电子元件、控制系统、计量泵和聚酯铸片。该一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，其生产出来的基膜产品具有优良的光学表观性能，保护膜表面无异物、白点、蹭伤、折痕等缺陷，方便在不去除保护膜的情况下进行偏光片表观测试，同时防止各种缺陷对TAC膜的损伤和污染，耐候性及持粘力稳定性，经数日或更久剥离力增长不明显，易于撕去且被保护表面无残胶，无留影，保护膜对被保护表面具有良好的粘附性能，在材料搬运或加工过程中，保护膜不会起翘，脱落，抗静电处理，带电量低，防止静电吸附灰尘，污染偏光片表面。
Description
技术领域
本发明涉及聚酯光学膜技术领域，具体为一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备。
背景技术
偏光片保护膜用基膜是由偏光片生产商上游厂家提供的，从偏光片结构来看有保护膜、TAC膜、PVA膜、PSA压敏胶等，而PVA膜是偏光的基体，是偏光片的核心部分，决定了偏光片的偏光性能、透过率、色调等关键光学指标，但PVA膜极易受外界水分的影响而改变其取向程度，影响偏振效果，因此需要在PVA膜两侧贴合光学性能优异的PVA保护膜（基膜），常见的偏光片保护膜主要有PE系和PET系，偏光片中，起保护作用的有两层，一层为PET保护膜，一层为PET离型膜，两者均为保护内层膜（胶）在生产、运输、使用时不受到损伤，根据被保护层的种类及厚度、涂层种类及厚度、加工工艺等，对基膜的要求是有差异。
本发明提供了一种偏光片保护膜用基膜的制备工艺，这种偏光片保护膜用基膜具有薄膜强度高、耐擦伤性、耐热性等特点，使得偏光片用离型膜外观好，带电量低（防静电），粘合力与剥离力均衡等优点，避免了离型膜在剥离时的出现的拉线、剥离困难等现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，以解决离型膜在剥离时的出现的拉线、剥离困难的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，包括模头、输料管线、计量挤出机、过滤器、混合容器、直流电机、电子元件、控制系统、计量泵、聚酯铸片、进入拉伸进料管线、第一流延辊、第二流延辊、第三流延辊、第一预热辊、第二预热辊、第三预热辊、第四预热辊、慢速辊、快速辊、第一热处理辊、第二热处理辊、张力辊和拉伸成型基膜，所述模头、计量挤出机、过滤器、混合容器和计量泵均安装在机架上，所述模头、计量挤出机、过滤器、混合容器和计量泵之间通过输料管线进行连接连接，其中，
所述直流电机、电子元件和控制系统亦安装在机架上，所述直流电机、电子元件和控制系统通过数据导线连接，所述第一流延辊、第二流延辊、第三流延辊、第一预热辊、第二预热辊、第三预热辊、第四预热辊、慢速辊、快速辊、第一热处理辊、第二热处理辊和张力辊均安装在机架上；
所述第一流延辊、第二流延辊、第三流延辊、第一预热辊、第二预热辊、第三预热辊、第四预热辊、慢速辊、快速辊、第一热处理辊、第二热处理辊和张力辊通过聚酯铸片与拉伸成型基膜进行连接；
制备工艺依次包括以下步骤：
a1.进行原材料配比：选取母料、偶联剂和无机纳米级添加剂，其母料、偶联剂和无机纳米级添加剂所占的比例为90:4：6；
a2.原材料的品种或根据基膜的用途进行选择，通过控制系统来调节直流电机和混合容器中的螺旋杆来调节转速的比例，控制各自的加料量，为了避免铸片厚度在冷成型或粘结时、电子元件发出信号，可以使铸片分层运行，这样可以减少晶点，还可以通过控制系统来调节物料的配比；
a3.由原材料按配比混合后进行结晶干燥，再进入挤出系统熔挤成聚酯铸片10；
a4.聚酯铸片进入拉伸进料管线，并通过进入拉伸进料管线进入纵拉伸系统，经过第一流延辊、第二流延辊、第三流延辊、第一预热辊、第二预热辊、第三预热辊、第四预热辊、慢速辊、快速辊，半成型聚酯薄膜，拉伸出来的本成型薄膜在张力辊在作用下进入横拉伸系统，经过各区温度，热定型最终成型基膜；
A5.成型后的聚酯薄膜通过切边、测厚、电晕处理后，便进行收卷和分切，经检验合格后成品入库。
优选的，所述母料选为FG611、聚偏二氯乙烯、聚甲酯丙烯酸甲酯、聚酯酸树脂、聚氨酯丙烯酸脂的一种或几种。
优选的，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-201、钛酸酯偶联剂TMC-102、钛酸酯偶联剂TMC-114、钛酸酯偶联剂TMC-TTS的任一种。
优选的，所述无机纳米级添加剂为CaCO3、SiO2、AI2O3、TiO2、ZnO的一种或几种。
优选的，所述偏光片保护膜用基膜在1000级洁净环境下加工，洁净度极优，实施分子角控制，在线观测薄膜中分子链的取向状态，并进行控制产品的性能。
优选的，所述偏光片保护膜用基膜的厚度为25-40μm，雾度2.8-4.0%，透光率在90%以上，表面粗糙度25-40nm，根据目前采用上述母料产品的表面粗糙度的结果，对该原料的选择进行优化调整，若要进一步改善薄膜的粗糙度，则混入适量的纳米级添加剂。
优选的，所述偏光片保护膜用基膜技术性能指标为，厚度≦40μm(25-40μm)、拉伸强度MD≦32Kg/㎟（23-32Kg/㎟）、TD≦30Kg/㎟（26-30Kg/㎟）、断裂伸长率MD≦210%（170-210%）、TD≦155%（110-155%）、弹性模量MD≦406Kgf/㎟、TD≦426Kgf/㎟、表面粗糙度Ra≦40μm（25-40μm）、热收缩MD≦1.5%、TD≦0.1%，表面张力38-55dyne/m，雾度2.8-4.0%，透光率在≥90%。
优选的，所述偏光片保护膜用基膜在收卷前进行电晕处理，其原理就是用高频高电压在被处理的薄膜表面电晕放电，高频交流电晕在450-1000V/m2,使薄膜表面具有更高的附着性。
优选的，所述偏光片保护膜用基膜为有潮湿倾向的高聚物，在进行拉伸之前进行预热干燥，以提高聚合物的软化性，避免在熔挤中出现树脂粒子互相粘贴结块，为高聚物结晶干燥的在110-155℃，结晶时间5-10min,干燥时间28-40min，含湿量W（H2O）＜32PPm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该一种具有表面打磨功能的不锈钢管切割设备，其生产出来的基膜产品具有优良的光学表观性能，保护膜表面无异物、白点、蹭伤、折痕等缺陷，方便在不去除保护膜的情况下进行偏光片表观测试，同时防止各种缺陷对TAC膜的损伤和污染，耐候性及持粘力稳定性，经数日或更久剥离力增长不明显，易于撕去且被保护表面无残胶，无留影，保护膜对被保护表面具有良好的粘附性能，在材料搬运或加工过程中，保护膜不会起翘，脱落，抗静电处理，带电量低，防止静电吸附灰尘，污染偏光片表面。
附图说明
图1为本发明挤出机原理结构示意图；
图2为本发明纵向拉伸系统结构示意图；
图3为本发明横向拉伸机俯视结构示意图；
图4为本发明聚酯薄膜PET分子去向角度结构示意图；
图5为本发明纵向拉伸基膜折射率分析结构示意图；
图6为本发明双向拉伸薄膜分子角度结构示意图；
图7为本发明TD方向的分子去向角度结构示意图。
图中：1、模头；2、输料管线；3、计量挤出机；4、过滤器；5、混合容器；6、直流电机；7、电子元件；8、控制系统；9、计量泵；10、聚酯铸片；11、进入拉伸进料管线；12、第一流延辊；13、第二流延辊；14、第三流延辊；15、第一预热辊；16、第二预热辊；17、第三预热辊；18、第四预热辊；19、慢速辊；20、快速辊；21、第一热处理辊；22、第二热处理辊；23、张力辊；24、拉伸成型基膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图7：图1为挤出机原理图，计量挤出机3中各区的温度，与所用原材料有关，对于流体指数偏低的原材料，计量挤出机3中的各段温度相对高些，溶体流动指数较高时各区域的温度要偏低，从整个机身来看，计量挤出机3进料端的两个区比其它区域温度低，其中第一区，第二区比压缩段的温度要各低30℃，目的是为了物料在加料段堵塞；
挤出各段工艺温度分布见下表
模头1是流延铸片的关键模具，在横向上分成一定的区各自独立进行加热，每个区温度能独立调整控制，直接决定聚酯铸片10的外形和厚度的均匀性，本模头1通过在线测厚仪进行自动调整模头1和进行测厚，反馈给模头1的加热螺栓进行模唇开度的微调，模头1温度控制在220-240℃之间；
从挤出机3、模头1出来的溶体，温度最高达到230℃，流延后的聚酯铸片10表面温度较低，在进行纵向拉伸前，需要通过15-18辊进行预热，然后再进行单点拉伸，通常预热辊的速度比流延辊的速度快6-15%，在预热区内各辊的速度是递进的，一般辊18的速度比辊15的速度递增8-15%，其中辊15的速度对薄膜表面质量影响很大，慢速辊19的速度比预热辊18的速度高8—15%，快慢两辊的的速比，为纵向拉伸比，是取决于薄膜的用途和用户的要求，一般为拉伸比为2.4-3.4倍，热处理辊20-21与快拉伸辊20速度相近。
图2为纵向拉伸系统图，流延辊12-13由一台直流电机带动，流延辊14由一台直流电机带动，12-14三个流延辊必须有一定的速度，避免从模头出来的铸片溶体包辊现象，流延辊的12-14间的间隙是用气缸分别调节的，最终实现薄膜表面抛光的目的，避免各辊之间间隙小出现辊前积料，使避免纵向厚度不均，间隙过大出现水波纹，薄膜表面粗糙，横向厚度不均等现象；
纵向拉伸（MDO），来自计量挤出机3、模头1的聚酯铸片10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，拉伸比是通过慢拉辊19和快拉辊20之间的速度差而产生的，一般2.4-3.4倍数进行纵向拉伸；
纵向拉伸各区域温度表
横向拉伸（TDO）经纵向拉伸的薄膜在横向拉机内分别通过预热、拉幅、热定型和冷却，完成薄膜的横向拉伸，拉伸倍数一般在2.4-3.4之间；
图3为横向拉伸机俯视图，横向拉伸机由四个功能段，六个温度区组成，横向拉伸机的速度比纵向拉伸机的出口速度低2%左右，这是由于从纵向拉伸机处理的薄膜温度较高，它接近2m的空间内开始冷却（冷却温度30～55℃），会产生一定的收缩，如果冷却空间小，两机的速度差就减小，横拉伸速度一般高于纵向拉伸速度，横向拉伸的温度一般高于纵向拉伸的温度；
横向拉伸各区域温度表
图4、图5、图7分别为聚酯薄膜PET分子去向角度结构示意图、纵向拉伸基膜折射率分析结构示意图和TD方向的分子去向角度结构示意图，聚酯PET分子在拉伸前排列是纵横交错的，而在拉伸后分子排列很整齐；
薄膜在双向拉伸过程中薄膜最大折射率方向的变化，取向程度越大的方向上分子排列越整齐折射率越大nTHK表示垂直方向，另外研究人员还发现经过TD方向松弛后nmax≠nTD而是偏转了些角度，实施分子角控制，在线观测薄膜中分子链的取向状态，并进行控制产品的性能，拉伸区域不同，不同的区域分子角状态不同，图七中，TD方向的分子角的去向角度分析，最大与最小折射率的方向变化，从分析中得到，聚酯薄膜中的分子链取向与结晶对偏光片保护膜用基膜的的质量至关重要，生产中研究如何改善生产条件，使基膜产品有合理的结晶与取向度从而得到较高质量的产品是重要的一环，结晶和取向是高分子材料两种重要的聚集态结构，影响结晶因素有：分子结构、添加剂、取向、结晶时间及结晶温度等，薄膜生产过程中的双向拉伸取向主要作用是提高产品的力学性能，同时也提高了薄膜的结晶度和其它性能，经研究人员测试研究发现结晶度随取向程度的加大而增加，但在实际生产中，受设备的限制，取向度不可能无限提高，同样，结晶温度的提高和结晶时间的延长也是有限的，如何在生产条件允许的情况下合理提高薄膜的结晶度和取向度是关键，在偏光片保护膜用基膜的生产中，分子链取向度的提高主要采取提高生产线的拉伸倍率。本发明提出合理的合理拉伸倍率为2.4—3.4；
具体地，在生产中偏光片保护膜用基膜的结晶度的提高一方面通过提高取向度，另一主要方法是选择合适的热定型温度也是提高产品质量的关键；
结晶度与热定型温度的关系表
从上表是热定型温度与结晶度的关系，从表中可以得出实际生产中的热定型温度应采用135—145℃，区定型主要是使薄膜进一步结晶，使其达到一定的结晶度，基膜分子链在一定的温度范围内结晶最快，所以温度既不能过高又不能过低，结晶度过高分子链变脆强度降低，但结晶度过低分子之间的作用力降低强度也低，一般要求薄膜的结晶度在40％左右；
具体地，断裂强度与热收缩率是聚酯薄膜最重要的质量指标之一，本发明基膜产品对薄膜强度要求很高，特别是纵向(MD)强度一般要求达到30Kg/㎟以上，由薄膜的取向和结晶讨论可知断裂强度主要受拉伸比、温度的影响，而热收缩率与强度一样也主要受拉伸比和温度这二者的影响。
强度分布表
从上述薄膜强度分布来看，纵向(MD)方向的强度基本均匀。横向(TD)方向的强度呈现上抛型，从拉伸的角度来看是符合拉伸的规律，原因是烘箱两侧受外界条件影响而该部分的温度较中间部分低，同时两侧的薄膜受夹具牵引影响较大，因此造成薄膜中间部分取向和结晶的数量与质量均优于两侧部分。但如TD方向的弧度太大，即中间远较两边大时，这种情况应检查烘箱的状态，温度、气流分布是否均匀；
图6为双向拉伸薄膜分子角度结构示意图，在晶区界面上将发生折射和反射，t不能直接通过，所以两相并存的结晶高聚物通常不呈完全透明状态，透明度需视高聚物的结晶度而言，当结晶度减小时，所发生的折射，反射将减小，通过的光线量增加，则越透明，如果完全非晶，则完全透明，如有机玻璃等，而双向拉伸的偏光片保护膜用基膜在热定型处理释放内应力的过程中将发生40-50％左右的结晶行为，因而它不是完全透明的，一般地如果横拉热定型段温度非常低，即结晶度较低时雾度则偏小。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，包括模头（1）、输料管线（2）、计量挤出机（3）、过滤器（4）、混合容器（5）、直流电机（6）、电子元件（7）、控制系统（8）、计量泵（9）、聚酯铸片（10）、进入拉伸进料管线（11）、第一流延辊（12）、第二流延辊（13）、第三流延辊（14）、第一预热辊（15）、第二预热辊（16）、第三预热辊（17）、第四预热辊（18）、慢速辊（19）、快速辊（20）、第一热处理辊（21）、第二热处理辊（22）、张力辊（23）和拉伸成型基膜（24），其特征在于，所述模头（1）、计量挤出机（3）、过滤器（4）、混合容器（5）和计量泵（9）均安装在机架上，所述模头（1）、计量挤出机（3）、过滤器（4）、混合容器（5）和计量泵（9）之间通过输料管线（2）进行连接连接，其中，
所述直流电机（6）、电子元件（7）和控制系统（8）亦安装在机架上，所述直流电机（6）、电子元件（7）和控制系统（8）通过数据导线连接，所述第一流延辊（12）、第二流延辊（13）、第三流延辊（14）、第一预热辊（15）、第二预热辊（16）、第三预热辊（17）、第四预热辊（18）、慢速辊（19）、快速辊（20）、第一热处理辊（21）、第二热处理辊（22）和张力辊（23）均安装在机架上；
所述第一流延辊（12）、第二流延辊（13）、第三流延辊（14）、第一预热辊（15）、第二预热辊（16）、第三预热辊（17）、第四预热辊（18）、慢速辊（19）、快速辊（20）、第一热处理辊（21）、第二热处理辊（22）和张力辊（23）通过聚酯铸片（10）与拉伸成型基膜（24）进行连接；
制备工艺依次包括以下步骤：
a1.进行原材料配比：选取母料、偶联剂和无机纳米级添加剂，其母料、偶联剂和无机纳米级添加剂所占的比例为90:4：6；
a2.原材料的品种或根据基膜的用途进行选择，通过控制系统（8）来调节直流电机（6）和混合容器（5）中的螺旋杆来调节转速的比例，控制各自的加料量，为了避免铸片厚度在冷成型或粘结时、电子元件（7）发出信号，可以使铸片分层运行，这样可以减少晶点，还可以通过控制系统（8）来调节物料的配比；
a3.由原材料按配比混合后进行结晶干燥，再进入挤出系统熔挤成聚酯铸片10；
a4.聚酯铸片（10）进入拉伸进料管线（11），并通过进入拉伸进料管线（11）进入纵拉伸系统，经过第一流延辊（12）、第二流延辊（13）、第三流延辊（14）、第一预热辊（15）、第二预热辊（16）、第三预热辊（17）、第四预热辊（18）、慢速辊（19）、快速辊（20），半成型聚酯薄膜，拉伸出来的本成型薄膜在张力辊（23）在作用下进入横拉伸系统，经过各区温度，热定型最终形成拉伸成型基膜（24）；
A5.成型后的聚酯薄膜通过切边、测厚、电晕处理后，便进行收卷和分切，经检验合格后成品入库。
2.根据权利要求1所述的一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，其特征在于：所述母料选为FG611、聚偏二氯乙烯、聚甲酯丙烯酸甲酯、聚酯酸树脂、聚氨酯丙烯酸脂的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，其特征在于：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-201、钛酸酯偶联剂TMC-102、钛酸酯偶联剂TMC-114、钛酸酯偶联剂TMC-TTS的任一种。
4.根据权利要求1所述的一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，其特征在于：所述无机纳米级添加剂为CaCO3、SiO2、AI2O3、TiO2、ZnO的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，其特征在于：所述偏光片保护膜用基膜在1000级洁净环境下加工，洁净度极优，实施分子角控制，在线观测薄膜中分子链的取向状态，并进行控制产品的性能。
6.根据权利要求1所述的一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，其特征在于：所述偏光片保护膜用基膜的厚度为25-40μm，雾度2.8-4.0%，透光率在90%以上，表面粗糙度25-40nm，根据目前采用上述母料产品的表面粗糙度的结果，对该原料的选择进行优化调整，若要进一步改善薄膜的粗糙度，则混入适量的纳米级添加剂。
7.根据权利要求1所述的一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，其特征在于：所述偏光片保护膜用基膜技术性能指标为，厚度≦40μm(25-40μm)、拉伸强度MD≦32Kg/㎟（23-32Kg/㎟）、TD≦30Kg/㎟（26-30Kg/㎟）、断裂伸长率MD≦210%（170-210%）、TD≦155%（110-155%）、弹性模量MD≦406Kgf/㎟、TD≦426Kgf/㎟、表面粗糙度Ra≦40μm（25-40μm）、热收缩MD≦1.5%、TD≦0.1%，表面张力38-55dyne/m，雾度2.8-4.0%，透光率在≥90%。
8.根据权利要求1所述的一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，其特征在于：所述偏光片保护膜用基膜在收卷前进行电晕处理，其原理就是用高频高电压在被处理的薄膜表面电晕放电，高频交流电晕在450-1000V/m2,使薄膜表面具有更高的附着性。
9.根据权利要求1所述的一种偏光片保护膜用基膜制备工艺及设备，其特征在于：所述偏光片保护膜用基膜为有潮湿倾向的高聚物，在进行拉伸之前进行预热干燥，以提高聚合物的软化性，避免在熔挤中出现树脂粒子互相粘贴结块，为高聚物结晶干燥的在110-155℃，结晶时间5-10min,干燥时间28-40min，含湿量W（H2O）＜32PPm。
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