CN114248414A - 薄膜吹塑成型装置及其制得的液晶高分子薄膜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种薄膜吹塑成型装置及其制得的液晶高分子薄膜。本发明的薄膜吹塑成型装置，包括由下至上依次同轴设置的环形吹塑模头、热风环、定径保温筒、人字板以及夹辊，其中定径保温筒上均匀分布有加热器，定径保温筒的高度与内径之比为6‑10∶1，定径保温筒在吹塑过程中防止膜泡发生摆动，加热器对定径保温筒进行加热并控制定径保温筒的温度，本发明采用加长的定径保温筒在薄膜吹塑过程中可实现对膜泡强效保温，进而控制吹膜过程中膜泡的全程温度，避免膜泡快速降温，因此，本发明的薄膜吹塑成型装置可以有效解决液晶高分子薄膜吹塑成型过程中冷却速度过快、膜泡扭摆剧烈和膜面严重褶皱等问题，可以提高膜泡的稳定性，获得外观良好、无褶皱、力学性能优良的液晶高分子薄膜。

Description

薄膜吹塑成型装置及其制得的液晶高分子薄膜

技术领域

本发明涉及吹塑工艺技术领域，尤其是涉及一种薄膜吹塑成型装置及其制得的液晶高分子薄膜。

背景技术

随着5G的快速发展，5G通讯领域的要求也不断提高，相较于过去的信号通讯，5G通讯具备高频、高速、低延迟等特点，因此对作为5G终端电子设备的射频天线软板提出了更高的技术要求。

液晶聚酯，一般称之为液晶高分子(Liquid Crystal polymer)，具备极低的介电常数和介电损耗，因此具备优良的信号传输性能。同时它还具备极低的吸水率，高的尺寸稳定性及电绝缘性能。

在5G高频波段，液晶高分子薄膜较改性聚酰亚胺(MPI)薄膜表现出更为优良的性能，因此被认为是最适合成为射频天线软板的材料。

目前挤出吹塑法是制备液晶高分子薄膜的主要方法之一。然而，液晶高分子薄膜在挤出吹塑时存在膜泡冷却过快和膜泡扭摆的问题，严重影响吹塑膜泡的稳定性，使薄膜在折叠过程中容易出现较多褶皱，不利于后续加工使用。

因此，研究开发出一种适用于液晶高分子薄膜制备的薄膜吹塑成型装置，以缓解由于液晶高分子在挤塑成型中因膜泡冷却过快和膜泡扭摆所导致的在吹制液晶高分子薄膜时薄膜厚度不均、薄膜MD/TD各项异性严重等问题，变得十分必要和迫切。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种薄膜吹塑成型装置，其可以有效解决液晶高分子薄膜吹塑成型过程中冷却速度过快、膜泡扭摆剧烈和膜面严重褶皱等问题，可以提高膜泡的稳定性，获得外观良好、无褶皱、力学性能优异的液晶高分子薄膜。

本发明的目的还在于提供了一种液晶高分子薄膜，使用上述的薄膜吹塑成型装置制得，外观平整光滑、厚度均匀、力学性能优异。

本发明的目的又在于提供了一种液晶高分子薄膜的制备方法，使用上述的薄膜吹塑成型装置制备液晶高分子薄膜，所制得的液晶高分子薄膜，外观平整光滑、厚度均匀、力学性能优异。

本发明首先提供一种薄膜吹塑成型装置，包括由下至上依次同轴设置的环形吹塑模头、热风环、定径保温筒、人字板以及夹辊，所述定径保温筒设有加热器，所述定径保温筒相较于常规保温筒被加长处理，属于超长保温筒，其高度与内径之比为6-10∶1，例如，所述定径保温筒的高度与内径之比为6∶1、7∶1、8∶1、9∶1或10：1。

优选地，所述定径保温筒具有双层结构，所述定径保温筒包括外筒体及同轴且可拆卸安装于外筒体内的内筒体，所述内筒体和外筒体之间形成横截面为圆环形的空腔；其中，所述内筒体可根据所需膜泡尺寸进行更换调节，所述内筒体内壁光滑，使用过程中，所述内筒体对膜泡起托扶作用，防止其在吹塑过程中发生摆动；所述加热器均匀分布于所述外筒体侧壁上，其对定径保温筒进行加热而控制保温筒内的温度，有效解决液晶高分子薄膜吹塑成型过程中冷却速度过快的问题。

具体地，所述外筒体和内筒体的高度与内径之比均为6-10∶1，所述内筒体与外筒体的间隙距离优选为1-5cm，以保证内筒体的加热效果。

优选地，所述内筒体下端设有喇叭状开口，且开口与筒体衔接处具有圆弧导角，使用过程中，膜泡通过该开口进入内筒体内。

优选地，所述定径保温筒可垂直升降调控，从而可调节定径保温筒在热风环上方的高度，所述定径保温筒与所述热风环的距离为10-50cm。

优选地，所述的薄膜吹塑成型装置还包括设于定径保温筒、人字板之间且靠近人字板设置的红外温度传感器，用于监测膜泡在到达人字板前的温度。

优选地，所述加热器控制定径保温筒内的温度为25-280℃。

优选地，所述人字板的内侧为羊毛毡表面，即人字板与膜泡接触的表面为羊毛毡表面，可以吸收因膜泡和人字板接触所产生的振动，防止膜泡不稳定而造成褶皱。

优选地，所述人字板的开口角度在30-120°范围内可调节，所述人字板顶部具有间隙，所述间隙宽度在3-20cm范围内可调控。

本发明还提供一种液晶高分子薄膜，使用如上所述薄膜吹塑成型装置制得。

本发明还提供一种如上所述的液晶高分子薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：通过环形吹塑模头将融化状态的液晶高分子树脂挤出，挤出的管状坯膜在热风环鼓出的加热气体下吹胀，形成膜泡，随后膜泡向上通过定径保温筒，之后经过人字板，膜泡逐渐被压缩，最后经过夹辊，膜泡被压合成为两层薄膜，最后经过薄膜切边、收卷，得到液晶高分子薄膜。

本发明的有益效果：

本发明的薄膜吹塑成型装置，包括由下至上依次同轴设置的环形吹塑模头、热风环、定径保温筒、人字板以及夹辊，定径保温筒上均匀分布有加热器，定径保温筒的高度与高度与内径之比均为6-10∶1，定径保温筒在吹塑过程中防止膜泡发生摆动，加热器对定径保温筒进行加热并控制定径保温筒的温度，加长的定径保温筒在薄膜吹塑过程中可实现对膜泡强效保温，进而控制吹膜过程中膜泡的全程温度，避免膜泡快速降温，因此，本发明的薄膜吹塑成型装置可以有效解决液晶高分子薄膜吹塑成型过程中冷却速度过快、膜泡扭摆剧烈和膜面严重褶皱等问题，可以提高膜泡的稳定性，获得外观良好、无褶皱、力学性能优良的液晶高分子薄膜。

本发明的液晶高分子薄膜，使用如上所述薄膜吹塑成型装置制得，外观平整光滑、厚度均匀、力学性能优异。

本发明的液晶高分子薄膜的制备方法，使用上述的薄膜吹塑成型装置制备液晶高分子薄膜，所制得的液晶高分子薄膜，外观平整光滑、厚度均匀、力学性能优异。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明液晶高分子薄膜吹塑设备的结构示意图。

图标：1.环形吹塑模头，2.热风环，3.定径保温筒，4.外筒体，5.内筒体，6.人字板，7.夹辊，8.加热器，9.红外温度传感器，10.保温房，11.挤出机挤出管道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

请参阅图1，本发明提供的薄膜吹塑成型装置，包括保温房10以及由下至上依次同轴设置的环形吹塑模头1、热风环2、定径保温筒3、人字板6以及夹辊7；其中，所述环形吹塑模头1、热风环2、定径保温筒3设置于保温房10中。

具体地，所述环形吹塑模头1与挤出机的挤出管道11连通，用于将挤出机中的树脂挤出。

具体地，所述热风环2通过加热管道与风机连通，在热风环2吹出热风进行保温的条件下，利用加热气体将挤出的管状坯膜吹塑，使得管状坯膜在热风环2鼓出热风的保护下由吹胀气吹胀而形成膜泡，该热风环2可以提供均匀分布在风环圆周的气流，气体流速和温度稳定可控；进一步的，该热风环2可提供25-250℃的空气气流，其气流大小可通过风机功率调控，其气流方向可通过热风环的结构进行调控。

具体地，所述定径保温筒3上设有均匀分布的加热器8，定径保温筒3的高度与内径之比为6-10∶1，所述加热器8可对定径保温筒3进行加热并控制定径保温筒3的温度，以对吹胀的膜泡进一步进行温控，且加长的定径保温筒3在薄膜吹塑过程中可实现对膜泡强效保温，进而控制吹膜过程中膜泡的全程温度，避免膜泡快速降温，同时可以起到防止膜泡扭摆和稳定。

作为一种优选的实施方式，所述定径保温筒3具有双层结构，所述定径保温筒3包括外筒体4及同轴且可拆卸安装于外筒体4内的内筒体5，所述内筒体可根据所需膜泡尺寸进行更换调节，所述内筒体5和外筒体4之间形成横截面为圆环形的空腔；所述内筒体5内壁光滑，使用过程中，所述内筒体5对膜泡起控制作用，防止其在吹塑过程中发生摆动；所述加热器8均匀分布于所述外筒体4侧壁上，加热器8不会直接对内筒体5进行接触加热，进而避免与膜泡直接接触的内筒体5局部过热，使得定径保温筒3内部区域温度均匀，所述内筒体5与外筒体4的直径之差优选为2-10cm，所述内筒体5与外筒体4的间隙距离优选为1-5cm，以保证外筒体4对内筒体5的加热效果。

具体地，所述外筒体4和内筒体5的高度与内径之比均为6-10∶1，从而利于吹膜过程中膜泡全程温度的控制。

具体地，所述人字板6与膜泡接触的表面即其内侧为羊毛毡表面，柔软的羊毛毡表面可以吸收因膜泡和人字板6接触所产生的振动，防止膜泡不稳定而造成褶皱。

进一步地，所述人字板6的开口角度可在30-120°范围内调节，另外，其顶部允许膜泡通过的间隙宽度也可在3-20cm范围内调控。

具体地，所述内筒体5下端设有喇叭状开口，且开口与内筒体5衔接处具有圆弧导角，从而在使用过程中，利于膜泡通过该开口进入内筒体5内部。

具体地，所述定径保温筒3可垂直升降调控，所述定径保温筒3与所述热风环2之间的距离为10-50cm。

具体地，所述保温房10可以将环形吹塑模头1、热风环2和定径保温筒3与外界环境隔离，防止环境粉尘、温度和气流对吹膜过程的影响，保持内部环境的均衡稳定，使薄膜吹胀过程更加稳定可控。

作为一种优选的实施方式，本发明的薄膜吹塑成型装置，还包括在定径保温筒3、人字板6之间且靠近人字板6设置的红外温度传感器9，用于监测膜泡在到达人字板6前的温度，红外温度传感器固定在人字板6下端处，采用红外传感器9实现对膜泡温度的进一步控温，使用过程中优选将膜泡温度控制在比其材料熔点低120℃至低50℃的温度，从而进一步解决液晶高分子膜泡在吹塑过程中产生的冷却过快的问题。

本发明的薄膜吹塑成型装置，定径保温筒3上均匀分布有加热器8，一方面对通过的膜泡进行温控，一方面防止膜泡在吹塑过程中发生摆动，采用加长的定径保温筒3，在薄膜吹塑过程中可实现膜泡的全程保温，另外，通过人字板6下端设置红外传感器9可实现对膜泡的进一步控温，人字板6与膜泡接触的表面为羊毛毡表面，可以吸收因膜泡和人字板6接触所产生的振动，防止膜泡不稳定而造成褶皱，因此，本发明的薄膜吹塑成型装置可以有效解决液晶高分子薄膜吹塑成型过程中冷却速度过快、膜泡扭摆剧烈和膜面严重褶皱等问题，可以提高膜泡的稳定性，获得外观良好、无褶皱、力学性能优良的液晶高分子薄膜。

本发明提供的液晶高分子薄膜，所述液晶高分子薄膜主要由上述薄膜吹塑成型装置制得，该液晶高分子薄膜外观平整光滑、厚度均匀、力学性能优异。

本发明提供的液晶高分子薄膜的制备方法，使用上述的薄膜吹塑成型装置制得液晶高分子薄膜，具体包括如下步骤：通过环形吹塑模头1将融化状态的液晶高分子树脂挤出，挤出的管状坯膜在热风环2鼓出的加热气体下吹胀，形成膜泡，随后膜泡向上通过定径保温筒3，之后经过人字板6，膜泡逐渐被压缩，最后经过夹辊7，膜泡被压合成为两层薄膜，最后经过薄膜切边、收卷，得到液晶高分子薄膜。所制得的液晶高分子薄膜，外观平整光滑、厚度均匀、力学性能优异。

需要说明的是，本发明上述薄膜吹塑成型装置也可以用于其他薄膜产品的吹塑。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本发明的实施例1为一种液晶高分子薄膜的吹塑成型方法，根据附图1所述的薄膜吹塑成型装置进行吹塑成型，本实施例中，薄膜吹塑成型装置中定径保温筒3的高度与内径之比具体为7∶1。所述液晶高分子薄膜的成型过程具体包括：

步骤一：将液晶高分子树脂在高温烘箱中干燥处理除去水分，处理温度优选100-150℃，处理时间为2-8h，液晶高分子树脂采用日本宝理所生产的A950，熔点为280℃。

步骤二：在双螺杆挤出造粒机上熔融造粒，除去不熔融杂质，挤出造粒温度为285℃。

步骤三：将步骤二中的液晶高分子树脂熔体经环形吹塑模头1的进一步压缩均化挤出管状坯膜，环形吹塑模头1的直径为35mm，间隙0.6mm，环形吹塑模头1控温为281℃。

步骤四：挤出的管状坯膜在吹胀气作用下，逐步吹胀成膜泡(吹胀比为5.1，牵伸比为4.0)，吹胀气温度为230℃。同时热风环2提供热风对膜泡进行保温，热风机功率为15％，热风环2鼓出的热风温度为200℃。

步骤五：之后膜泡进入超长的定径保温筒3保温，定径保温筒3温度设定为220℃，内筒体5起到对膜泡托扶的作用，膜泡在牵引下匀速向上运动。

步骤六：膜泡离开定径保温筒3后，通过红外温度传感器9，测定膜泡温度为200℃，之后通过羊毛毡人字板6，膜泡逐渐被压缩，最后经过夹辊7成为两层薄膜压合的膜泡。之后薄膜经过切边得到两卷薄膜，薄膜幅宽为280mm，厚度为50μm。

实施例2

本发明的实施例2为一种液晶高分子薄膜的吹塑成型方法，与实施例1相比，其区别在于：定径保温筒3温度设定为180℃，热风环2鼓出的热风温度为200℃，红外温度传感器9测定膜泡进入羊毛毡人字板6前温度为180℃。

实施例3

本发明的实施例3为一种液晶高分子薄膜的吹塑成型方法，与实施例1相比，其区别在于：定径保温筒3温度设定为150℃，热风环2鼓出的热风温度为200℃，红外温度传感器9测定膜泡进入羊毛毡人字板6前温度为160℃。

对比例1

本发明的对比例1为一种液晶高分子薄膜的吹塑成型方法，与实施例1相比，其区别在于：定径保温筒3不加热，热风环2鼓出的热风温度为150℃，红外温度传感器9测定膜泡进入羊毛毡人字板6前温度为100℃。

对比例2

本发明的对比例2为一种液晶高分子薄膜的吹塑成型方法，与实施例1相比，其区别在于：实验前将定径保温筒3(包括内筒体5和外筒体4及加热器8)取下，步骤六中红外温度传感器9测定膜泡进入羊毛毡人字板6前温度为110℃。

实验例1

采用以下性能测试方法，对实施例1-3及对比例1-2所得到的液晶高分子薄膜进行性能测试：

(1)拉伸性能的测试方法为ASTM D882，仪器为电子万能拉伸试验机，拉伸速率20mm/min。

(2)外观褶皱缺陷判定标准：观察500米薄膜样品，未观察到小于3个皱褶视为优秀，观察到3-10个褶皱视为良好，观察到11-50个褶皱视为中等，观察到50个以上的褶皱视为差。

(3)薄膜厚度均匀性的测试标准如下：在液晶高分子薄膜的MD(纵向)方向上取4m样品，然后间隔20cm进行厚度测量，统计20个点的方差值来评价薄膜在MD方向上的厚度均匀性；在液晶高分子薄膜的TD(横向)方向上取500mm样品，然后间隔50mm进行厚度测量，统计10个点的标准差值来评价薄膜在TD方向上的厚度均匀性。

参见表1，以上实施例1-3及对比例1-2的制备参数及性能测试结果对比如下：

表1 实施例和对比例中液晶高分子薄膜的性能结果

由表1可见，由本发明所提供的薄膜吹塑成型装置制得的液晶高分子薄膜MD/TD力学性能均衡，所采用的可加热超长定径保温筒可以有效控制膜泡温度，有效改善液晶高分子薄膜的膜厚均匀性和褶皱情况。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种薄膜吹塑成型装置，包括由下至上依次同轴设置的环形吹塑模头(1)、热风环(2)、定径保温筒(3)、人字板(6)以及夹辊(7)，其特征在于，所述定径保温筒(3)设有加热器(8)，所述定径保温筒(3)的高度与内径之比为6-10∶1。

2.根据权利要求1所述的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，所述定径保温筒(3)具有双层结构，所述定径保温筒(3)包括外筒体(4)及同轴且可拆卸安装于外筒体(4)内的内筒体(5)；所述内筒体(5)内壁光滑，所述加热器(8)均匀分布于所述外筒体(4)侧壁上。

3.根据权利要求2所述的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，所述外筒体(4)和内筒体(5)的高度与内径之比均为6-10∶1；所述内筒体(5)与外筒体(4)的间隙距离为1-5cm；所述内筒体(5)下端设有喇叭状开口。

4.根据权利要求1所述的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，所述定径保温筒(3)可垂直升降调控，所述定径保温筒(3)与所述热风环(2)之间的距离为10-50cm。

5.根据权利要求1所述的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，所述人字板(6)的内侧为羊毛毡表面。

6.根据权利要求1所述的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，还包括包围所述环形吹塑模头(1)、热风环(2)、定径保温筒(3)的保温房(10)以及在定径保温筒(3)、人字板(6)之间且靠近人字板(6)设置的红外温度传感器(9)；所述红外温度传感器(9)用于监测膜泡在到达人字板(6)前的温度。

7.根据权利要求1所述的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，所述加热器(8)对定径保温筒(3)进行加热，控制所述定径保温筒(3)的温度为25-280℃。

8.根据权利要求1所述的薄膜吹塑成型装置，其特征在于，所述人字板(6)的开口角度在30-120°范围内可调节，所述人字板(6)顶部具有间隙，所述间隙宽度在3-20cm范围内可调控。

9.一种液晶高分子薄膜，其特征在于，使用权利要求1～8中任一项所述薄膜吹塑成型装置制得。

10.一种根据权利要求9所述的液晶高分子薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：通过环形吹塑模头(1)将融化状态的液晶高分子树脂挤出，挤出的管状坯膜在热风环(2)鼓出的加热气体下吹胀，形成膜泡，随后膜泡向上通过定径保温筒(3)，之后经过人字板(6)，膜泡逐渐被压缩，最后经过夹辊(7)，膜泡被压合成为两层薄膜，最后经过薄膜切边、收卷，得到液晶高分子薄膜。

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