CN114274541B - 一种lcp薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LCP薄膜及其制备方法和应用。本发明所述的LCP薄膜制备方法，采用挤出吹塑法，通过精确控制膜泡在到达不同位置（吊颈线高度H_d位置、霜线位置和刚接触到人字板位置）的膜泡温度，能够使膜泡在吹塑成型过程中产生的表面褶皱自动消除，并且在引导棍张力的作用下，自动消除膜泡在经过人字板区域表面产生的褶皱，制得厚度均匀性好、薄膜表面褶皱极少的LCP薄膜，有效解决了挤出吹塑成型的LCP薄膜易产生褶皱的问题，有利于薄膜的后续应用。

Description

一种LCP薄膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及薄膜生产加工技术领域，具体涉及一种LCP薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

液晶聚合物（LCP）具有优异的高频介电性能、加工流动性和高的耐热性及尺寸稳定性，在电子电器领域具有非常广泛的应用。5G商用时代表现为更高的电磁波传输速度及更小的信号传播损失，要求材料的介电常数和介电损耗都要尽可能的小，液晶聚合物正是满足这些苛刻要求的材料。因此，基于LCP薄膜的柔性印刷电路板（FPC）成为5G终端天线最佳材料。

现有技术一般是采用挤出吹塑法制备LCP薄膜。然而，由于LCP熔体从环形口模挤出后，薄膜膜泡稳定性差，在吹塑成型过程中，膜泡易发生晃动，导致形成的吹塑薄膜容易产生褶皱，同时也会引起薄膜厚度均匀性差的问题，影响薄膜后续的应用，严重降低了LCP薄膜的市场价值。

专利申请CN1488490A公开了通过将薄膜膜泡与导向元件接触时固化的管形膜泡的温度调节至不高于使薄膜的热变形比达到5%时的温度，即让管形膜泡在与导向元件接触时已充分冷却，从而抑制由于导向元件的摩擦力作用导致的膜泡变形，因此能够改善制得薄膜的表面褶皱情况。但在实际进行的实验成型中发现，仅仅关注与导向元件（即人字板）接触时的管形膜泡温度的上限不足以很好消除薄膜表面褶皱情况。专利申请CN1488489A公开了在薄膜吹塑的生产设备包括在紧邻口模出口的上方依次装有冷却环和保护罩，通过控制冷却环中气体介质的温度使管形膜泡处于被吹塑状态，最终实现对吹塑薄膜的厚度均匀性以及表面褶皱进行改善。然而，该方案中只有膜泡细径部位处于保护罩区，并未明确膜泡从保护罩内出来后的温度变化情况。上述现有技术均只是调控膜泡在口模出口至导向元件距离范围内某一局部的温度，实际生产过程中并不能防止膜泡质量的变化，无法很好控制薄膜质量。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种LCP薄膜的制备方法，制得的LCP薄膜厚度均匀，且表面平整、褶皱极少。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种LCP薄膜的制备方法，包括以下步骤：LCP树脂经挤出机熔融塑化，通过口模挤出形成膜泡，向膜泡内引入气体介质将膜泡吹胀，经风环冷却定型，膜泡到达人字板后被压扁夹平，并通过引导辊牵引拉出收卷成型，制得LCP薄膜；

其中，所述膜泡到达吊颈线高度H_d位置的膜泡温度T₁控制在T_m-10℃~T_m+15℃；所述吊颈线高度H_d为膜泡细颈线最高点离口模出口的轴向距离；所述T_m为LCP树脂的熔点；

所述膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂控制在T_f-60℃~T_f+60℃；所述T_f为薄膜的热变形温度；

所述膜泡刚接触到人字板位置的膜泡温度T₃与膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂的温差T₂-T₃控制在不高于80℃，且膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂与膜泡到达吊颈线高度H_d位置的膜泡温度T₁的温差T₁-T₂控制在55-85℃。

本发明要求膜泡到达吊颈线高度H_d位置的膜泡温度T₁控制在一定范围内，当膜泡熔体处于本发明要求的温度范围内时，向膜泡内引入气体介质可使管形膜泡被吹胀，且膜泡熔体具有较优的熔体强度和较大的拉伸粘度，可有效避免膜泡破裂或偏摆而导致薄膜表面褶皱严重或薄膜厚度均匀性差等问题。温度T₁过高，膜泡会不稳定，难以成膜；温度T₁过低则不利于膜泡被吹胀，薄膜均匀性差。优选的，所述膜泡到达吊颈线高度H_d位置的膜泡温度T₁控制在T_m-5℃~T_m+10℃。

膜泡在接触到人字板时，膜泡的厚度已经固定，后续的操作过程对于膜泡厚度不会产生任何影响，因此本发明通过基于薄膜厚度来确定吊颈线高度H_d。本发明所述吊颈线高度H_d为200-2000H_f ~200+1000H_f，所述H_f为薄膜厚度；其中H_d单位为mm，H_f单位为μm。吊颈线高度H_d过高会导致膜泡歪斜摆动，后续制得的薄膜有褶皱且厚度均匀性差；吊颈线高度H_d过低会导致膜泡上下摆动，影响薄膜厚度均匀性。

本发明所述霜线是指膜泡直径达到最大值时的位置。膜泡经过霜线后，薄膜的厚度几乎不再发生变化。在霜线位置的膜泡温度T₂过低，会导致上升过程中膜泡与设备部件接触而产生的变形被冻结无法恢复，最终薄膜产生过多褶皱；膜泡温度T₂过高，导致薄膜产生的变形过大，形成死皱，难以除去。优选的，所述膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂控制在T_f-30℃~T_f+40℃。

本发明提供所述薄膜的热变形温度Tf的测试方法：

使用热机械分析装置 (TMA)，在长度20mm和宽度5mm的薄膜两端施加1g的拉伸载荷，从室温以 5℃ /分钟的速度升温至薄膜开始发生形变，薄膜膨胀（伸长）1%，将此时的温度设定为薄膜的热变形温度T_f。

本发明可以通过在吊颈线高度位置、霜线位置和人字板位置分别配备红外在线测温装置，以调控膜泡从口模出口到与人字板接触时在不同位置的温度情况。

控制膜泡刚接触到人字板位置的膜泡温度T₃与膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂的温差T₂-T₃，有利于后续膜泡经人字板夹扁时产生的变形可以被后续的牵引装置通过拉伸恢复。温差过小，难以消除薄膜褶皱；温差过大，反而会导致膜泡产生较大变形，形成死褶。

优选的，所述膜泡刚接触到人字板位置的膜泡温度T₃与膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂的温差T₂-T₃控制在30-70℃，且膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂与膜泡到达吊颈线高度H_d位置的膜泡温度T₁的温差T₁-T₂控制在60-75℃，温差过大会导致膜泡冷却速度过快，薄膜表面产生的褶皱不能在线消除，也会恶化薄膜厚度均匀性，温差过小薄膜膜泡存在破裂的风险。

优选的，本发明所述的LCP树脂选自熔点为250-350℃的热致液晶聚合物。

优选的，所述的挤出机的料筒温度为240-310℃。

优选的，所述的气体介质可选用空气、氮气或二氧化碳等，基于成本考虑，在工业生产中更优选空气作为气体介质进行薄膜吹塑。

本发明还提供由本发明制备方法制得的一种LCP薄膜。

优选的，所述的LCP薄膜厚度为10-200µm；更优选的，所述LCP薄膜厚度为15-100µm。

所述的LCP薄膜厚度均匀性偏差小于10%。

所述的LCP薄膜连续收卷300m，表面褶皱个数小于15。

本发明还提供上述LCP薄膜的应用，可用于5G移动终端、5G通讯雷达或5G基站的天线。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明通过精确控制膜泡在到达不同位置（吊颈线高度H_d位置、霜线位置和刚接触到人字板位置）的膜泡温度，能够使膜泡在吹塑成型过程中产生的表面褶皱自动消除，并且在引导辊张力的作用下，自动消除膜泡在经过人字板区域表面产生的褶皱，制得厚度均匀性好、薄膜表面褶皱极少的LCP薄膜，有效解决了挤出吹塑成型的LCP薄膜易产生褶皱或表面间隙的问题，有利于薄膜的后续应用。

附图说明

图1为LCP薄膜的挤出吹塑设备部分结构示意图；1为膜泡；2为人字板；3为风环；4为红外测温仪；5为口模；6为吊颈线高度；7为霜线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。

本发明的实施例和对比例的LCP薄膜制备方法：采用如图1所示设备，将LCP树脂经挤出机熔融塑化，通过口模5挤出形成膜泡1，向膜泡内引入空气将膜泡吹胀，经风环3冷却定型，膜泡到达人字板2后被压扁夹平，并通过引导辊牵引拉出收卷成型，制得LCP薄膜；其中，在在吊颈线高度6位置、霜线7位置和人字板位置分别设置红外在线测温装置4，实时监控膜泡在发展过程中不同位置时的温度；LCP薄膜吹塑成型工艺条件如表1所示。

在本发明的实施例和对比例中，LCP树脂选用熔点为250-350℃的热致液晶聚合物。

相关性能参数的测试方法如下：

（1）LCP树脂熔点的测定：采用NETZSCH公司制的差示扫描量热仪DSC 200 F3，升温速率20℃/min，升温至熔点以上30℃，恒温5min；然后以20℃/min降温至室温，再以20℃/min升温至熔点以上30℃，取第二次升温的曲线熔融峰值对应温度为LCP树脂的熔点。

（2）LCP薄膜的热变形温度的测定：

使用热机械分析装置 (TMA)，在长度20mm和宽度5mm的薄膜两端施加1g的拉伸载荷，从室温以 5℃ /分钟的速度升温至薄膜开始发生形变，薄膜膨胀（伸长）1%，将此时的温度设定为薄膜的热变形温度T_f。

（3）薄膜厚度：采用数字厚度计（Mitutoy株式会社制），对LCP薄膜沿 TD和MD方向以5cm的间隔分别进行厚度测定；

沿MD方向每隔1m分别取3个不同位置，然后分别沿着TD方向以0.05m的间隔分别进行测定，一共测得30点的薄膜厚度，任意选择其中10点的平均值设定为TD方向的平均薄膜厚度；将所得到的30点的测量值的最大值设为 Lmax，最小值设为 Lmin，平均值设为 La，计算厚度均匀性偏差R：R=(Lmax- Lmin)/2La；

沿TD方向每隔0.15m分别取3个不同位置，然后沿着MD方向以0.05m的间隔分别进行测定，一共测得30点的薄膜厚度，任意选择其中10点的平均值设定为MD方向的平均薄膜厚度；将所得到的30点的测量值的最大值设为 Lmax，最小值设为 Lmin，平均值设为 La，计算厚度均匀性偏差R：R=(Lmax- Lmin)/2La；

“R＜7%”为优，“7%≤R＜10%”为良，“R≥10%”为不合格。

（4）薄膜外观：

①表面褶皱评价：目视观察到的薄膜长度为300m范围内，薄膜表面出现褶皱的数量为判断依据。“0≤褶皱数量≤8”评为优异，“8＜褶皱数量≤15”评为良好，“15＜褶皱数量≤30”评为合格，“褶皱数量＞30”评为差。

表1：实施例1-8和对比例1-12的LCP薄膜吹塑成型工艺条件及LCP薄膜的评价结果

由上述实施例和对比例看出，本发明制备方法通过精确控制膜泡在到达不同位置（吊颈线高度H_d位置、霜线位置和刚接触到人字板位置）的膜泡温度，制得的LCP薄膜厚度均匀性好（厚度均匀性偏差小于10%），且薄膜表面褶皱极少（连续收卷300m，表面褶皱个数小于15），有效解决了挤出吹塑成型的LCP薄膜易产生褶皱或表面间隙的问题。

Claims (10)

1.一种LCP薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：LCP树脂经挤出机熔融塑化，通过口模挤出形成膜泡，向膜泡内引入气体介质将膜泡吹胀，经风环冷却定型，膜泡到达人字板后被压扁夹平，并通过引导辊牵引拉出收卷成型，制得LCP薄膜；

其中，所述膜泡到达吊颈线高度H_d位置的膜泡温度T₁控制在T_m-10℃~T_m+15℃；所述吊颈线高度H_d为膜泡细颈线最高点离口模出口的轴向距离；所述T_m为LCP树脂的熔点；

所述膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂控制在T_f-60℃~T_f+60℃；所述霜线为膜泡直径达到最大值时的位置；所述T_f为薄膜的热变形温度；

所述膜泡刚接触到人字板位置的膜泡温度T₃与膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂的温差T₂-T₃控制在30-80℃，且膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂与膜泡到达吊颈线高度H_d位置的膜泡温度T₁的温差T₁-T₂控制在55-85℃；

所述吊颈线高度H_d为200-2000H_f ~200+1000H_f，所述H_f为薄膜厚度，其中H_d单位为mm，H_f单位为μm；

所述LCP薄膜的厚度均匀性偏差小于10%。

2.根据权利要求1所述的一种LCP薄膜的制备方法，其特征在于，所述膜泡到达吊颈线高度H_d位置的膜泡温度T₁控制在T_m-5℃~T_m+10℃。

3.根据权利要求1所述的一种LCP薄膜的制备方法，其特征在于，所述膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂控制在T_f-30℃~T_f+40℃。

4.根据权利要求1所述的一种LCP薄膜的制备方法，其特征在于，所述膜泡刚接触到人字板位置的膜泡温度T₃与膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂的温差T₂-T₃控制在30-70℃，且膜泡到达霜线位置的膜泡温度T₂与膜泡到达吊颈线高度H_d位置的膜泡温度T₁的温差T₁-T₂控制在60-75℃。

5.根据权利要求1所述的一种LCP薄膜的制备方法，其特征在于，所述LCP树脂选自熔点为250-350℃的热致液晶聚合物。

6.一种LCP薄膜，其特征在于，由权利要求1-5任一项所述的制备方法制得。

7.根据权利要求6所述的LCP薄膜，其特征在于，所述LCP薄膜厚度为10-200µm。

8.根据权利要求6所述的LCP薄膜，其特征在于，所述LCP薄膜厚度为15-100µm。

9.根据权利要求6所述的LCP薄膜，其特征在于，所述LCP薄膜连续收卷300m，表面褶皱个数小于15。

10.根据权利要求6-9任一项所述的LCP薄膜的应用，其特征在于，用于5G移动终端、5G通讯雷达或5G基站的天线。