KR20000017588A - 이축 배향 ｐｅｔ 필름의 제조방법 및 ｓｍｄ-기술 필름 캐퍼시터용의 이의 용도 - Google Patents

Abstract

본 명세서에는, 중합체 용융물을 압출 다이의 간극을 통하여 냉각 롤 위로 압출시키고, 종방향과 횡방향으로 연신시킨 다음, 종방향으로 0.1% 초과, 횡방향으로 3% 초과하여 이완시키고(종방향과 횡방향으로 이완되는 동안, 필름의 가장자리는 고정된다), 필름을 권취하는, 두께가 10㎛ 미만인 이축 배향 필름의 제조방법이 기재되어 있다.

Description

이축 배향 ＰＥＴ 필름의 제조방법 및 ＳＭＤ-기술 필름 캐퍼시터용의 이의 용도{Process for producing biaxially oriented PET films and use of the same for SMD-technology film capacitors}

본 발명은 필름의 수축 특성으로 인하여 SMD-기술 캐퍼시터를 제조하기에 특히 적합한 폴리에스테르 필름, 특히 PET 필름의 제조방법에 관한 것이다. 특히, SMD 기술에서 사용하는 캐퍼시터에 있어서, 두께가 얇으며 납땜 도중에 상승하는 온도에서의 온도 변화에 대한 내성이 있는 필름이 요구되고 있다. 이는, 캐퍼시터의 공간 이용과 납땜 과정에 대하여 이점을 부여한다.

오늘날, PEN 필름과 PPS 필름은 SMD-기술 필름 캐퍼시터에 사용되고 있다. PEN 필름과 PPS 필름의 융점은 PET 필름의 융점(약 255℃)보다 현저하게 높다. PEN 필름의 융점은 약 265℃이고 PPS 필름의 융점은 약 285℃이다. 그러나, PEN 필름과 PPS 필름의 결정적인 단점은 가격이 비싸다는 점이다.

전자 산업에서는 수 년 동안 비용상의 이유로 와이어 소자에서 SMD 능력을 가진 소자(components with SMD capabilities)로 이행하는 경향이 있어 왔다. 또한, 이는 캐퍼시터 분야에도 적용된다. 기타 재료들로부터 제조된 캐퍼시터는 SMD 납땜 공정 도중에 발생하는 온도에 의해 손상을 받기 때문에(전형적으로, 피크 온도는 광범위하게 사용되는 재유동 납땜 공정 동안에 225℃ 이상이다), 세라믹 SMD 캐퍼시터가 당해 시장에 대한 매우 높은 비율의 공급물을 대표한다. 필름 캐퍼시터는 이러한 점에서 특별한 경우이다. 위에서 언급한 피크 온도 범위는 전통적인 필름 캐퍼시터용 중합체 중의 하나인 PET가 용융되기 시작하는 온도 범위이다. 그러므로, 지난 몇년 동안, 캐퍼시터 제조업자와 필름 제조업자는 융점이 보다 높은 중합체(예: PEN 및 PPS)에 전력을 기울여 왔다. 또 다른 방법은, PET로부터 제조되고 이러한 온도로의 노출을 추가의 케이싱(casing)으로 방지하는 SMD 필름 캐퍼시터를 사용하거나, PET로부터 제조되고 피크 온도를 결코 200℃보다 높지 않은 온도로 제한함으로써 이의 적용을 현저하게 제한한 SMD 캐퍼시터를 사용하는 방법이다. 놀랍게도, 국제 공개특허공보 제98/13414호와 국제 공개특허공보 제98/13415호에 기재되어 있는 바와 같이, 횡방향 수축률이 특히 낮은 SMD 캐퍼시터는 위에서 언급한 제한을 받지 않고 PET 필름으로부터 제조할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 당해 공보에서는, 유효한 캐퍼시터를 획득하는 데 필수적인 고화를 보증하기 위해서는, 횡방향 수축과는 달리 종방향으로 여전히 상당한 수축이 있어야만 하는 것으로 밝혀졌다.

놀랍게도, 국제 공개특허공보 제98/13414호와 국제 공개특허공보 제98/13415호의 기재 내용과는 달리, 유효한 SMD 캐퍼시터는 종방향 수축률이 단지 최소한도인 필름으로부터 제조할 수도 있는 것으로 밝혀졌다. 일반적으로, 수축율 값이 특히 낮은 필름은 SMD 캐퍼시터에 특별히 적합한데, 이는 납땜 도중의 용량 손실이 특별히 작기 때문이다.

기계 방향(MD) 수축율과 횡방향(TD) 수축율 값이 작은 75㎛ 필름은 경화 도중에 필름을 횡방향으로 이완시키고 종방향으로도 이완시켜 제조할 수 있는 것으로 유럽 공개특허공보 제0 402 861호로부터 공지되어 있다. 유럽 공개특허공보 제0 402 861호에 따르면, 필름이 경화 프레임을 빠져나간 후, 필름이 프레임의 속도보다 느린 속도로 권취되는 경우에만 종방향 이완이 명백하게 가능하다. 이로써, 당해 공보에서 언급한 비교적 두꺼운 필름(75㎛)은 사용할 수 있지만, 두께가 10㎛ 미만인 필름은 사용할 수 없는데, 이는 프레임과 권취장치 사이의 자유로운 이완 도중에 치수 변화가 조절되지 않아서 캐퍼시터 필름에 대해 허용되지 않는 분포 균일성이 생기기 때문이다(MD와 TD에서의 두께가 변한다).

종방향/횡방향 연신된 필름이 롤러들 사이에서 MD로 직렬 또는 병렬 이완되는, 예를 들면, 미국 특허 제4,042,569호에 기재되어 있는 바와 같은 공정으로는 수축율 값이 작은 필름이 제조될 뿐만 아니라 위에서 언급한 난점이 생기며, 공정 단계의 추가로 인하여 완전히 비경제적이고 공정 신뢰도가 저하된다.

국제 공개특허공보 제88/10188호에는, 언급한 장치의 도움으로 종방향과 횡방향으로 동시에 연신할 수 있는 중합체 필름을 제조하는 장치와 방법이 기재되어 있다. 이러한 유형의 공정으로 제조한 캐퍼시터 필름은 미국 특허 제5,429,785호에 기재되어 있다. 당해 특허에는, 필름의 수축 거동에 대한 정보가 기재되어 있지 않다. 그러나, 수축율 값이 특별히 작을 것으로 생각되지는 않는데, 이는 기재되어 있는 필름이 이완되지 않기 때문이다.

그러므로, 본 발명의 목적은 수축율 값이 적절한 필름을 제공하는 것이며, 특히 이러한 유형의 필름을 제조하기에 적합한 방법을 제공하는 것이다.

위에서 언급한 본 발명의 목적은, 중합체 용융물을 냉각 롤 위로 압출시키고, 종방향과 횡방향으로 연신시킨 다음, 종방향으로 0.1% 초과, 횡방향으로 3% 초과하여 이완시킴(종방향 및 횡방향으로 이완시키는 동안, 필름의 가장자리는 고정된다)을 포함하는, 두께가 10㎛ 미만인 이축 배향 필름을 제조하는 방법으로 달성된다.

또한, 본 발명의 목적은, 특성이 다음과 같으며 두께가 10㎛ 미만인 이축 배향 필름으로 달성된다:

S₂₀₀(TD)은 1.5% 미만, -0.5% 초과이다.

S₂₀₀(MD)은 2.8% 미만, -0.5% 초과이다.

신규한 공정에 대한 출발물질은 중합체 원료 물질, 특히 폴리에스테르 원료 물질이다. 본 발명의 목적을 위하여, 폴리에스테르 원료 물질은, 주로, 즉 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리-1,4-디사이클로헥산디메틸렌 테레프탈레이트(PCT), 폴리에틸렌 나프탈레이트 비벤조에이트(PENBB) 및 이들 중합체의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 중합체 80중량% 이상, 바람직하게는 90중량% 이상의 정도로 구성되어 있는 조성물이다. 필수적으로 에틸렌 테레프탈레이트 단위 및/또는 바람직하게는 공단량체 단위(여기서, 이의 글리콜 성분 및/또는 산 성분은 변할 수 있다) 30mol% 이하로 구성되어 있는 폴리에스테르 원료 물질이 바람직하다. 폴리에스테르는 일반적인 촉매(예: Zn 염, Ca 염, Li 염 또는 Mn 염)를 사용하는 트랜스에스테르화 공정으로 제조할 수 있거나, 직접 에스테르화 공정으로 제조할 수 있다.

경우에 따라, 캐퍼시터 필름을 제조할 때, 슬립 특성과 마찰 특성을 향상시키기 위해 사용하는 일반적인 첨가제(입자), 예를 들면, 무기 안료[예: 카올린, 활석, SiO₂, MgCO₃, CaCO₃, BaCO₃, CaSO₄, BaSO₄, Li₃PO₄, Ca₃(PO₄)₂, Mg₃(PO₄)₂, TiO₂, Al₂O₃, MgO, SiC, LiF, 또는 테레프탈산의 Ca 염, Ba 염 또는 Mn 염]는 폴리에스테르 원료 물질 속에 존재할 수 있다. 기타 유기 안료계 입자(예: 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트 또는 폴리메타크릴레이트)를 첨가할 수도 있다. 사용하는 입자의 농도는 바람직하게는 0.005 내지 5.0중량%, 특히 바람직하게는 0.01 내지 2.0중량%(층의 중량을 기준으로 함)이다. 평균 입자 크기는 0.001 내지 10㎛, 바람직하게는 0.005 내지 5㎛이다. 폴리에스테르 필름은 모노필름 또는, 경우에 따라, 공압출된 복합재 필름(이는, 표면이 동일하게 또는 상이하게 구성되어 있고, 예를 들면, 한 면이 착색되어 있으며 다른 면이 착색되어 있지 않다)일 수 있다. 공지된 공정은 통상적인 작용성 피복물을 필름의 한 면 또는 양면에 제공하는 데 사용할 수 있다.

중합체 필름을 제조하기 위한 신규한 공정에 있어서, 슬롯 다이(slot die)를 통하여 용융 중합체, 특히 폴리에스테르를 압출시키고, 실질적인 무정형 예비필름의 형태로 냉각 롤에서 급냉시킨다. 이어서, 필름을 다시 가열하고, 종방향에 이어서 횡방향으로 연신시키거나, 횡방향에 이어서 종방향으로 연신시키거나, 종방향/횡방향으로 연신시킨 다음, 종방향 및/또는 횡방향으로 다시 연신시킨다. 또한, 필름의 가장자리가 고정되는 동안, 필름을 종방향에 이어서 횡방향으로 이완시킨다. 종방향 이완은 가장자리 고정장치 내의 최대 종방향 필름 속도보다 느린 가장자리 고정장치로부터의 필름 배출 속도를 사용하여 수행한다. 횡방향 이완은 가장자리 고정장치에서 집중적으로 유도하여 수행한다. 바람직한 가장자리 고정장치는, 예를 들면, 국제 공개특허공보 제88/0188호에 기재되어 있는 바와 같은 동시 연신 프레임이다. 이완과 연신은 둘 다 당해 프레임에서 수행할 수 있다. 국제 공개특허공보 제88/0188호의 장치의 이점 중의 하나는 연신(MD + TD), 이완 및 경화 단계가 분리되고, 교환된 다음, 당해 장치의 여러 구역에서 수행된다는 점이다. 연신 온도는 일반적으로 T_g+10℃ 내지 T_g+60℃이고, 종방향 연신에 대한 연신비는 일반적으로 2 내지 6, 특히 3 내지 4.5이며, 횡방향 연신에 대한 연신비는 2 내지 5, 특히 3 내지 4.5이고, 수행되는 2차 종방향 연신에 대한 연신비는 1.1 내지 3이다. 경우에 따라, 1차 종방향 연신은 횡방향 연신과 동시에 수행할 수 있다(동시 연신). 필름의 열경화는 200 내지 260℃, 특히 220 내지 250℃의 오븐 온도에서 수행한다.

종방향과 횡방향 둘 다의 이완은 가장자리 고정장치에서 T_g+10℃ 내지 250℃의 온도에서 수행한다. 종방향 이완은 0.1% 이상, 바람직하게는 0.5% 초과, 특히 0.7% 초과이다. 이완이 6.0%를 초과하면 유용하지 않다. 횡방향 이완은 3% 이상, 바람직하게는 5% 초과이다. 횡방향 이완이 15%를 초과하면 유용하지 않다.

신규한 공정에 따라, 필름은 200℃에서의 종방향 수축율(S₂₀₀MD)이 4% 미만, 바람직하게는 3.3% 미만, 특히 바람직하게는 2.7% 미만일 수 있다. 200℃에서 성취 가능한 횡방향 수축율(S₂₀₀TD)은 2.0% 미만, 바람직하게는 1.0% 미만이다. 신규한 공정에 따라, 스케일의 기타 목적상 200℃에서의 수축율은 -0.5% 초과, 바람직하게는 0.0% 초과, 특히 0.5% 초과일 수 있다.

신규한 필름의 두께는 10㎛ 미만이고, 바람직하게는 8㎛ 이하이며, 특히 5㎛ 이하이다.

신규한 필름의 200℃에서의 횡방향 수축율은 1.5% 미만이고, 바람직하게는 1.0% 미만이며, 특히 바람직하게는 0.8% 미만이다. 최소 수축율은 -0.5%이고, 특히 0.0% 초과이다. 신규한 필름의 200℃(S₂₀₀)에서의 종방향 수축율은 2.8% 미만이고, 바람직하게는 2.5% 미만이며, 특히 2.3% 미만이다. 또한, 종방향 수축율이 -0.5% 초과이고, 바람직하게는 0.0% 초과이며, 특히 1.0% 초과인 경우, 유용한 것으로 입증되었다.

놀랍게도, 신규한 필름은 필름 폭 전체의 두께 변화가 작으며, 전형적으로 20% 미만이다. 이러한 유형의 균일한 두께 분포는 병렬 이완 공정 또는 자유 이완 공정으로 성취할 수 없다. 신규한 공정에 있어서, 필름의 두께는, 권취되기 전에 이의 폭 전체에 걸쳐서 연속적으로 측정한다. 발생하는 얇은 영역과 두꺼운 영역을 보정하기 위해, 수득한 측정치를 사용하여 압출 다이의 간극 폭을 조절한다.

신규한 공정으로 수득 가능한 필름과 언급한 신규한 필름은 SMD 캐퍼시터를 제조하기 위한 적합성이 뛰어나다. 이러한 캐퍼시터는 통상적이고도 익히 공지된 공정들로 제조된다. 일반적으로, 이러한 공정은 필름을 금속화하여 절단함으로써 시작되고, 이어서 생성된 금속화 필름의 스트립은 층들에서 상호 중첩된다. 이러한 적층물 또는 권취물은 어니일링되고, 접촉부가 공급된 다음, 적당한 크기로 트리밍된다.

본 발명에 따라, 필름의 수축 특성으로 인하여 SMD-기술 캐퍼시터를 제조하기에 특히 적합한 폴리에스테르 필름, 특히 PET 필름이 제조된다.

Claims (16)

1. 중합체 용융물을 압출 다이의 간극을 통하여 냉각 롤 위로 압출시키고, 종방향과 횡방향으로 연신시킨 다음, 종방향으로 0.1% 초과, 횡방향으로 3% 초과하여 이완시키고(종방향과 횡방향으로 이완되는 동안, 필름의 가장자리는 고정된다), 필름을 권취하는, 두께가 10㎛ 미만인 이축 배향 필름의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 이완 공정이 동시 연신 프레임에서 수행되는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 종방향 연신 공정과 횡방향 연신 공정이 동시 연신 프레임에서 수행되는 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 종방향 이완이 0.5%를 초과하고 횡방향 이완이 5%를 초과하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 필름 폭 전체의 두께 변화가 20% 미만인 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 필름이 권취되기 전에 이의 두께가 측정되고, 두께에 대한 측정치가 압출 다이의 간극 폭을 조절하는 데 이용되어 필름의 얇은 영역과 두꺼운 영역을 보정하는 방법.
7. 두께가 10㎛ 미만이고 200℃에서의 횡방향 수축율(S₂₀₀TD)이 1.5% 미만 -0.5% 초과이며 200℃에서의 종방향 수축율(S₂₀₀MD)이 2.8% 미만인 이축 배향 필름,
8. 제7항에 있어서, 200℃에서의 종방향 수축율(S₂₀₀MD)이 -0.5% 초과인 필름.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 두께가 5㎛ 미만인 필름.
10. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 필름 폭 전체에 걸친 두께 변화가 20% 미만인 필름.
11. 제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 80중량% 이상의 폴리에틸렌 테레프탈레이트로부터 제조되는 폴리에스테르 필름.
12. SMD 캐퍼시터를 제조하기 위한, 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따르는 방법으로 수득 가능한 필름의 용도.
13. SMD 캐퍼시터를 제조하기 위한, 제7항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 따르는 필름의 용도.
14. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따르는 방법으로 수득 가능한 필름을 포함하는 캐퍼시터.
15. 제7항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 따르는 필름을 포함하는 캐퍼시터.
16. SMD 캐퍼시터를 제조하기 위한, 200℃에서의 MD 수축율이 3.3% 미만이고 200℃에서의 TD 수축율이 2% 미만인 필름의 용도.