TW202108638A - 聚四氟乙烯薄膜及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種聚四氟乙烯薄膜及其製造方法。本發明之聚四氟乙烯薄膜具有高強度且高溫低收縮率之優異效能，解決了市場上通常之聚四氟乙烯薄膜高強度高收縮率或者低強度低收縮率、大大限制其應用範圍的問題。本發明之聚四氟乙烯薄膜平整度好，耐磨性強，強度高，並且還能有效抑制熱收縮。另外，本發明之聚四氟乙烯薄膜之製造方法簡單易行，並且生產效率高。

Description

聚四氟乙烯薄膜及其製造方法
本發明係關於一種聚四氟乙烯薄膜、該聚四氟乙烯薄膜之製造方法以及包含該聚四氟乙烯薄膜之膠帶。
已知使用聚四氟乙烯(PTFE)經過熔融成型切削或者擠出成型壓延得到各種PTFE薄膜。這些公知之PTFE薄膜在各個領域中有著廣泛之應用，例如，可以作為膠帶的基材使用。然而，先前技術中熔融成型切削或者擠出成型壓延得到之PTFE薄膜存在高強度及低收縮率不能同時滿足的問題，一般為高強度高收縮率或者低強度低收縮率之薄膜，大大限制了PTFE薄膜之應用及使用壽命。
發明要解決之問題 本發明鑒於以上情況而進行，其目的在於提供具有高強度的同時還具有低收縮率之PTFE薄膜、該PTFE薄膜之製造方法以及包含該PTFE薄膜之膠帶。本發明之PTFE薄膜之耐磨性強，強度高，並且還能夠抑制高溫收縮。另外，本發明之PTFE薄膜之製造方法簡單易行，生產效率高。
用於解決問題之方案 本發明人等對上述問題進行了深入研究，結果發現，藉由使PTFE薄膜之縱向(MD)之拉伸強度及在200℃下加熱30min後縱向(MD)之熱收縮率為特定的範圍，能夠解決上述問題，藉此完成了本發明。
亦即，本發明如下。 [1] 一種聚四氟乙烯薄膜，其中，上述聚四氟乙烯薄膜之縱向(MD)之拉伸強度為100MPa以上，在200℃下加熱30min後縱向(MD)之熱收縮率為10%以下。 [2] 如[1]之聚四氟乙烯薄膜，其中，上述聚四氟乙烯薄膜之厚度為15~150µm。 [3] 如[1]或[2]之聚四氟乙烯薄膜，其中，上述聚四氟乙烯薄膜之熔融熱焓為25kJ/kg以下。 [4] 一種如[1]至[3]中任一項之聚四氟乙烯薄膜之製造方法，其包括： 將聚四氟乙烯粉狀物成型，得到成型品； 將上述成型品進行切削成膜，得到切削膜；及 將上述切削膜在低於聚四氟乙烯之熔點的溫度下進行壓延，得到聚四氟乙烯薄膜。 [5] 如[4]之製造方法，其中，上述切削膜之厚度為30~300μm。 [6] 如[4]或[5]之製造方法，其中，上述切削膜與上述聚四氟乙烯薄膜之厚度比，即進行壓延前之切削膜與壓延後得到之聚四氟乙烯薄膜的厚度比為5/1~1.5/1。 [7] 如[6]之製造方法，其中，上述壓延經由1步或2步以上完成。 [8] 如[4]或[5]之製造方法，其中，上述切削膜在230~310℃下進行壓延。 [9] 一種膠帶，其包含如[1]至[3]中任一項之聚四氟乙烯薄膜作為基材。 [10] 一種膠帶，其包含如[4]至[8]中任一項之製造方法得到之聚四氟乙烯薄膜作為基材。
發明之效果 本發明之PTFE薄膜能夠提高薄膜強度的同時還能夠有效抑制熱收縮，並且還具有平整度優異、耐磨性強等優點，因此特別適合用於高溫領域。另外，本發明之PTFE薄膜之製造方法簡單易行，並且生產效率高。
本發明之PTFE薄膜之縱向(MD)的拉伸強度為100MPa以上，較佳為100~200MPa，進一步較佳為130~200MPa。藉由將PTFE薄膜之縱向(MD)之拉伸強度設定為上述範圍內，可以提高強度及耐衝擊性。當PTFE薄膜之縱向(MD)之拉伸強度小於100MPa時，由於強度不足，PTFE薄膜容易變形或者斷裂，限制了PTFE薄膜的使用。上述「縱向(MD)」一般係指PTFE薄膜之長度方向(縱向)。
需要說明的為，「縱向(MD)之拉伸強度」藉由本說明書之實施例中記載的方法測定。
在200℃下之熱收縮率係PTFE薄膜在高溫下之結構穩定性的表現，數值越低說明結構越穩定，越有利於薄膜之使用。在本發明中，PTFE薄膜在200℃下加熱30min後縱向(MD)方向之熱收縮率為10%以下，較佳為7%以下，更佳為5%以下。藉由將熱收縮率設定為上述範圍，即使在高溫下，亦能抑制PTFE薄膜之收縮，能夠得到結構穩定性優異之PTFE薄膜。如果PTFE薄膜在200℃下加熱30min後縱向(MD)方向的熱收縮率大於10%，抑制熱收縮效果不充分，不能得到PTFE薄膜之尺寸穩定性改善之效果。熱收縮率藉由本說明書之實施例中記載的方法測定。
在本發明中，PTFE薄膜之厚度為15~150µm，較佳為50~100µm。當PTFE薄膜之厚度落入上述範圍內時，可以提供強度高、耐磨性強之PTFE薄膜。
根據本發明，PTFE薄膜之熔融熱焓為25kJ/kg以下，較佳為22kJ/kg以下。熔融熱焓係表徵結晶度的一個參數，研究發現當PTFE薄膜之結晶度降低時，薄膜之柔韌性提高。PTFE薄膜之熔融熱焓大於25kJ/kg，往往導致PTFE薄膜柔韌性變差。在本發明中，術語「熔融熱焓」係指在270~345℃之溫度區間內測定之熔融熱焓。
根據本發明之另一實施方式，還提供一種聚四氟乙烯薄膜之製造方法，其包括：
將聚四氟乙烯粉狀物成型，得到成型品；
將上述成型品進行切削成膜，得到切削膜；及
將上述切削膜在低於聚四氟乙烯之熔點之溫度下進行壓延，得到聚四氟乙烯薄膜。
聚四氟乙烯粉狀物經過成型，排除聚四氟乙烯粉狀物之間的氣體，使得聚四氟乙烯粉狀物熔融為一體，藉此得到成型品。在不損害本發明之效果的範圍內，可以將得到之成型品加工成各種尺寸之成型品，例如，可以加工成各種尺寸的圓柱體。
聚四氟乙烯粉狀物沒有特別限定，可以使用市售品。根據各生產廠家之製程不同，聚四氟乙烯粉狀物可以含有少量之全氟烷氧基鏈烷烴(PFA)、全氟乙烯-丙烯共聚物(FEP)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)及聚偏二氟乙烯(PVDF)中的至少1種。
將聚四氟乙烯粉狀物成型之溫度沒有特別限制，聚四氟乙烯粉狀物較佳在360~390℃之溫度下進行成型，燒結溫度過高時PTFE加速分解產生有毒氣體。
將聚四氟乙烯粉狀物成型之時間沒有特別限制，例如通常為10~20h。成型時間亦可以根據成型溫度設定適當調節。
對於成型方法沒有特別限制，例如可以使用液壓機、燒結爐等進行成型。
對於切削成膜之方法沒有特別限制，例如可以使用精密數控車床將經成型得到之成型品切削成各種厚度的PTFE薄膜。
切削膜之厚度為30~500μm，較佳為30~300μm，更佳為75~300μm。當切削膜之厚度落入上述範圍內時，有利於形成本發明之具有高強度的同時還能抑制收縮之PTFE薄膜。切削膜之厚度小於30μm時，影響加工性能。切削膜之厚度大於500μm時，會限制PTFE薄膜之實用效能。
在本發明中，將切削膜在低於聚四氟乙烯之熔點的溫度下進行壓延中，溫度係關鍵指標之一。壓延溫度只要為低於聚四氟乙烯之熔點則沒有特別限制，較佳地，將切削膜在230~310℃下進行壓延；更佳地，將切削膜在250~300℃下進行壓延。藉由將溫度設定為上述範圍，能夠得到具有高強度的同時還具有低熱收縮率之PTFE薄膜。
將切削膜壓延之速度沒有特別限制，例如可以為0.5~5m/min。壓延速度亦可以根據壓延溫度設定適當調節。
在本發明中，切削膜與聚四氟乙烯薄膜之厚度比，即進行壓延前之切削膜與壓延後得到之聚四氟乙烯薄膜的厚度比為5/1~1.5/1，更佳為5/1~2/1，還更佳為4/1~2/1。藉由將厚度比設定為上述範圍，能夠得到具有高強度之PTFE薄膜。厚度比太高，將會導致PTFE薄膜容易產生破裂欠點、結構不均一之問題。厚度比太低，將會導致PTFE薄膜強度低下之問題。
在本發明中，壓延可以經由1步或2步以上完成，以達到所需的切削膜與聚四氟乙烯薄膜之厚度比。在不損害本發明效果的範圍內，可以將高厚度比工程分解為數個低厚度比之工程，例如可以將切削膜先進行厚度比為1.5/1之壓延處理，隨後再次進行厚度比為2/1之壓延處理，最終得到的切削膜與聚四氟乙烯薄膜之厚度比為3/1。
對於進行壓延所用之設備，只要能達到本發明要求之壓延溫度及厚度比則沒有特別限制，例如可以使用各種材質之壓延輥、高鏡面輥等。
在不損害本發明效果之範圍內，本發明之PTFE薄膜之製造方法可以包括除上述工序以外的其他工序，例如預壓成型等工序。
根據本發明之另一態樣，提供一種膠帶，其包含本發明之PTFE薄膜作為基材，或者包含根據本發明之PTFE薄膜之製造方法得到的PTFE薄膜作為基材。
本發明之PTFE薄膜可以作為基材，進而可以製造成各種膠帶。例如，根據本發明之膠帶較佳包括作為基材之PTFE薄膜及黏合劑層。
在不損害本發明之效果的範圍內，本發明之膠帶可以藉由任意合適的方法製造。例如，可列舉如下方法：在基材上塗佈作為黏合劑層形成材料之組合物，在基材上形成黏合劑層。作為這樣的塗佈方法，可列舉例如：輥塗、凹版塗佈、逆向塗佈、輥刷、噴塗、氣刀塗佈法、使用模塗機等進行之擠壓塗佈等。
另外，作為基材之PTFE薄膜還可以根據目的進行任何適合之表面處理，例如，可以對基材之表面實施例如電暈放電處理、電漿處理或底塗處理等合適的公知或習知表面處理。
作為黏合劑層之材料，在不損害本發明之效果之範圍內可採用任意適當的黏合劑。例如，可列舉出：丙烯酸類黏合劑、橡膠類黏合劑、聚矽氧烷類黏合劑等以往在膠帶之黏合劑層中使用之黏合劑。自膠帶之耐熱性的角度出發，較佳採用以聚矽氧烷類黏合劑作為主成分之黏合劑層。
在上述黏合劑層中使用聚矽氧烷類黏合劑之情況下，可以採用任意之適當的聚矽氧烷類黏合劑。作為這樣的聚矽氧烷類黏合劑，可以較佳採用藉由使聚矽氧烷樹脂(聚矽氧烷類聚合物、聚矽氧烷成分)共混或凝聚而得到之黏合劑。
另外，作為上述聚矽氧烷類黏合劑，可以列舉加成反應固化型聚矽氧烷類黏合劑、過氧化物固化型聚矽氧烷類黏合劑。在這些聚矽氧烷類黏合劑中，自不使用過氧化物(過氧化苯甲醯等)且不產生分解產物之方面考慮，較佳為加成反應固化型聚矽氧烷類黏合劑。
作為上述加成反應固化型聚矽氧烷類黏合劑之固化反應，例如在得到聚烷基聚矽氧烷類黏合劑的情況下，一般而言可以列舉利用鉑催化劑使聚烷基氫矽氧烷組合物固化之方法。
黏合劑層之厚度沒有特別限制，例如較佳為5~100µm，更佳為10~60µm。
實施例 以下藉由實施例具體說明本發明。然而，本發明不限於實施例。實施例等中之試驗及評價方法如下所述。
＜PTFE薄膜之縱向(MD)的拉伸強度＞ 根據GB/T 1040.3-2006，使用拉伸試驗機(AG-X plus，SHIMADZU製造)，在拉伸速度為200mm/min下測定各實施例及比較例製作之PTFE薄膜之MD方向(長度方向)的拉伸強度。測定結果如表1及2所示。
＜膠帶之縱向(MD)的拉伸強度＞ 根據GB/T 30776-2014，使用拉伸試驗機(AG-X plus，SHIMADZU製造)，在拉伸速度為300mm/min下測定膠帶之MD方向(長度方向)的拉伸強度。測定結果如表2所示。
＜熱收縮率＞ 根據GB/T 12027-2004，將PTFE薄膜及膠帶切割成120mm×120mm之薄膜樣品(試驗片)，標記長度100mm×100mm，在200℃之熱環境中放置30min，然後在室溫下放置30min，利用游標卡尺測定加熱前與加熱後之MD方向之試驗片標記區域的尺寸，並且使用下式求出熱收縮率。 熱收縮率(%)＝[[加熱前之長度(mm)-加熱後之長度(mm)]/加熱前之長度(mm)]×100
＜熔融熱焓＞ 熔融熱焓可按照GB/T 19466.3-2004，利用差示掃描量熱測定(DSC測定)求出。具體而言，使用差示掃描量熱計(DSC 8000，PerkinElmer公司製造)，求出熔融熱焓。在以20℃/min自室溫升溫至380℃，然後以20℃/min降溫至室溫，利用升溫時之溫譜圖，按照GB/T 19466.3-2004，測定PTFE薄膜之熔融熱焓。
＜PTFE薄膜及膠帶之熱收縮性評價＞ 將PTFE薄膜及膠帶之MD方向的熱收縮率大於10%之情況，熱收縮性評價為「×」； 將PTFE薄膜及膠帶之MD方向的熱收縮率為大於7%且10%以下之情況，熱收縮性評價為「△」； 將PTFE薄膜及膠帶之MD方向的熱收縮率為大於5%且7%以下之情況，熱收縮性評價為「〇」； 將PTFE薄膜及膠帶之MD方向的熱收縮率為5%以下之情況，熱收縮性評價為「◎」。
＜PTFE薄膜之抗斷裂性評價＞ 將PTFE薄膜之MD方向的拉伸強度小於100MPa之情況，抗斷裂性評價為「×」； 將PTFE薄膜之MD方向之拉伸強度為100MPa以上且130MPa以下的情況，抗斷裂性評價為「〇」； 將PTFE薄膜之MD方向的拉伸強度為大於130MPa且200MPa以下之情況，抗斷裂性評價為「◎」。
＜膠帶之抗斷裂性評價＞ 將膠帶之MD方向的拉伸強度小於60N/cm之情況，抗斷裂性評價為「×」； 將膠帶之MD方向的拉伸強度為60N/cm以上且80N/cm以下之情況，抗斷裂性評價為「〇」； 將膠帶之MD方向的拉伸強度為大於80N/cm且120N/cm以下之情況，抗斷裂性評價為「◎」。
實施例1 將PTFE粉狀物(62X，美國杜邦製造)在380℃下於燒結爐中成型15h，得到成型品。然後，將得到之成型品在精密數控機床上進行切削，得到切削膜，切削膜之厚度為180μm。接著，將得到之切削膜在240℃下利用壓延機以1.5m/min的壓延速度進行壓延，得到PTFE薄膜，PTFE薄膜之厚度為60μm。切削膜與PTFE薄膜之厚度比，即進行壓延前之切削膜與壓延後得到的PTFE薄膜之厚度比為3/1。
實施例2 將PTFE粉狀物(62X，美國杜邦製造)在380℃下於燒結爐中成型15h，得到成型品。然後，將得到之成型品在精密數控機床上進行切削，得到切削膜，切削膜之厚度為240μm。接著，將得到之切削膜在240℃下利用壓延機以1.5m/min的壓延速度進行壓延，得到PTFE薄膜，PTFE薄膜之厚度為60μm。切削膜與PTFE薄膜之厚度比，即進行壓延前之切削膜與壓延後得到的PTFE薄膜之厚度比為4/1。
實施例3 將PTFE粉狀物(62X，美國杜邦製造)在380℃下於燒結爐中成型15h，得到成型品。然後，將得到之成型品在精密數控機床上進行切削，得到切削膜，切削膜之厚度為240μm。接著，將得到之切削膜在260℃下利用壓延機以1.5m/min的壓延速度進行壓延，得到PTFE薄膜，PTFE薄膜之厚度為60μm。切削膜與PTFE薄膜之厚度比，即進行壓延前之切削膜與壓延後得到的PTFE薄膜之厚度比為4/1。
實施例4 將PTFE粉狀物(62X，美國杜邦製造)在380℃下於燒結爐中成型15h，得到成型品。然後，將得到之成型品在精密數控機床上進行切削，得到切削膜，切削膜之厚度為300μm。接著，將得到之切削膜在300℃下利用壓延機以1.5m/min的壓延速度進行壓延，得到PTFE薄膜，PTFE薄膜之厚度為60μm。切削膜與PTFE薄膜之厚度比，即進行壓延前之切削膜與壓延後得到的PTFE薄膜之厚度比為5/1。
比較例1 將PTFE粉狀物(62X，美國杜邦製造)在380℃下於燒結爐中成型15h，得到成型品。然後，將得到之成型品在精密數控機床上進行切削，得到切削膜，切削膜之厚度為240μm。接著，將得到之切削膜在150℃下利用壓延機以1.5m/min的壓延速度進行壓延，得到PTFE薄膜，PTFE薄膜之厚度為60μm。切削膜與PTFE薄膜之厚度比，即進行壓延前之切削膜與壓延後得到的PTFE薄膜之厚度比為4/1。
比較例2 將PTFE粉狀物(62X，美國杜邦製造)在380℃下於燒結爐中成型15h，得到成型品。然後，將得到之成型品在精密數控機床上進行切削，得到切削膜，切削膜之厚度為90μm。接著，將得到之切削膜在150℃下利用壓延機以1.5m/min的壓延速度進行壓延，得到PTFE薄膜，PTFE薄膜之厚度為60μm。切削膜與PTFE薄膜之厚度比，即進行壓延前之切削膜與壓延後得到的PTFE薄膜之厚度比為1.5/1。
實施例5 將PTFE粉狀物(62X，美國杜邦製造)在380℃下於燒結爐中成型15h，得到成型品。然後，將得到之成型品在精密數控機床上進行切削，得到切削膜，切削膜之厚度為180μm。接著，將得到之切削膜在240℃下利用壓延機以1.5m/min的壓延速度進行壓延，得到PTFE薄膜，PTFE薄膜之厚度為60μm。切削膜與PTFE薄膜之厚度比，即進行壓延前之切削膜與壓延後得到的PTFE薄膜之厚度比為3/1。
將上述得到之PTFE薄膜作為基材，將矽膠(DOWSIL™ 7657 Adhesive，Dow製造)塗佈在基材上，形成厚度為30μm之黏合劑層，由此得到膠帶。
實施例6 將PTFE粉狀物(62X，美國杜邦製造)在380℃下於燒結爐中成型15h，得到成型品。然後，將得到之成型品在精密數控機床上進行切削，得到切削膜，切削膜之厚度為240μm。接著，將得到之切削膜在260℃下利用壓延機以1.5m/min的壓延速度進行壓延，得到PTFE薄膜，PTFE薄膜之厚度為60μm。切削膜與PTFE薄膜之厚度比，即進行壓延前之切削膜與壓延後得到的PTFE薄膜之厚度比為4/1。
將上述得到之PTFE薄膜作為基材，將矽膠(DOWSIL™ 7657 Adhesive，Dow製造)塗佈在基材上，形成厚度為30μm之黏合劑層，由此得到膠帶。
實施例7 將PTFE粉狀物(62X，美國杜邦製造)在380℃下於燒結爐中成型15h，得到成型品。然後，將得到之成型品在精密數控機床上進行切削，得到切削膜，切削膜之厚度為300μm。接著，將得到之切削膜在300℃下利用壓延機以1.5m/min的壓延速度進行壓延，得到PTFE薄膜，PTFE薄膜之厚度為60μm。切削膜與PTFE薄膜之厚度比，即進行壓延前之切削膜與壓延後得到的PTFE薄膜之厚度比為5/1。
將上述得到之PTFE薄膜作為基材，將矽膠(DOWSIL™ 7657 Adhesive，Dow製造)塗佈在基材上，形成厚度為30μm之黏合劑層，由此得到膠帶。
表1
   PTFE薄膜 PTFE薄膜之MD的拉伸強度 (MPa) PTFE薄膜之MD的熱收縮率(%) 熔融熱焓( kJ/kg) 壓延溫度(℃) 切削膜與PTFE薄膜之厚度比 PTFE薄膜之抗斷裂性 PTFE薄膜之熱收縮性
成分 厚度(μm)
實施例1 PTFE 60 122 8 24 240 3:1 〇 △
實施例2 PTFE 60 147 9 23 240 4:1 ◎ △
實施例3 PTFE 60 156 6 21 260 4:1 ◎ 〇
實施例4 PTFE 60 194 3 20 300 5:1 ◎ ◎
比較例1 PTFE 60 130 15 25 150 4:1 〇 ×
比較例2 PTFE 60 58 8 27 150 1.5:1 × △
表2
   PTFE薄膜 黏合劑層 PTFE薄膜之MD的拉伸強度 (MPa) PTFE薄膜之MD的熱收縮率(%) 熔融 熱焓 (kJ/kg) 壓延溫度(℃) 切削膜與PTFE薄膜之厚度比 膠帶之MD的拉伸強度 (N/cm) 膠帶之抗斷裂性 膠帶之熱收縮性
成分 厚度(μm) 黏合劑 厚度(μm)
實施例5 PTFE 60 矽膠 30 122 8 24 240 3:1 74 〇 △
實施例6 PTFE 60 矽膠 30 156 6 21 260 4:1 95 ◎ 〇
實施例7 PTFE 60 矽膠 30 194 3 20 300 5:1 115 ◎ ◎
由上可見，藉由將PTFE薄膜之縱向(MD)的拉伸強度及在200℃下加熱30min後縱向(MD)之熱收縮率控制在特定範圍內，能夠提高PTFE薄膜強度的同時還能有效抑制熱收縮，得到具有高強度的同時還具有低熱收縮率之PTFE薄膜。因此，本發明之PTFE薄膜特別適合用於高溫領域。
與此相對，在比較例1及2中，由於PTFE薄膜之縱向(MD)的拉伸強度及在200℃下加熱30min後縱向(MD)之熱收縮率之任一者不符合本發明之範圍，所得PTFE薄膜的強度或熱收縮性差，無法得到具有高強度的同時還具有低收縮率之PTFE薄膜。

Claims (10)

  1. 一種聚四氟乙烯薄膜，其特徵在於，上述聚四氟乙烯薄膜之縱向(MD)之拉伸強度為100MPa以上，在200℃下加熱30min後縱向(MD)之熱收縮率為10%以下。
  2. 如請求項1之聚四氟乙烯薄膜，其中上述聚四氟乙烯薄膜之厚度為15~150µm。
  3. 如請求項1或2之聚四氟乙烯薄膜，其中上述聚四氟乙烯薄膜之熔融熱焓為25kJ/kg以下。
  4. 一種如請求項1至3中任一項之聚四氟乙烯薄膜之製造方法，其特徵在於，其包括： 將聚四氟乙烯粉狀物成型，得到成型品； 將上述成型品進行切削成膜，得到切削膜；及 將上述切削膜在低於聚四氟乙烯之熔點的溫度下進行壓延，得到聚四氟乙烯薄膜。
  5. 如請求項4之製造方法，其中上述切削膜之厚度為30~300μm。
  6. 如請求項4或5之製造方法，其中上述切削膜與上述聚四氟乙烯薄膜之厚度比，即進行壓延前之切削膜與壓延後得到之聚四氟乙烯薄膜的厚度比為5/1~1.5/1。
  7. 如請求項6之製造方法，其中上述壓延經由1步或2步以上完成。
  8. 如請求項4或5之製造方法，其中上述切削膜在230~310℃下進行壓延。
  9. 一種膠帶，其包含如請求項1至3中任一項之聚四氟乙烯薄膜作為基材。
  10. 一種膠帶，其包含如請求項4至8中任一項之製造方法得到之聚四氟乙烯薄膜作為基材。
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