TW202231750A - 液晶聚合物薄膜、高速通訊用基板 - Google Patents
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Abstract
本發明的課題為提供一種介電損耗正切較低的液晶聚合物薄膜。又,本發明的課題為提供一種具有上述液晶聚合物薄膜之高速通訊用基板。本發明的聚合物薄膜包含液晶聚合物,藉由示差掃描熱量法測定之熔融峰的面積為0.2J/g以上。
Description
本揭示係有關一種液晶聚合物薄膜及高速通訊用基板。
在被視為下一代通訊技術之第5代(5G)移動通訊使用比以往更高的高頻率及寬頻帶。因此,作為用於5G移動通訊系統的電路基板用基板薄膜,需要具有低介電常數及低介電損耗正切的特性者,並且正在使用各種材料進行開發。作為該種基板薄膜之一有液晶聚合物薄膜。液晶聚合物(LCP:liquid crystal polymer)薄膜具有比在聚醯亞胺薄膜及玻璃環氧薄膜等第4代(4G)移動通訊系統中廣泛使用之薄膜更低的介電常數及更低的介電損耗正切。
由於液晶聚合物具有棒狀的分子結構,因此配向性強,當熔融擠出液晶聚合物時,由於基於模具縱切的剪切應力及熔體等,液晶聚合物容易沿長邊方向(MD方向:Machine Direction方向)取向。因此,藉由熔融擠出製造之液晶聚合物薄膜傾向於成為單軸配向性薄膜。
例如,專利文獻1中記載了一種熱塑性液晶聚合物薄膜,其係由可形成光學各向異性熔融相之熱塑性聚合物組成之液晶聚合物薄膜,在1~100GHz的頻率中,對薄膜進行加熱之後的相對介電常數(εr
2)相對於對薄膜進行加熱之前的相對介電常數(εr
1)的變化率在規定範圍內。
[專利文獻1]國際公開第2013/065453號
如上所述,隨著處理速度的高速化,需要進一步改進對用於電路基板之液晶聚合物薄膜的介電特性(例如介電損失)。
本發明人參閱專利文獻1所記載之薄膜製造了液晶聚合物薄膜,結果發現了在液晶聚合物薄膜的介電損耗正切中有進一步改善的餘地。
本發明係鑒於上述情況而完成者,其課題為提供一種介電損耗正切較低的液晶聚合物薄膜。
又,本發明的課題為提供一種具有液晶聚合物薄膜之高速通訊用基板。
本發明人等對上述問題進行了深入研究之結果,發現了能夠藉由以下結構解決上述問題。
〔1〕
一種液晶聚合物薄膜,其係包含液晶聚合物,藉由示差掃描熱量法測定之熔融峰的面積為0.2J/g以上。
〔2〕
如〔1〕所述之液晶聚合物薄膜,其中
藉由後述方法1獲得之比率AT/AM為1.0~1.5。
〔3〕
如〔1〕或〔2〕所述之液晶聚合物薄膜,其中
溫度23℃、濕度50%RH及頻率28GHz的條件下的介電損耗正切為0.002以下。
〔4〕
如〔1〕至〔3〕之任一項所述之液晶聚合物薄膜,其中
上述液晶聚合物的溫度23℃、濕度50%RH及頻率28GHz的條件下的介電損耗正切為0.002以下。
〔5〕
如〔1〕至〔4〕之任一項所述之液晶聚合物薄膜,其中
膜厚方向的線膨脹係數為50~450ppm/℃。
〔6〕
如〔1〕至〔5〕之任一項所述之液晶聚合物薄膜,其中
上述液晶聚合物薄膜的面內的第1方向上的第1線膨脹係數及在上述液晶聚合物薄膜的面內與上述第1方向正交之第2方向上的第2線膨脹係數均為10~30ppm/℃,上述第1線膨脹係數係上述液晶聚合物薄膜的面內的線膨脹係數的最小值。
〔7〕
如〔6〕所述之液晶聚合物薄膜,其中
上述第2線膨脹係數與上述第1線膨脹係數的比率為1.0~1.5。
〔8〕
如〔1〕至〔7〕之任一項所述之液晶聚合物薄膜,其中
表面粗糙度Ra小於430nm。
〔9〕
如〔1〕至〔8〕之任一項所述之液晶聚合物薄膜,其中
上述液晶聚合物的熔點Tm為285℃以上。
〔10〕
如〔1〕至〔9〕之任一項所述之液晶聚合物薄膜,其中
上述液晶聚合物具有選自包括來自於對羥基苯甲酸之重複單元及來自於6-羥基-2-萘甲酸之重複單元之群組中的至少一個。
〔11〕
如〔1〕至〔9〕之任一項所述之液晶聚合物薄膜,其中,
上述液晶聚合物具有選自包括來自於6-羥基-2-萘甲酸之重複單元、來自於芳香族二醇化合物之重複單元、來自於對苯二甲酸之重複單元及來自於2,6-萘二甲酸之重複單元之群組中的至少一個。
〔12〕
如〔1〕至〔11〕之任一項所述之液晶聚合物薄膜,其還包含聚烯烴。
〔13〕
如〔12〕所述之液晶聚合物薄膜,其中
上述聚烯烴的含量相對於上述液晶聚合物薄膜的總質量為0.1~40質量%。
〔14〕
如〔12〕或〔13〕所述之液晶聚合物薄膜,其中
在上述液晶聚合物薄膜中,上述聚烯烴形成分散相,上述分散相的平均分散直徑為0.01~10μm。
〔15〕
一種高速通訊用基板,其係具有〔1〕至〔14〕之任一項所述之液晶聚合物薄膜。
[發明效果]
依本發明,能夠提供一種介電損耗正切較低的液晶聚合物薄膜。又,依本發明,能夠提供一種具有上述液晶聚合物薄膜之高速通訊用基板。
以下,對本發明進行詳細說明。
以下所記載之構成要件的說明有時依據本發明的代表性實施態樣而進行,但是本發明並不限於該等實施態樣。
本說明書中的基團(原子團)的標記中,只要不脫離本發明之主旨,則未記述經取代及未經取代之標記包含不具有取代基之基團及具有取代基之基團。例如,所謂“烷基”不僅包含不具有取代基之烷基(未經取代之烷基),而且還包含具有取代基之烷基(經取代之烷基)。又,本說明書中的“有機基團”係指包含至少一個碳原子之基團。
在本說明書中,當液晶聚合物薄膜係細長的,則液晶聚合物薄膜的寬度方向係指短邊方向及TD(transverse direction:橫向)方向,長度方向係指液晶聚合物薄膜的長邊方向及MD方向(machine direction:縱向)。
在本說明書中,各成分可以單獨使用1種與各成分對應之物質,亦可以使用2種以上。此處,當對於各成分併用2種以上的物質時,除非另有說明,則對於其成分的含量係指2種以上的物質的總含量。
本說明書中,“~”係以將記載於其前後之數值作為下限值及上限值而包含之含義來使用。
在本說明書中,液晶聚合物薄膜的介電損耗正切及液晶聚合物的介電損耗正切均為在溫度23℃、濕度50%RH及頻率28GHz的條件下的介電損耗正切。以下,在本說明書中,溫度23℃、濕度50%RH及頻率28GHz的條件下的介電損耗正切亦簡稱為“介電損耗正切”。
在本說明書中,“薄膜寬度”係指細長的液晶聚合物薄膜的寬度方向的兩端之間的距離。
本發明的液晶聚合物薄膜係包含液晶聚合物,並且藉由示差掃描熱量法(DSC:Differential scanning calorimetry)測定之熔融峰的面積為0.05~30J/g之液晶聚合物薄膜。
以下,在液晶聚合物薄膜中,將具有較低的介電損耗正切的情況亦稱為“本發明的效果更優異”。
又,在本說明書中,有時將液晶聚合物薄膜簡稱為“薄膜”。
[成分]
首先,對本發明的液晶聚合物薄膜所具有之成分進行說明。
〔液晶聚合物〕
本發明的薄膜包含液晶聚合物。
液晶聚合物係可熔融成型可能的液晶聚合物為較佳。
液晶聚合物係熱致液晶聚合物為較佳。熱致液晶聚合物係指在規定的溫度範圍內顯示液晶性之聚合物。
熱致液晶聚合物只要為能夠熔融成型之液晶聚合物,則對於其化學組成並無特別限制,例如,可以舉出熱塑性液晶聚酯及醯胺鍵被導入到熱塑性液晶聚酯之熱塑性聚酯醯胺。
作為液晶聚合物,例如,能夠使用國際公開第2015/064437號說明書及日本特開2019-116586號公報中所記載之熱塑性液晶聚合物。
作為液晶聚合物的較佳具體例,可以舉出具有來自於選自包括芳香族羥基羧酸、芳香族或者脂肪族二醇、芳香族或者脂肪族二羧酸、芳香族二胺、芳香族羥胺及芳香族胺基羧酸之群組中的至少一種之重複單元之、熱塑性液晶聚酯或熱塑性液晶聚酯醯胺。
作為芳香族羥基羧酸,可以舉出對羥基苯甲酸、間羥基苯甲酸、6-羥基-2-萘甲酸及4-(4-羥基苯基)苯甲酸。該等化合物可以具有鹵素原子、低級烷基及苯基等取代基。其中,對羥基苯甲酸或6-羥基-2-萘甲酸為較佳。
作為芳香族或脂肪族二醇,芳香族二醇為較佳。作為芳香族二醇,可以舉出氫醌、4,4’-二羥基聯苯、3,3’-二甲基-1,1’-聯苯-4,4’-二醇及該等醯化物,氫醌或4,4’-二羥基聯苯為較佳。
作為芳香族或者脂肪族二羧酸,芳香族二羧酸為較佳。作為芳香族二羧酸,可以舉出對苯二甲酸、間苯二甲酸及2,6-萘二甲酸,對苯二甲酸為較佳。
作為芳香族二胺、芳香族羥胺及芳香族胺基羧酸,例如,可以舉出對伸苯基二胺、4-胺基苯酚及4-胺基苯甲酸。
液晶聚合物具有選自包括來自於芳香族羥基羧酸之重複單元、來自於芳香族二醇之重複單元及來自於芳香族二羧酸之重複單元之群組中的至少一種為較佳。
其中,液晶聚合物至少具有來自於芳香族羥基羧酸之重複單元為更佳,具有選自包括來自於對羥基苯甲酸之重複單元及來自於6-羥基-2-萘甲酸之重複單元之群組中的至少一種為進一步較佳,具有來自於對羥基苯甲酸之重複單元及來自於6-羥基-2-萘甲酸之重複單元為特佳。
又,作為其他較佳態樣,液晶聚合物具有選自包括來自於6-羥基-2-萘甲酸之重複單元、來自於芳香族二醇之重複單元、來自於對苯二甲酸之重複單元及來自於2,6-萘二甲酸之重複單元之群組中的至少一種為更佳,具有選自包括來自於6-羥基-2-萘甲酸之重複單元、來自於芳香族二醇之重複單元、來自於對苯二甲酸之重複單元及來自於2,6-萘二甲酸之重複單元全部為進一步較佳。
液晶聚合物包含來自於芳香族羥基羧酸之重複單元之情況下,其組成比相對於液晶聚合物的所有重複單元為50~65莫耳%為較佳。又,液晶聚合物僅具有來自於芳香族羥基羧酸之重複單元亦較佳。
液晶聚合物包含來自於芳香族二醇之重複單元之情況下,其組成比相對於液晶聚合物的所有重複單元為17.5~25莫耳%為較佳。
液晶聚合物包含來自於芳香族二羧酸之重複單元之情況下,其組成比相對於液晶聚合物的所有重複單元為11~23莫耳%為較佳。
液晶聚合物包含來自於芳香族二胺、芳香族羥胺及芳香族胺基羧酸中的任一者之重複單元之情況下,其組成比相對於液晶聚合物的所有重複單元為2~8莫耳%為較佳。
液晶聚合物的合成方法並無特別限定,能夠將上述化合物藉由熔融聚合、固相聚合、溶液聚合及漿料聚合等公知的方法聚合而合成。
作為液晶聚合物,實用市售品。作為液晶聚合物的市售品,例如,可以舉出Polyplastics Co.,Ltd.製造“Laperos”、Celanese Corporation製造之“Vectra”、UENO FINE CHEMICALS INDUSTRY,LTD.製造之“UENO LCP”、Sumitomo Chemical Co.,Ltd.製造之“Sumika Super LCP”、ENEOS Corporation製造之“Zider”及Toray Industries,Inc.製造之“Ciberus”。
另外,液晶聚合物可以在薄膜中與任意成分亦即交聯劑或相容成分(反應性相容劑)等形成化學鍵。關於這點,對於除了液晶聚合物以外的成分亦相同。
就本發明的效果更優異之觀點考慮,液晶聚合物的介電損耗正切係0.003以下為較佳,0.0025以下為更佳,0.002以下為進一步較佳。
下限值並無特別限制,例如,可以為0.0001以上。
在本說明書中,薄膜包含2種以上的液晶聚合物之情況下,“液晶聚合物的介電損耗正切”係指,2種以上的液晶聚合物的介電損耗正切的質量平均值。
薄膜中所包含之液晶聚合物的介電損耗正切能夠藉由下述方法來測量。
首先,在相對於薄膜的總質量為1000質量倍的有機溶劑(例如,五氟苯酚)中浸漬之後,在120℃下加熱12小時,並且使包含液晶聚合物之有機溶劑可溶成分溶出於有機溶劑中。然後,藉由過濾將包含液晶聚合物之溶出液與非溶出成分進行分離。接著,在溶出液中加入丙酮作為不良溶劑,使液晶聚合物析出,藉由過濾而分離析出物。
將所獲得之析出物填充到PTFE(聚四氟乙烯)製軟管(外徑2.5mm、內徑1.5mm、長度10mm)中,使用空腔共振器(例如,KANTO Electronic Application and Development Inc.製造“CP-531”),在溫度23℃、濕度50%RH及頻率28GHz的條件下,藉由空腔共振器攝動法來測量介電特性,並且由Bruggeman式及孔隙率來校正PTFE製軟管內的孔隙的影響,從而獲得液晶聚合物的介電損耗正切。
以如下方式計算上述孔隙率(軟管內的孔隙的體積率)。從上述軟管的內徑及長度求出軟管內的空間的體積。然後,測量填充析出物前後之軟管的重量來求出所填充之析出物的質量之後,由所獲得之質量與析出物的比重求出所填充之析出物的體積。能夠藉由以這種方式獲得之析出物的體積除以在上述求得之軟管內的空間的體積來計算填充率,從而計算孔隙率。
另外,使用液晶聚合物的市售品之情況下,可以使用作為其市售品的產品目錄值而記載之介電損耗正切的數值。
作為液晶聚合物,就本發明的效果更優異之觀點考慮,熔點Tm係270℃以上為較佳,285℃以上為更佳,300℃以上為進一步較佳。
液晶聚合物的熔點Tm的上限值並無特別限制,400℃以下為較佳,380℃以下為更佳。
液晶聚合物的熔點Tm能夠藉由使用示差掃描熱量儀(SHIMADZU CORPORATION製造之“DSC-60A”)來測量吸熱峰所顯現之溫度來求出。使用液晶聚合物的市售品之情況下,亦可以使用作為其市售品的產品目錄值而記載之熔點Tm。
液晶聚合物可以單獨使用1種,亦可以將2種以上組合使用。
液晶聚合物含量相對於薄膜的總質量係40~99.9質量%為較佳,60~99質量%為更佳,80~90質量%為進一步較佳。
〔任意成分〕
薄膜作為任意成分可以包含除液晶聚合物以外的添加劑。作為添加劑,可以舉出聚烯烴、相容成分、熱穩定劑及交聯劑、潤滑劑。
<聚烯烴>
在本說明書中,聚烯烴係指具有基於烯烴之重複單元之樹脂(聚烯烴樹脂)。
薄膜除了液晶聚合物以外還包含聚烯烴為較佳,還包含聚烯烴及相容成分為更佳。
藉由與液晶聚合物一同製造包含聚烯烴之薄膜,能夠製造具有由聚烯烴形成之分散相之薄膜。對於具有上述分散相之薄膜的製造方法在後面進行敘述。
聚烯烴可以係直鏈狀,亦可以係支鏈狀。又,如聚環烯烴一般,聚烯烴可以具有環狀結構。
作為聚烯烴,例如,可以舉出聚乙烯、聚丙烯(PP)、聚甲基戊烯(Mitsui Chemicals,Inc.製造之TPX等)、加氫聚丁二烯、環烯烴聚合物(COP、Zeon Corporation製造之Zeonoa等)及環烯烴共聚物(COC、Mitsui Chemicals,Inc.製造之Apel等)。
聚乙烯可以係高密度聚乙烯(HDPE)及低密度聚乙烯(LDPE)中的任意者。又,聚乙烯可以係直鏈狀低密度聚乙烯(LLDPE)。
聚烯烴可以係烯烴與如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯和/或乙酸乙烯酯系單體那樣的除了烯烴以外的共聚合成分的共聚物。
作為上述共聚物之聚烯烴,例如,可以舉出苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯共聚物(SEBS)。SEBS可以加氫。
其中,就本發明的效果更加優異之觀點考慮,除了烯烴以外的共聚合成分的共聚合比小為較佳,不包含共聚合成分為更佳。例如,上述共聚合成分的含量相對於聚烯烴的總質量係0~40質量%為較佳,0~5質量%為更佳。
又,聚烯烴實質上不包含後述反應性基為較佳,具有反應性基之重複單元的含量相對於聚烯烴的總質量係0~3質量%為較佳。
作為聚烯烴,就本發明的效果更優異之觀點考慮,聚乙烯、COP或COC為較佳,聚乙烯為更佳,低密度聚乙烯(LDPE)為進一步較佳。
聚烯烴可以單獨使用1種,亦可以使用2種以上。
就薄膜的表面性更優異之觀點考慮,聚烯烴的含量相對於薄膜的總質量係0.1質量%以上為較佳,5質量%以上為更佳。
就薄膜的平滑性更優異之觀點考慮,上述含量的上限係50質量%以下為較佳,40質量%以下為更佳,25質量%以下為進一步較佳。又,若將聚烯烴的含量設為50質量%以下,則容易充分提高熱變形溫度,並且能夠使焊接耐熱性良好。
<相容成分>
作為相容成分,例如可以舉出具有相對於液晶聚合物的相容性或親和性高的部分的聚合物(非反應性相容劑)及具有相對於液晶聚合物的末端的酚性羥基或羧基之反應性基之聚合物(反應性相容劑)。
作為反應性相容劑所具有之反應性基,環氧基或順丁烯二酸酐基為較佳。
作為相容成分,具有相對於聚烯烴的相容性或親和性高的部分之共聚物為較佳。又,當薄膜包含聚烯烴及相容成分時,作為相容成分,就能夠將聚烯烴微分散化之觀點考慮,反應性相容劑為較佳。
另外,相容成分(尤其是反應性相容劑)可以在薄膜中與液晶聚合物等成分形成化學鍵。
作為反應性相容劑,例如可以舉出含有環氧基之聚烯烴系共聚物、含有環氧基之乙烯基系共聚物、含有順丁烯二酸酐之聚烯烴系共聚物、含有順丁烯二酸酐之乙烯基共聚物、含有噁唑啉基之聚烯烴系共聚物、含有噁唑啉基之乙烯基系共聚物及含有羧基之烯烴系共聚物。其中,含有環氧基之聚烯烴系共聚物或順丁烯二酸酐接枝聚烯烴系共聚物為較佳。
作為含有環氧基之聚烯烴系共聚物,例如,可以舉出乙烯/甲基丙烯酸環氧丙酯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸環氧丙酯/酢酸乙烯基共聚物、乙烯/甲基丙烯酸環氧丙酯/丙烯酸甲酯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸環氧丙酯共聚物中的聚苯乙烯接枝共聚物(EGMA-g-PS)、乙烯/甲基丙烯酸環氧丙酯共聚物中的聚甲基丙烯酸甲酯接枝共聚物(EGMA-g-PMMA)及乙烯/甲基丙烯酸環氧丙酯共聚物中的丙烯腈/苯乙烯接枝共聚物(EGMA-g-AS)。
作為含有環氧基之聚烯烴系共聚物的市售品,例如可以舉出SUMITOMO CHEMICAL COMPANY,LIMITED製Bond First2C及Bond First E;Arkema S.A.製Lotadar;以及NOF CORPORATION製Modiper A4100及Modiper A4400。
作為含有環氧基之乙烯基系共聚物,例如可以舉出甲基丙烯酸環氧丙酯接枝聚苯乙烯(PS-g-GMA)、甲基丙烯酸環氧丙酯接枝聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA-g-GMA)及甲基丙烯酸環氧丙酯接枝聚丙烯腈(PAN-g-GMA)。
作為含有順丁烯二酸酐之聚烯烴系共聚物,例如可以舉出順丁烯二酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、順丁烯二酸酐接枝乙烯/丙烯橡膠(EPR-g-MAH)及順丁烯二酸酐接枝乙烯/丙烯/二烯橡膠(EPDM-g-MAH)。
作為含有順丁烯二酸酐之聚烯烴系共聚物的市售品,例如可以舉出Arkema S.A.製Orevac G系列;及The Dow Chemical Company製FUSABOND E系列。
作為含有順丁烯二酸酐之乙烯基共聚物,例如可以舉出順丁烯二酸酐接枝聚苯乙烯(PS-g-MAH)、順丁烯二酸酐接枝苯乙烯/丁二烯/苯乙烯共聚物(SBS-g-MAH)、順丁烯二酸酐接枝苯乙烯/乙烯/丁烯/苯乙烯共聚物(SEBS-g-MAH)及苯乙烯/順丁烯二酸酐共聚物及丙烯酸酯/順丁烯二酸酐共聚物。
作為含有順丁烯二酸酐之乙烯基共聚物的市售品,可以舉出ASAHI KASEI CORPORATION製Tuftec M系列(SEBS-g-MAH)。
作為相容成分,除此以外,還可以舉出噁唑啉系相容劑(例如,雙噁唑啉-苯乙烯-順丁烯二酸酐共聚物、雙噁唑啉-順丁烯二酸酐改質聚乙烯及雙噁唑啉-順丁烯二酸酐改質聚丙烯)、彈性體系相容劑(例如,芳香族系樹脂、石油樹脂)、乙烯甲基丙烯酸環氧丙酯共聚物、乙烯順丁烯二酸酐丙烯酸乙酯共聚物、乙烯甲基丙烯酸環氧丙酯-丙烯腈苯乙烯、酸改質型聚乙烯石蠟、COOH化聚乙烯接枝聚合物、COOH化聚丙烯接枝聚合物,聚乙烯-聚醯胺接枝共聚物、聚丙烯-聚醯胺接枝共聚物、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、丙烯腈-丁二烯橡膠、EVA-PVC-接枝共聚物、乙酸乙烯基-乙烯共聚物、乙烯-α-烯烴共聚物、丙烯-α-烯烴共聚物、加氫苯乙烯-異丙基-嵌段共聚物、以及胺改質苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯共聚物。
又,作為相容成分,可以使用離子聚合物樹脂。
作為該種離子聚合物樹脂,例如可以舉出乙烯-甲基丙烯酸共聚物離子聚合物、乙烯-丙烯酸共聚物離子聚合物、丙烯-甲基丙烯酸共聚物離子聚合物、丙烯-丙烯酸共聚物離子聚合物、伸丁烯-丙烯酸共聚物離子聚合物、乙烯-乙烯基磺酸共聚物離子聚合物、苯乙烯-甲基丙烯酸共聚物離子聚合物、磺化聚苯乙烯離子聚合物、氟系離子聚合物、遙螯聚丁二烯丙烯酸離子聚合物、磺化乙烯-丙烯-二烯共聚物離子聚合物、氫化聚戊二烯離子聚合物、聚戊二烯離子聚合物、聚(乙烯基吡啶鹽)離子聚合物、聚(乙烯基三甲基銨鹽)離子聚合物、聚(乙烯基苄基鏻鹽)離子聚合物、苯乙烯-丁二烯丙烯酸共聚物離子聚合物、聚胺酯離子聚合物、化苯乙烯-2-丙烯醯胺-2-甲基丙烷硫酸鹽離子聚合物、酸-胺離子聚合物、脂肪族系紫羅烯(Ionene)及芳香族系紫羅烯。
當薄膜包含相容成分時,其含量相對於薄膜的總質量係0.05~30質量%為較佳,0.1~20質量%為更佳,0.5~10質量%為進一步較佳。
<熱穩定劑>
作為熱穩定劑,例如可以舉出具有自由基捕獲作用之苯酚系穩定劑及胺系穩定劑;具有過氧化物的分解作用之亞磷酸鹽系穩定劑及硫系穩定劑;以及具有自由基捕獲作用和過氧化物的分解作用之混合型穩定劑。
薄膜包含熱穩定劑為較佳,包含液晶聚合物、聚烯烴及相容成分以及熱穩定劑為更佳。藉由薄膜包含熱穩定劑,可抑制熔融擠出製膜時的熱氧化劣化,並提高薄膜表面的表面性及平滑性。
作為苯酚系穩定劑,例如可以舉出受阻酚系穩定劑、半受阻酚系穩定劑及低受阻酚系穩定劑。
作為受阻酚系穩定劑的市售品,例如可以舉出ADEKA公司製Adekastab AO-20、AO-50、AO-60及AO-330;以及BASF公司製Irganox259、1035及1098。
作為半受阻酚系穩定劑的市售品,例如可以舉出ADEKA公司製Adekastab AO-80;及、BASF公司製Irganox245。
作為低受阻酚系穩定劑的市售品,例如可以舉出OUCHI SHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL CO.,LTD製Nocrac300;以及ADEKA公司製Adekastab AO-30及AO-40。
作為亞磷酸鹽系穩定劑的市售品,例如可以舉出ADEKA公司製Adekastab 2112、PEP-8、PEP-36及HP-10。
作為混合型穩定劑的市售品,例如可以舉出Sumitomo Chemical Company,Limited製Sumilizer GP。
熱穩定劑可以單獨使用1種,亦可以使用2種以上。
當薄膜包含熱穩定劑時,其含量相對於薄膜的總質量係0.0001~10質量%為較佳,0.001~5質量%為更佳,0.01~2質量%為進一步較佳。
<交聯劑>
交聯劑係具有2個以上的反應性基之低分子化合物。反應性基係能夠與液晶聚合物的末端的酚性羥基或羧基反應之官能基。
作為反應性基,例如可以舉出環氧基、順丁烯二酸酐基、噁唑啉基、異氰酸酯基及碳化二亞胺基。
作為交聯劑,例如可以舉出雙酚A型環氧化合物、雙酚F型環氧化合物、苯酚酚醛清漆型環氧化合物、甲酚酚醛清漆型環氧化合物及二異氰酸酯化合物。
交聯劑可以單獨使用1種,亦可以使用2種以上。交聯劑的含量相對於薄膜的總質量係0~10質量%為較佳,0~5質量%為更佳。
<其他添加劑>
薄膜可以包含其他添加劑。
作為其他添加劑,可以舉出可塑劑、潤滑劑、無機粒子及有機粒子、以及UV吸收材料。
作為可塑劑,可以舉出烷基鄰苯二甲醯基乙醇酸烷基酯化合物、雙酚化合物(雙酚A、雙酚F)、烷基鄰苯二甲醯基乙醇酸烷基酯化合物、磷酸酯化合物、羧酸酯化合物及多元醇。可塑劑的含量相對於薄膜的總質量可以為0~5質量%。
作為潤滑劑,可以舉出脂肪酸酯及金屬皂(例如,硬脂酸無機鹽)。潤滑劑的含量相對於薄膜的總質量可以為0~5質量%。
薄膜作為增強材料、消光劑、介電常數或介電損耗正切改進材料可以含有無機粒子和/或有機粒子。作為無機粒子,可以舉出二氧化矽、氧化鈦、硫酸鋇、滑石、氧化鋯、氧化鋁、氮化矽、碳化矽、碳酸鈣、矽酸鹽、玻璃珠、石墨、碳化鎢、碳黑、黏土、雲母、碳纖維、玻璃纖維及金屬粉。作為有機粒子,可以舉出交聯丙烯酸及交聯苯乙烯。無機粒子及有機粒子的含量相對於薄膜的總質量可以為0~50質量%。
作為UV吸收材料,可以舉出水楊酸鹽化合物、二苯甲酮化合物、苯并三唑化合物、取代丙烯腈化合物及均三嗪化合物。UV吸收材料的含量相對於薄膜的總質量可以為0~5質量%。
[液晶聚合物的物性]
〔熔融峰的面積〕
本發明的液晶聚合物薄膜的特徵為藉由DSC測定之熔融峰的面積(以下,亦稱為“熔融峰面積”。)為0.2J/g以上。
本發明的薄膜中,藉由熔融峰面積為上述下限值以上,從而進一步降低介電損耗正切。就本發明的效果更優異之觀點考慮,薄膜的熔融峰面積係0.5J/g以上為較佳,1.5J/g以上為更佳,2.0J/g以上為進一步較佳。
薄膜的熔融峰面積的上限值並無特別限制,30J/g以下為較佳。
關於薄膜的熔融峰面積,能夠藉由使用示差掃描量熱計(Shimadzu Corporation製“DSC-60A”)計算在顯示薄膜的吸發熱量的變化之曲線(DSC曲線)上出現之吸熱峰的面積來求出熔融峰面積(單位:J/g)]。熔融峰面積的詳細計算方法記載於後述實施例欄中。
包含液晶聚合物且熔融峰面積在上述範圍內之本發明的薄膜的製造方法並無特別限制,例如可以舉出進行後加熱處理之後述方法,前述後加熱處理係將製膜後的薄膜橫向拉伸後,在規定的條件下加熱橫向拉伸後的薄膜。
〔結構各向異性〕
薄膜的結構各向異性能夠藉由依據下述方法由薄膜的X射線衍射強度的測定結果計算薄膜的面內方向上的峰強度的比率AT/AM來求出。
比率AT/AM例如為2.5以下,由於成為薄膜的面內方向上的結晶結構的差(結構各向異性)小,在薄膜的整個面具有均勻的電特性及機械強度之薄膜,因此1.5以下為較佳,小於1.2為更佳,小於1.1為進一步較佳。比率AT/AM的下限可以為1.0。
方法1:使用X射線衍射裝置對薄膜的表面入射X射線,並測定在2θ=16~22°的範圍內檢測之峰強度(峰的高度)。以薄膜的面內的任意1個方向為基準在0~360°的範圍內將薄膜向面內方向旋轉來進行峰強度的測定,由所獲得之測定結果求出峰強度的最大值AT及峰強度成為最大值之旋轉角φ
T。接著,求出與旋轉角φ
T的差為90°之旋轉角φ
M的峰強度AM,並計算峰強度AT與峰強度AM的比率AT/AM。
上述峰強度的測定中的薄膜的旋轉方向係以薄膜表面的法線方向為旋轉軸(β軸)之方向。在X射線衍射測定中,例如,相對於基準方向以5°的間隔旋轉薄膜,在各旋轉角φ處測定X射線衍射強度,並由將此相對於基準方向在0~360°的範圍進行測定而獲得之測定結果能夠指定峰強度的最大值AT。當進行上述測定時,亦可以使X射線衍射裝置的照射部及檢測部相對於薄膜相對移動。
藉由上述方法求出之峰強度AM係與旋轉角φ
T的差為90°之2個旋轉角φ
M處之峰強度的平均值。又,藉由X射線衍射測定,當存在複數個峰強度成為最大之旋轉角φ時,將藉由上述方法計算之複數個峰強度的比率中成為最大之值用作比率AT/AM。
作為比率AT/AM在上述範圍且結構各向異性小的薄膜的製造方法並無特別限制,例如可以舉出在後述之後加熱處理中控制薄膜的最終溫度之方法。
〔介電特性〕
本發明的薄膜的介電損耗正切優異。具體而言,薄膜的介電損耗正切係0.0025以下為較佳,0.002以下為更佳,0.0015以下為進一步較佳。下限值並無特別限制,可以為0.0001以上。
又,薄膜的相對介電常數依據其用途而不同,2.0~4.0為較佳,2.5~3.5為更佳。
薄膜的包括介電損耗正切及相對介電常數之介電特性能夠藉由空腔共振器攝動法來測量。薄膜的介電特性的具體測量方法記載於後述的實施例欄中。
〔線膨脹係數〕
沿薄膜的面內的方向的線膨脹係數(CTE)係-5~50ppm/℃為較佳,0~40ppm/℃為更佳,10~30ppm/℃為進一步較佳。
尤其,薄膜的面內的CTE中,將第1方向上的CTE設為第1線膨脹係數(CTE1),將在薄膜的面內與第1方向正交之第2方向上的CTE設為第2線膨脹係數(CTE2)時,CTE1及CTE2均在0~40ppm/℃的範圍內為較佳,CTE1及CTE2均在10~30ppm/℃的範圍內為更佳。
另外,第1方向係該方向上的CTE(CTE1)成為薄膜的面內的CTE的最小的方向。亦即,CTE1為薄膜的面內的CTE的最小值。
可以認為,若CTE1及CTE2在上述範圍內,則能夠抑制液晶聚合物的取向各向異性,其結果,能夠減小對薄膜進行加熱時的薄膜本身的翹曲,並且成為接近銅箔的CTE(18ppm/℃)的值,因此與銅箔黏合時的密接性更優異。
就與上述相同的觀點考慮,上述CTE2與上述CTE1的比率(CTE比)係1.0~2.0為較佳,1.0~1.5為更佳,1.0~1.2為進一步較佳。
又,薄膜的膜厚方向的CTE係50~600ppm/℃為較佳,50~450ppm/℃為更佳,50~300ppm/℃為進一步較佳。這是因為,若薄膜的膜厚方向的CTE在上述範圍內,則在形成薄膜的貫穿孔(通孔),並對貫穿孔的壁面實施無電解銅電鍍而形成配線圖案時,能夠進一步抑制無電解銅電鍍層的斷裂。
面內的CTE及膜厚方向的CTE在上述範圍內之薄膜的製造方法並無特別限制,例如可以舉出後述薄膜的製造方法中的縱向拉伸及橫向拉伸、以及調整加熱處理的處理條件之方法。
關於薄膜的面內的CTE、CTE1及CTE2、以及薄膜的膜厚方向的CTE各自的測定方法,記載於後述實施例欄中。另外,在膜厚方向的CTE的測定中,當薄膜的厚度小於50μm時,依據膜厚層疊2~6張薄膜後實施了測定。
〔厚度〕
薄膜的厚度係5~1000μm為較佳,10~500μm為更佳,20~300μm為進一步較佳。
〔表面粗糙度〕
薄膜的表面粗糙度Ra小於430nm為較佳,小於400nm為更佳,小於350nm為進一步較佳,小於300nm為特佳。
薄膜的表面粗糙度Ra的下限值並無特別限制,例如為10nm以上。
可以認為,若薄膜的表面粗糙度Ra在上述範圍內,則容易吸收薄膜中產生之尺寸變化,能夠實現更優異的表面性及平滑性。
薄膜的表面粗糙度Ra的測定方法如後述實施例欄所示。
〔分散相〕
當薄膜包含聚烯烴時,聚烯烴在薄膜中形成分散相為較佳。
上述分散相相當於形成所謂海島結構之薄膜中的島的部分。
在薄膜中形成海島結構並使聚烯烴以分散相的形式存在之方法並無限制,例如,藉由將薄膜中的液晶聚合物及聚烯烴的含量分別調整在上述合適含量的範圍內,能夠形成聚烯烴的分散相。
就薄膜的平滑性更優異之觀點考慮,上述分散相的平均分散直徑係0.001~50.0μm為較佳,0.005~20.0μm為更佳,0.01~10.0μm為進一步較佳。
上述平均分散直徑的測定方法記載於後述實施例欄中。
分散相係扁平狀亦為較佳,扁平狀的分散相的平坦面與薄膜大致平行為較佳。
又,就降低薄膜的各向異性之觀點考慮,扁平狀的分散相的平坦面從與薄膜的面垂直的方向觀察時大致圓形為較佳。可以認為,若該種分散相分散於薄膜中,則能夠吸收薄膜中產生之尺寸變化,並且能夠實現更優異的表面性及平滑性。
[液晶聚合物薄膜之製造方法]
液晶聚合物薄膜之製造方法並無特別限制,例如,包括混煉上述各成分而獲得顆粒之顆粒化步驟及使用上述顆粒而獲得液晶聚合物薄膜之製膜步驟為較佳。以下,對每個步驟進行說明。
〔顆粒化步驟〕
(1)原料形態
使用於薄膜製膜之液晶聚合物還能夠按原樣使用顆粒形狀、薄片狀或粉體狀態者,但以製膜的穩定化或添加劑(表示除了液晶聚合物以外的成分。以下相同。)的均勻分散為目的,使用將1種以上的原料(表示液晶聚合物及添加劑中的至少一個。以下相同。)利用擠出機進行混煉並使其顆粒化而獲得之顆粒為較佳。
以下,將包含用於製造作為聚合物之原料及液晶聚合物薄膜之聚合物之混合物亦統稱為樹脂。
(2)乾燥或藉由通氣孔來代替乾燥
當進行顆粒化時,液晶聚合物及添加劑預先進行乾燥為較佳。作為乾燥方法,有使低露點的加熱空氣循環之方法及藉由真空乾燥而除濕之方法等。尤其,在容易氧化的樹脂的情況下,真空乾燥或使用惰性氣體之乾燥為較佳。
又,還能夠藉由使用通氣孔式擠出機來代替乾燥。通氣孔式擠出機有單軸及雙軸的類型,均可使用。其中,雙軸式更為有效且較佳。藉由通氣孔使擠出機內在小於1氣壓(較佳為0~0.8氣壓、更較佳為0~0.6氣壓)下進行顆粒化。該種減壓能夠藉由使用真空泵從設置於擠出機的混煉部之通氣孔或料斗進行排氣來實現。
(3)原料供給法
原料供給法可以為在混煉顆粒化之前預先混合原料來供給之方法,亦可以為分別向擠出機內供給原料以使其成為一定比例之方法,亦可以係組合兩者之方法。
(4)擠出機的種類
顆粒化係能夠將液晶聚合物和/或添加劑藉由混煉機熔融並均勻分散,使其冷卻固化後切割來製作。關於擠出機,只要可獲得充分的熔融混煉效果,則能夠使用公知的單軸螺桿擠出機、非嚙合型異向旋轉雙軸螺桿擠出機、嚙合型異向旋轉雙軸螺桿擠出機及嚙合型同向旋轉雙軸螺桿擠出機。
(5)擠出時的氣氛
當熔融擠出時,在不妨礙均勻分散的範圍內,盡可能地防止熱及氧化劣化為較佳,使用真空泵來減壓或流入惰性氣體來降低氧濃度亦為有效。這些方法可以單獨實施,亦可以組合實施。
(6)轉速
擠出機的轉速係10~1000rpm為較佳,20~700rpm為更佳,30~500rpm為進一步較佳。由於若將轉速設為下限值以上,則能夠縮短滯留時間,因此能夠抑制由熱劣化引起之分子量的降低或由熱劣化引起之樹脂的著色變得顯著。又,由於若將轉速設為上限值以下,則能夠抑制由剪切引起之分子鏈的切斷,因此能夠抑制分子量的降低及交聯凝膠的產生增加等。關於轉速,從均勻分散性和由滯留時間的延長引起之熱劣化這兩個方面考慮,選定適合條件為較佳。
(7)溫度
混煉溫度設為液晶聚合物及添加劑的熱分解溫度以下為較佳,在擠出機的負載及均勻混煉性的降低不成問題之範圍內,盡可能地設為低溫為更佳。其中,若溫度設定得過低,則熔融黏度上升,相反,混煉時的剪切應力上升而有時引起分子鏈切斷,因此需要選定適合的範圍。又,為了兼顧分散性的提高和熱劣化,在擠出機的前半部分以較高的溫度進行熔融混合,在後半降低樹脂溫度之條件亦有效。
(8)壓力
顆粒化時的混煉樹脂壓力係在0.05~30MPa下進行為較佳。在藉由剪切而容易產生著色或凝膠之樹脂之情況下,在擠出機內施加1~10MPa左右的內壓以將樹脂原料填滿到雙軸擠出機內為較佳。其結果,由於能夠在低剪切下更有效地進行混煉,因此一邊抑制熱分解一邊促進均勻分散。該種壓力的調整能夠藉由Q/N(螺桿每旋轉1次的吐出量)的調整和/或在雙軸混煉擠出機出口設置壓力調整閥來進行。
(9)剪切及螺桿類型
為了使複數種原料均勻地分散,施加剪切為較佳,但是由於施加超過必要的剪切,可能發生分子鏈斷裂或凝膠的產生等。因此,適當選定配置於螺桿之轉子段、捏合盤的數量或間隙為較佳。
藉由擠出機的剪切速度(顆粒化時的剪切速度)係60~1000sec
-1為較佳,100~800sec
-1為更佳,200~500sec
-1為進一步較佳。若剪切速度為下限值以上,則能夠抑制發生原料的熔融不良及添加劑的分散不良。若剪切速度為上限值以下,則能夠抑制分子鏈的切斷,並且能夠抑制分子量降低及交聯凝膠的產生增加等。又,若顆粒化時的剪切速度在上述範圍內,則容易將上述島狀區域的等效圓直徑調解在上述範圍內。
(10)滯留時間
混煉機滯留時間能夠由混煉機中的樹脂滯留部的容積和聚合物的吐出容量來計算。顆粒化時的擠出滯留時間係10秒鐘~30分鐘為較佳,15秒鐘~10分鐘為更佳,30秒鐘~3分鐘為進一步較佳。由於只要係能夠確保充分的熔融之條件,則能夠抑制樹脂劣化和樹脂的變色,因此滯留時間較短為較佳。
(11)製粒(Pelletize)方法
作為製粒方法,一般係以麵條狀擠出而成者在水中固化之後,進行切割之方法,但亦可以在藉由擠出機之熔融之後,利用一邊在水中用接口管直接擠出,一邊進行切割之水下切割法或保持熱的狀態進行切割之熱切割法來進行顆粒化。
(12)顆粒尺寸
顆粒尺寸係截面積係1~300mm
2且長度係1~30mm之尺寸為較佳,截面積為2~100mm
2且長度為1.5~10mm之尺寸為更佳。
<乾燥>
(1)乾燥目的
在熔融製膜之前減少顆粒中的水分及揮發成分為較佳,對顆粒進行乾燥係有效的。當在顆粒中包含水分或揮發成分時,不僅會引起由於氣泡混入製膜薄膜或霧度的降低導致的外觀變差,還會因液晶聚合物的分子鏈斷裂而導致之物性的降低或由於產生單體或寡聚物而導致之輥痕。又,還有時依據所使用之液晶聚合物的種類,藉由乾燥去除溶解氧,藉此能夠抑制熔融製膜時的氧化交聯體的生成。
(2)乾燥方法·加熱方法
關於乾燥方法,就乾燥效率及經濟性的觀點考慮,一般使用除濕熱風乾燥機,但只要可獲得目標含水率,則並無特別限制。又,亦可以依據液晶聚合物的物性的特性來選擇更適當的方法。
作為加熱方法,可以舉出加壓水蒸氣、加熱器加熱、遠紅外線照射、微波加熱及熱介質循環加熱方式。
為了更有效地使用能量這一點及減小溫度不均勻來進行均勻乾燥,將乾燥設備設為隔熱結構為較佳。
為了提高乾燥效率,亦能夠進行攪拌,但亦有產生顆粒粉之情況,因此可以適當地分開使用。又,乾燥方法無需限制為1種,亦能夠組合複數種並有效地進行。
(3)裝置的形態
乾燥方式具有連續式和分批式這2種,在使用真空之乾燥方式中,分批法為較佳,而連續式具有穩定狀態下的均勻性優異的優點,需要依據用途區分使用。
(4)氣氛、風量
作為乾燥氣氛,例如使用低露點空氣或低露點惰性氣體的送風或減壓的方法。作為空氣的露點,0~-60℃為較佳,-10~-55℃為更佳,-20~-50℃為進一步較佳。就降低顆粒中的含揮發成分之觀點考慮,設為低露點氣氛為較佳,但就經濟性的觀點考慮,則不利,選擇適合的範圍即可。當原料因氧氣受到損傷時,使用非活性氣體來降低氧氣分壓亦有效。
作為每1噸液晶聚合物所需的風量,20~2000m
3/小時為較佳,50~1000m
3/小時為更佳,100~500m
3/小時為進一步較佳。若乾燥風量為下限值以上,則乾燥效率提高。乾燥風量為上限值以下之情況下,在經濟上為較佳。
(5)溫度·時間
作為乾燥溫度,在原料為非結晶狀態之情況下,{玻璃轉移溫度(Tg)(℃)+80℃}~{Tg(℃)-80℃}為較佳,{Tg(℃)+40℃}~{Tg(℃)-40℃}為更佳,{Tg(℃)+20℃}~{Tg(℃)-20℃}為進一步較佳。
若乾燥溫度為上限值以下,則能夠抑制由樹脂的軟化引起之結塊,因此輸送性優異。另一方面,若乾燥溫度為下限值以上,則能夠提高乾燥效率,又能夠將含水率設為所期望的值。
又,在結晶性樹脂的情況下,若{熔點(Tm)(℃)-30℃}以下,則樹脂能夠在不熔融之狀態下進行乾燥。若溫度過高,則有時引起著色和/或分子量的變化(一般降低,但依據情況而上升)。又,即使溫度過低亦由於乾燥效率低而需要選擇適合的條件。作為指標,{Tm(℃)-250℃}~{Tm(℃)-50}℃為較佳。
乾燥時間係15分鐘以上為較佳,1小時以上為更佳,2小時以上為進一步較佳。另外,即使乾燥超過50小時,水分率的進一步降低效果亦小,由於顧慮到產生樹脂的熱劣化,因此無需將乾燥時間延長。
(6)含水率
顆粒的含水率係1.0質量%以下為較佳,0.1質量%以下為更佳,0.01質量%以下為進一步較佳。
(7)傳輸方法
為了防止水分再次吸附到經乾燥之顆粒中,顆粒的輸送使用乾燥空氣或氮氣為較佳。又,為了擠出穩定化,將恆溫的高溫顆粒供給到擠出機亦為有效,並且通常為了維持加溫狀態而使用加熱乾燥空氣。
〔製膜步驟〕
<製造裝置>
以下,關於構成製造裝置之各設備的一例進行敘述。
(擠出機、螺桿、桶)
(1)擠出機結構
原料(顆粒)經由擠出機的供給口供給到氣缸內。氣缸內從供給口側依次由定量輸送供給之原料之供給部、將原料熔融混煉及壓縮之壓縮部、計量熔融混煉及壓縮之原料之計量部構成。氣缸的外周部設置有分割成複數個之加熱冷卻裝置,能夠將氣缸內的各區域控制在所期望的溫度。氣缸的加熱通常使用帶式加熱器或護套電線鋁澆鑄加熱器,亦能夠使用熱介質循環加熱方法。又,冷卻通常為利用鼓風機的空冷,亦有使水或油流過捲繞在氣缸外周之管中之方法。
又,為了防止顆粒被加熱而熔化以及用於保護螺桿驅動設備的熱傳遞,供給口部進行冷卻為較佳。
氣缸的內壁面需要使用耐熱·耐磨耗性·耐腐蝕性優異且能夠確保與樹脂的摩擦之材料。通常使用內面經氮化處理之氮化鋼,亦能夠對鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼或不鏽鋼進行氮化處理而使用。
尤其在要求耐磨耗性和/或耐蝕性之用途中,使用藉由離心鑄造法在氣缸的內壁面襯覆鎳、鈷、鉻或鎢等耐腐蝕性及耐磨耗性材料合金之雙金屬氣缸及形成陶瓷的熱噴塗覆膜係有效的。
又,氣缸通常具有平滑的內表面,但亦可以以增加擠出量為目的在氣缸內壁具有軸向的槽(方形槽、半圓槽、螺旋槽等)。但是,由於氣缸中的槽會導致擠出機內的聚合物滯留,因此在異物水準嚴格的用途中使用時需要注意。
(2)擠出機的種類
通常使用之擠出機大致有單軸(單螺桿)和雙軸,廣泛使用單軸擠出機。雙軸(多軸)用螺桿大致分為嚙合型和非嚙合型,旋轉方向亦分別分為同向和異向。嚙合型比非嚙合型具有更大的混煉效果,因此使用之例子很多。又,雖然異向旋轉螺桿比同向旋轉型的混煉效果高,但是由於同向旋轉型具有自清潔效果,因此可有效防止擠出機內的滯留。此外,軸向亦有平行和斜交,並且還有在施加強剪切時使用之圓錐型形狀。在雙軸擠出機中,藉由適當地配置通氣孔口,能夠直接使用未乾燥狀態的原料(顆粒、粉末或薄片等)及製膜過程中出現之薄膜的薄荷等,因此得到廣泛的應用,但是在單軸擠出機的情況下,亦能夠藉由適當地配置通氣孔口來去除揮發成分。對於用於製膜之擠出機,重要的是依據所要求之擠出性能(擠出穩定性、混煉性、滯留防止、熱履歷)和擠出機的特徵來進行選擇。
擠出機通常分別單獨使用單軸及雙軸(多軸),但亦通常利用各自的特徵組合使用。例如,可使用未乾燥原料之雙軸擠出機和計量性良好的單軸擠出機的組合廣泛用於PET(聚酯)樹脂的製膜。
(3)螺桿的種類、結構
其中,示出單軸擠出機用螺桿的例子。作為通常使用之螺桿的形狀,較多使用設置有等間距的1條螺旋狀螺紋(flight)之全螺紋螺桿。又,亦較多使用能夠藉由利用2條螺紋來分離熔融過程的樹脂的固液相使擠出性穩定化之雙螺紋螺桿。又,為了提高擠出機內的混煉性,通常還組合Maddock、Dalmage、屏障等混合元件。此外,為了提高混煉效果,還使用將螺桿的剖面製成多邊形者或為了減少擠出機內的溫度不均勻而設置有用於對螺桿賦予分配功能之分配孔者。
作為用於螺桿之原材料,與氣缸相同,需要使用耐熱、耐磨耗性及耐腐蝕性優異且能夠確保與樹脂的摩擦之原材料。通常,可以舉出氮化鋼、鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼及不鏽鋼。通常,藉由將上述鋼材進行研磨加工並進行氮化處理和/或HCr等鍍覆處理來製作螺桿,但有時亦在螺桿表面進行基於PVD(Physical Vapor Deposition:物理氣相沉積)或CVD(Chemical Vapor Deposition:化學氣相沈積)的TiN、CrN或Ti塗佈等特殊表面加工。
·直徑、槽深度
較佳的螺桿直徑依據作為目標的每單位時間的擠出量而不同,10~300mm為較佳,20~250mm為更佳,30~150mm為進一步較佳。螺桿進給部的槽深度係螺桿直徑的0.05~0.20倍為較佳,0.07~0.18倍為更佳,0.08~0.17倍為進一步較佳。螺紋間距通常設為與螺桿直徑相同的值,但是為了提高熔融的均勻性而使用較短者或者為了提高擠出量而相反地延長。又,螺紋槽寬係螺桿螺紋間距的0.05~0.25為較佳,就減少螺桿與筒之間的摩擦和滯留部的觀點考慮,通常使用約0.1。螺紋與筒的間隙亦使用螺桿直徑的0.001~0.005倍者,但是就減少筒之間的摩擦和滯留部之觀點考慮,0.0015~0.004倍為較佳。
·壓縮率
又,擠出機的螺桿壓縮比係1.6~4.5為較佳。此處,螺桿壓縮比由供給部與計量部的容積比,亦即(供給部的每單位長度的容積)÷(計量部的每單位長度的容積)表示,並使用供給部的螺桿軸的外徑、計量部的螺桿軸的外徑、供給部的槽部直徑及計量部的槽部直徑來計算。若螺桿壓縮比為1.6以上,則可獲得足夠的熔融混煉性,能夠抑制未溶解部分的產生,製造後的薄膜中不易殘留未溶解異物,藉由脫泡效果能夠抑制氣泡的混入。相反,若螺桿壓縮比為4.5以下,則能夠抑制過度施加剪切應力。具體而言,能夠抑制由分子鏈切斷引起之薄膜的機械強度降低、由剪切發熱引起之過熱著色現象及由凝膠的產生引起之異物等級降低。從而,適合的螺桿壓縮比係1.6~4.5為較佳,1.7~4.2為更佳,1.8~4.0為進一步較佳。
·L/D
L/D係指,氣缸長度與氣缸內徑之比。若L/D為20以上,則熔融及混煉變得充分,與壓縮比適合的情況相同地,能夠抑制製造後之薄膜中的未溶解異物的產生。又,若L/D為70以下,則擠出機內的液晶聚合物的滯留時間縮短,因此能夠抑制樹脂的劣化。又,若能夠縮短滯留時間,則能夠抑制基於分子鏈的切斷之分子量的降低引起之薄膜的機械強度的降低。從而,L/D在20~70的範圍為較佳,22~65為更佳,24~50為進一步較佳。
·螺桿比例
擠出機供給部的長度係螺桿有效長度(供給部、壓縮部、計測部的總長度)的20~60%的長度為較佳,30~50%的長度為更佳。擠出機壓縮部的長度係螺桿有效長度的5~50%的長度為較佳,當混煉的對象為結晶性樹脂時,螺桿有效長度的5~40%的長度為更佳,當混煉的對象為非晶性樹脂時,螺桿有效長度的10~50%的長度為更佳。計量部的長度係螺桿有效長度的20~60%的長度為較佳,30~50%的長度為更佳。一般還將計測部分割成複數個,並在它們之間配置混合元件以提高混煉性。
·Q/N
擠出機的吐出量(Q/N)係理論最大吐出量(Q/N)
MAX的50~99%為較佳,60~95%為更佳,70~90%為進一步較佳。另外,Q表示吐出量[cm
3/min],N表示螺桿轉速[rpm],(Q/N)表示螺桿每旋轉1次之吐出量。若吐出量(Q/N)為理論最大吐出量(Q/N)
MAX的50%以上,則能夠縮短擠出機內的滯留時間,並且能夠抑制擠出機內部的熱劣化的進行。又,在99%以下的情況下,由於背壓充分,因此不僅提高混煉性並提高熔融均勻化,而且擠出壓力的穩定性亦良好。
該種螺桿尺寸考慮到樹脂的結晶性、熔融黏彈特性及熱穩定性、擠出穩定性及熔融塑化的均勻性,選擇最佳者為較佳。
(4)擠出條件
·原料乾燥
在基於擠出機之顆粒的熔融可塑化步驟中,亦與顆粒化步驟相同地減少水分及揮發成分為較佳,對顆粒進行乾燥係有效的。
·原料供給法
從擠出機的供給口投入之原料(顆粒)為複數種之情況下,可以預先混合(預混合法),亦可以分別供給以使其在擠出機內成為一定比例,或者,亦可以係將兩者進行組合之方法。又,為了擠出穩定化,通常減少從供給口投入之原料的溫度及容積比重的變動。又,就塑化效率的觀點考慮,原料溫度只要在原料黏著而不堵塞供給口之範圍內,則高溫為較佳,原料為非結晶狀態時,在{玻璃轉移溫度(Tg)(℃)-150℃}~{Tg(℃)-1℃}的範圍的溫度下進行原料的加溫或保溫,當原料為結晶性樹脂時,在{熔點(Tm)(℃)-150℃}~{Tm(℃)-1℃}的範圍的溫度下進行原料的加溫或保溫為為更佳。又,就塑化效率的觀點考慮,原料的容積比重係熔融狀態的0.3倍以上為較佳,0.4倍以上為更佳。當原料的容積比重小於熔融狀態的比重的0.3倍時,進行藉由壓縮原料來模擬顆粒化等加工處理亦為較佳。
·擠出時的氣氛
熔融擠出時之環境亦與顆粒化步驟相同地,在不妨礙均勻分散之範圍內,需要盡可能地防止熱及氧化劣化。進行非活性氣體(氮等)的注入以及使用真空料斗來降低擠出機內的氧濃度或在擠出機中設置通氣孔口來進行基於真空泵之減壓亦為有效。這些減壓、非活性氣體的注入可以獨立地實施,亦可以組合實施。
·轉速
擠出機的轉速係5~300rpm為較佳,10~200rpm為更佳,15~100rpm為進一步較佳。若轉速為下限值以上,則滯留時間縮短,能夠抑制由熱劣化引起的分子量降低,並且能夠抑制變色。若轉速為上限值以下,則能夠抑制由剪切引起之分子鏈的切斷,並且能夠抑制分子量的降低及交聯凝膠的增加。關於轉速,從均勻分散性和由滯留時間的延長引起之熱劣化這兩個方面考慮,選定適合條件為較佳。
·溫度
筒溫度(供給部溫度T
1℃、壓縮部溫度T
2℃、計測部溫度T
3℃)一般由以下方法來確定。藉由擠出機將顆粒在目標溫度T℃下熔融可塑化之情況下,考慮到剪切發熱量計測部溫度T
3被設定為T±20℃。此時,考慮到在T
3±20℃的範圍內的擠出穩定性和樹脂的熱分解性來設定T
2。T
1一般設為{T
2(℃)-5℃}~{T
2(℃)-150℃},就兼顧成為輸送樹脂之驅動力(進給力)之樹脂與筒之間的摩擦確保以及在進給部中的預熱之觀點考慮,選定最佳值。當為通常的擠出機的情況下,能夠將T
1~T
3各區域進行細分來設定溫度,藉由設定為各區域之間的溫度變化平穩,從而實現使擠出更加穩定化。此時,T設為樹脂的熱劣化溫度以下為較佳,藉由擠出機的剪切發熱而超過熱劣化溫度之情況下,一般亦積極地冷卻去除剪切發熱。又,為了兼顧分散性的提高和熱劣化,在擠出機的前半部分以較高的溫度進行熔融混合,在後半降低樹脂溫度之條件亦有效。
·螺桿溫度調整
為了擠出穩定化,還控制螺桿的溫度。作為溫度控制方法,通常為使水或介質流過螺桿內部,視情況將加熱器內設於螺桿的內部來進行加熱。溫度控制的範圍通常為螺桿的供給部,但視情況亦可在壓縮部或計量部進行,亦可在各區域中控制在不同的溫度。
·壓力
擠出機內的樹脂壓力一般為1~50Mpa,就擠出的穩定性和熔融均勻性的觀點考慮,2~30MPa為較佳,3~20MPa為更佳。若擠出機內的壓力為1MPa以上,則由於擠出機內的熔體充滿率充分,因此能夠抑制由擠出壓力的不穩定化及滯留部的產生引起之異物的產生。又,若擠出機內的壓力為50MPa以下,則由於能夠抑制在擠出機內部接受之剪切應力過多,因此能夠抑制由樹脂溫度的上升引起之熱分解。
·滯留時間
擠出機中的滯留時間(製膜時的滯留時間)與顆粒化步驟相同地,能夠由擠出機部分的容積和聚合物的吐出容量來計算。滯留時間係10秒鐘~60分鐘為較佳,15秒鐘~45分鐘為更佳,30秒鐘~30分鐘為進一步較佳。若滯留時間為10秒鐘以上,則熔融塑化和添加劑的分散充足。若滯留時間為30分鐘以下,則就能夠抑制樹脂的劣化及樹脂的變色的觀點而言為較佳。
(過濾)
·種類、設置目的、結構
為了防止由原料中所包含之異物引起之齒輪泵的損傷及延長在擠出機下游設置之微細孔徑的過濾器壽命,一般使用在擠出機出口部設置過濾設備。進行組合使用網狀的濾材和具有強度之開口率高的補強板之、所謂的斷路器板式過濾為較佳。
·網目尺寸、過濾面積
網目尺寸係40~800目為較佳,60~700目為更佳,100~600目為進一步較佳。若網目尺寸為40目以上,則能夠充分抑制異物通過網目。又,若為800目以下,則能夠抑制過濾壓力上升速度的提高,並且能夠降低網目交換頻率。又,就過濾精確度和強度保持的觀點考慮,濾網通常將網目尺寸不同的複數種疊加使用。又,能夠擴大過濾開口面積,並能夠保持網目的強度,因此還可使用斷路器板來加強濾網。就過濾效率和強度的觀點考慮,所使用之斷路器板的開口率通常使用30~80%。
又,換網裝置常使用與擠出機的桶徑相同直徑者,但是為了增加過濾面積,通常使用錐狀配管,並使用更大直徑的濾網,或將流路分支而使用複數個斷路器板。過濾面積以每秒鐘的流量為0.05~5g/cm
2的基準進行選定為較佳,0.1~3g/cm
2為更佳,0.2~2g/cm
2為進一步較佳。
藉由捕獲異物,使過濾器堵塞,從而壓力上升。此時,需要停止擠出機來更換薄膜,但是亦能夠使用繼續擠出之同時更換過濾器之類型。又,作為藉由捕獲異物來提高過濾壓力之措施,亦能夠使用具有藉由使聚合物的流路相反來清除被過濾器捕獲之異物來降低過濾壓力之功能者。
(精細過濾)
·種類、設置目的、結構
為了進行精確度更高的異物過濾,在從模具中進行擠出之前,設置過濾精確度高的精細過濾器裝置為較佳。過濾器濾材的過濾精確度高為較佳,但亦考慮到濾材的耐壓及抑制由濾材的堵塞引起之過濾壓力上升,過濾精確度係3~30μm為較佳,3~20μm為更佳,3μm~10μm為進一步較佳。精細過濾裝置通常設置在1處,但亦可以串列和/或並列地設置複數處來進行多級過濾。所使用的過濾器從可採取大的過濾面積,並且耐壓性高之觀點考慮,設置組裝有葉型盤式過濾器之過濾裝置為較佳。葉型盤式過濾器為了確保耐壓及過濾器壽命的適性能夠調整裝填片數。
所需過濾面積依據進行過濾之樹脂的熔融黏度而不同,5~100g·cm
-2·h
-1為較佳,10~75g·cm
-2·h
-1為更佳,15~50g·cm
-2·h
-1為進一步較佳。雖然增大過濾面積有利於濾壓上升,但由於在過濾器內部的滯留時間變長,成為產生劣化異物的原因,因此需要選擇適當的條件。
就可以在高溫高壓下使用之觀點考慮,濾材的種類採用鋼鐵材料為較佳,在鋼鐵材料中,使用不銹鋼或鋼為更佳,就腐蝕的觀點考慮,使用不銹鋼為進一步較佳。
作為濾材的構成,除了編織線材而成者以外,還使用例如將金屬長纖維或金屬粉末燒結而形成之燒結濾材。又,通常使用基於單一直徑的線材的過濾器,但是為了提高過濾器壽命或過濾精確度,有時在過濾器的厚度方向上積層線徑不同者或使用線徑連續變化之濾材。
又,就過濾精確度的觀點考慮,過濾器的厚度較厚為較佳,然而在濾壓上升的觀點考慮,薄為較佳。因此,作為可兼容條件的範圍,過濾器的厚度係200μm~3mm為較佳,300μm~2mm為更佳,400μm~1.5mm為進一步較佳。
過濾器孔隙率係50%以上為較佳,70%以上為更佳。若為50%以上,則由於壓力損失降低且堵塞少,因此能夠長時間地運轉。過濾器孔隙率係90%以下為較佳。若為90%以下,則由於能夠抑制在過濾壓力上升時濾材壓碎,因此能夠抑制過濾壓力的上升。
濾材的過濾精確度、濾材的線徑、濾材的孔隙率及濾材的厚度藉由進行過濾之對象的熔融黏度及過濾流速來適當地選擇為較佳。
(連接配管其他)
連接製膜裝置各部分之配管類(連接器配管、切換閥及混合裝置等)亦與擠出機的筒及螺桿相同地,需要耐蝕性及耐熱性優異,通常使用鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼或不鏽鋼。又,為了提高耐蝕性,在聚合物流路面進行HCr或Ni等的鍍覆處理。
又,為了防止配管內部的滯留,配管內部的表面粗糙度Ra係200nm以下為較佳,150nm以下為更佳。
又,就降低壓力損失的觀點考慮,配管直徑大為較佳,但另一方面,由於配管部的流速降低,容易產生滯留。因此,需要選擇適當的配管直徑,5~200Kg·cm
-2·h
-1為較佳,10~150Kg·cm
-2·h
-1為更佳,15~100Kg·cm
-2·h
-1為進一步較佳。
為了熔融黏度的溫度依賴性高的液晶聚合物的擠出壓力穩定化,配管部分亦僅可能地減小溫度變化為較佳。一般而言,在加熱配管時普遍使用設備成本低的帶式加熱器,但溫度變化小之鑄鋁加熱器或基於熱介質循環之方法為更佳。又,就降低溫度不均勻之觀點考慮,配管亦與氣缸筒相同地,藉由分割成複數個來分別控制各區域為較佳。又,對於溫度控制,通常有PID控制(Proportional-Integral-Differential Controller:比例-積分-微分控制器)。又,亦組合使用藉由使用交流電力調節器來可變控制加熱器輸出之方法為較佳。
又,藉由擠出機的流路內設置混合裝置來進行原料溫度及組成的均勻化亦對薄膜的均勻化有效。作為混合裝置,可以舉出螺旋型或定子型的靜態混合器、動態混合器等,螺旋型的靜態混合器對於高黏度的聚合物的均勻化是有效的。由於藉由使用n級靜態混合器而分割並均勻化為2n,因此n越大,越促進均勻化。另一方面,由於還存在壓力損失或產生滯留部的問題,因此需要依據所要求的均勻性來選擇。為了薄膜的均勻化,5~20級為較佳,7~15級為更佳。聚合物在基於靜態混合器的均勻化之後,立即從模具中擠出以形成薄膜化為較佳。
又,為了使在擠出機內部劣化之聚合物不通過過濾器及模具,還在擠出機流路內設置可使其排出之放氣閥。但是,由於切換部滯留並成為異物產生的原因,因此要求切換閥部具有嚴格的加工精確度。
(齒輪泵)
為了提高厚度精確度,減少吐出量的變化為較佳。藉由在擠出機與模具之間設置齒輪泵,從齒輪泵供給一定量的樹脂,能夠提高厚度精確度。齒輪泵係由驅動齒輪與從動齒輪構成之一對齒輪以相互嚙合的狀態容納,藉由驅動驅動齒輪使兩齒輪嚙合旋轉,藉此將熔融狀態的樹脂從形成於殼體之吸引口吸引到內腔內,從同樣形成於殼體之吐出口吐出一定量的該樹脂。即使擠出機前端部分的樹脂壓力發生若干變動,亦藉由使用齒輪泵來吸收變動,製膜裝置下游的樹脂壓力的變動變得非常小,厚度變動得到改善。藉由使用齒輪泵,亦能夠將齒輪泵2次側的壓力變動設為1次側的1/5以下,並能夠將樹脂壓力變動幅度設定在±1%以內。作為其他優點,由於能夠在不提高螺桿前端部的壓力的情況下利用過濾器進行過濾,因此能夠防止樹脂溫度上升,提高輸送效率以及縮短在擠出機內的滯留時間。又,還能夠防止由於過濾器的濾壓上升而從螺桿供給的樹脂量隨時間變動。
·類型、尺寸
通常藉由2個齒輪的嚙合旋轉來進行量化,通常使用2齒輪型。又,當齒輪的齒輪引起之脈動成為問題時,通常使用3齒輪型來干涉彼此的脈動使其變小。所使用之齒輪泵的尺寸一般選定在擠出條件下,轉速成為5~50rpm的容量者,7~45rpm為較佳,8~40rpm為更佳。
藉由選擇轉速成為上述範圍之齒輪泵的尺寸,能夠抑制基於剪切發熱之樹脂溫度的上升,並且能夠抑制由齒輪泵內部的滯留引起之樹脂劣化。
又,由於齒輪泵藉由齒輪的嚙合而不斷地受到磨損,因此要求使用耐磨損性優異之原材料,使用與螺桿或筒相同的耐磨耗性原材料為較佳。
·滯留部對策
由於齒輪泵的軸承循環用聚合物的流動變差,基於驅動部和軸承部的聚合物的密封變差,有時會發生計量及送液擠出壓力的變動變大的問題,因此需要依據液晶聚合物的熔融黏度來設計齒輪泵(尤其間隙)。又,依據情況,由於齒輪泵的滯留部分成為液晶聚合物的劣化原因,因此盡可能滯留少之結構為較佳。又,還使用藉由將滯留之軸承部的聚合物排出到齒輪泵外來防止滯留聚合物混入薄膜中的方法。又,在齒輪泵的剪切發熱量大且樹脂溫度上升之情況下,藉由空冷齒輪泵和/或使冷卻介質循環來進行冷卻亦為有效。
·運轉條件
若齒輪泵在1次壓力(輸入壓力)與2次壓力(輸出壓力)之差過大,則齒輪泵的負載變大,並且剪切發熱變大。因此,運轉時的壓差在20MPa以內為較佳,15MPa以內為更佳,10MPa以內為進一步較佳。又,為了薄膜厚度的均勻化,並且為了將齒輪泵的一次壓力設為恆定,控制擠出機的螺桿旋轉,或者使用壓力調節閥亦有效。
(模具)
·種類、結構、原材料
藉由過濾而異物被去除,進一步藉由混合器而均勻化溫度之熔融樹脂被連續地輸送到模具中。若模具為熔融樹脂的滯留少之設計,則還能夠使用一般使用之T模具、魚尾模具及衣架式(hanger coat)模具中的任意類型。其中,就厚度均勻性和滯留少的觀點考慮,衣架式模具為較佳。
T模具出口部分的間隙係薄膜厚度的1~20倍為較佳,1.5~15倍為更佳,2.0~10倍為進一步較佳。若唇間隙為薄膜厚度的1倍以上,則由於能夠抑制模具的內壓的上升,因此變得容易控制薄膜厚度,並且藉由製膜可獲得表面形態良好之片材。又,若當唇間隙為薄膜厚度的20倍以下,則由於能夠抑制牽引比變得過大,因此片材的厚度精確度變得良好。
薄膜的厚度調整一般藉由調整模具前端部分的接口管的間隙來進行,就厚度精確度的觀點考慮,使用柔性唇為較佳。又,亦有時使用調節桿調整厚度。
接口管的間隙調整能夠使用模具出口部的調整螺栓來進行變更。調整螺栓以15~50mm間隔進行配置為較佳,以15~35mm間隔進行配置為更佳,以15~25mm間隔進行配置為進一步較佳。當50mm間隔以下時,能夠抑制調整螺栓之間的厚度不均勻的產生。當15mm間隔以上時,由於調整螺栓的剛性變得充分,因此能夠抑制模具的內壓變化,並且能夠抑制薄膜厚度變化。又,就壁面滯留的觀點考慮,模具的內壁面光滑為較佳,例如,能夠藉由研磨來提高表面光滑性。依據情況,在對內壁面進行電鍍處理之後,還藉由研磨加工來提高光滑度或者藉由蒸鍍處理來改善與聚合物的剝離性。
又,從模具流出之聚合物的流速在模具的寬度方向上均勻為較佳。因此,依據所使用之液晶聚合物的熔融黏度剪切速度依賴性來變更所使用之模具的歧管形狀為較佳。
又,從模具流出之聚合物的溫度亦在寬度方向上均勻為較佳。因此,藉由在將模具的放熱量大之模具端部的設定溫度設為較高,或者抑制模具端部的放熱等措施來進行模具的均勻化為較佳。
又,由於藉由模具的加工精確度不足或異物附著到模具出口部分而產生模具條痕,從而引起薄膜的質量顯著降低,因此模具唇部光滑為較佳,其表面粗糙度Ra係0.05μm以下為較佳,0.03μm以下為更佳,0.02μm以下為進一步較佳。又,模具唇邊緣部的曲率半徑R係100μm以下為較佳,70μm以下為更佳,50μm以下為進一步較佳。又,還能夠使用藉由熱噴塗陶瓷而加工成R=20μm以下的尖銳的邊緣者。
對於降低長期連續生產過程中之厚度變化中,藉由測量下游的薄膜厚度並計算厚度偏差,並將其結果反饋至模具的厚度調整之自動厚度調整模具亦有效。
模具與聚合物的輥著陸點之間稱為氣隙,為了基於提高厚度精確度及減少縮頸量(藉由降低薄膜寬度來提高端部厚度)之製膜穩定化,氣隙短為較佳。藉由將模具前端部的角度設為銳角或薄化模具厚度,能夠防止輥與模具的干涉,並能夠縮短氣隙,但在另一方面,有時發送模具的剛性降低,並且藉由樹脂的壓力而引起模具的中央部分開口以使厚度精確度反而降低之現象。因此,選定能夠兼顧模具的剛性和縮短氣隙之條件為較佳。
·多層製膜
在製造薄膜時一般使用設備成本低的單層製膜裝置。此外,為了將表面保護層、黏著層、易接著層和/或抗靜電層等功能層設置在外層,可以使用多層製膜裝置。具體而言,可以舉出使用多層用進給塊(Feed block)進行多層化之方法及使用多歧管模具之方法。一般將功能層薄薄地積層於表層為較佳,但積層比並無特別限定。
顆粒從供給口進入到擠出機,並從供給機構(例如,模具)流出為止之滯留時間(從通過擠出機之後至模具吐出為止的滯留時間)係1~30分鐘為較佳,2~20分鐘為更佳,3~10分鐘為進一步較佳。就聚合物的熱劣化的觀點考慮,選定滯留時間短的設備為較佳。其中,為了減小擠出機內部的容積,例如若將過濾器的容量設得過小,則有時過濾器壽命縮短,並且交換頻率增加。又,將配管直徑設得過小亦有時增加壓力損失。從這種原因考慮,選定尺寸適合之設備為較佳。
又,將滯留時間設為30分鐘以內,藉此將上述亮部的最大等效圓直徑調節為上述範圍變得容易。
(澆鑄)
製膜步驟包括從供給機構供給熔融狀態的液晶聚合物之步驟及使熔融狀態的液晶聚合物著陸於澆鑄輥上以形成為薄膜狀之步驟為較佳。可以將其冷卻並固化而直接作為薄膜進行捲取,亦可以使其通過一對夾壓面之間並連續地夾壓以形成為薄膜狀。
此時,供給熔融狀態的液晶聚合物(熔體)之機構並無特別限制。例如,作為熔體的具體供給機構,可以係使用藉由熔融液晶聚合物以薄膜狀擠出之擠出機之態樣,亦可以係使用擠出機及模具之態樣,亦可以係在將液晶聚合物固化一次而成為薄膜狀之後,藉由加熱機構熔融而形成熔體並供給至製膜步驟之態樣。
在藉由具有一對夾壓面之裝置對藉由模具而擠壓成片狀之熔融樹脂進行夾壓之情況下,不僅能夠將夾壓面的表面形態轉印到薄膜上,而且能夠藉由對包含液晶聚合物之組成物賦予伸長變形來控制配向性。
·製膜方法、種類
將熔融狀態的原料形成為薄膜狀之方法中,亦能夠賦予高夾持壓力,就薄膜表面形態優異之觀點考慮,通過2個輥(例如,接觸輥及冷卻輥)之間為較佳。另外,在本說明書中,具有複數個輸送熔融物之澆鑄輥之情況下,將最接近最上游的液晶聚合物的供給機構(例如,模具)之澆鑄輥稱為冷卻輥。除此之外,還能夠使用由金屬帶彼此進行夾壓之方法或組合輥和金屬帶之方法。又,依據情況,為了提高輥和金屬帶之間的密接性,還能夠在鑄鼓上組合使用靜電施加法、氣刀法、氣室法及真空噴嘴法等製膜法。
又,在獲得多層結構的薄膜之情況下,藉由從模具夾壓多層擠出之熔融聚合物而獲得為較佳,但是亦能夠將單層結構的薄膜以熔融層合的要領導入到按壓部而獲得多層結構的薄膜。又,此時藉由改變夾壓部的周速差或取向軸方向,能夠獲得在厚度方向上傾斜結構不同的薄膜,藉由數次進行該步驟,能夠獲得3層以上的薄膜。
此外,亦可以藉由在夾壓時使觸摸輥在TD方向上周期性振動等來施加變形。
·輥的種類、原材料
就表面粗糙度和進行夾壓時之夾持壓力的均勻性的觀點以及輥溫度的均勻性的觀點考慮,澆鑄輥為具有剛性之金屬輥為較佳。“具有剛性”不是僅藉由夾壓面的材質來判斷,而是藉由考慮用於表面部分之剛性原材料的厚度與支撐表面部分之結構的厚度的比率來確定。例如,表示當表面部分由圓柱形的支撐輥驅動時,剛性原材料外筒厚度/支撐輥直徑的比例如為1/80左右以上。
用於具有剛性之金屬輥之材質通常為碳鋼及不鏽鋼。此外,亦能夠使用鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼及鑄鐵等。又,為了改變薄膜剝離性等的表面性的性質,有時還進行鉻或鎳等的電鍍處理,或者陶瓷熱噴塗等加工。使用金屬帶之情況下,為了賦予必要的夾持壓力,帶的厚度係0.5mm以上為較佳,1mm以上為更佳,2mm以上為進一步較佳。又,當使用橡膠製輥或將橡膠製輥和金屬套管組合而成之輥時,輥的硬度低且夾壓部的長度變長,因此即使在輥之間施加高線壓,實效的挾壓力不會增加。因此,為了賦予所需的夾持壓力,使用極高的硬度的橡膠為較佳,具體而言,橡膠硬度係80°以上為較佳,90°以上為更佳。但是,橡膠輥及由橡膠內襯而成之金屬輥由於橡膠表面的凹凸較大,因此薄膜的平滑性可能會降低。
適合藉由一對輥來賦予夾持壓力之輥壓區長度大於0mm且5m以內為較佳,大於0mm且3mm以內為更佳。
·輥直徑
作為澆鑄輥,使用直徑大的輥為較佳,具體而言,直徑為200~1500mm為較佳。若使用直徑大的輥,則能夠降低輥的撓曲,因此在進行夾壓時能夠均勻地賦予高夾持壓力,因此較佳。又,在本發明之製造方法中,進行夾壓之2個輥的直徑可以相同,亦可以不同。
·輥硬度
為了賦予上述範圍的輥間壓力,輥的蕭氏硬度係45HS以上為較佳,50HS以上為更佳,60~90HS為進一步較佳。蕭氏硬度能夠使用JIS Z 2246的方法,並由測量了輥寬度方向上的5點及周向上的5點的值的平均值來求出。
·表面粗糙度、圓柱度、正圓度、直徑偏差
澆鑄輥和/或接觸輥的表面的算術平均表面粗糙度Ra係100nm以下為較佳,50nm以下為更佳,25nm以下為進一步較佳。
正圓度係5μm以下為較佳,3μm以下為更佳,2μm以下為進一步較佳。圓柱度係5μm以下為較佳,3μm以下為更佳,2μm以下為進一步較佳。直徑偏差係7μm以下為較佳,4μm以下為更佳,3μm以下為進一步較佳。圓柱度、正圓度、直徑偏差能夠利用JIS B 0621的方法來求出。
·輥表面性
澆鑄輥及接觸輥的表面為鏡面為較佳,一般使用將鍍硬鉻而得之表面進行鏡面加工而得之輥。又,為了防止腐蝕性,使用在鍍硬鉻的基底積層鍍鎳而成之輥或為了降低與輥的黏著性,而使用非晶質的鍍鉻亦為較佳。又,為了改善耐摩耗性及對輥的薄膜黏著性,還能夠進行氮化鈦(TiN)、氮化鉻(CrN)、DLC(Diamond Like Carbon:類鑽碳)處理及Al、Ni、W、Cr、Co、Zr或Ti系陶瓷熱噴塗等表面加工。
輥表面在製膜後的薄膜平滑性的觀點考慮平滑為較佳,但是,為了形成表面凹凸以賦予薄膜的潤滑性,能夠使用鏡袋表面輥,或者能夠使用為了在薄膜表面形成微細的凹凸而進行噴砂處理之輥或進行了凹坑加工之輥。其中,就薄膜光滑性的觀點考慮,輥的凹凸中,表面粗糙度Ra係10μm以下為較佳。又,還能夠使用在輥表面上,每1mm
2中雕刻了50~1000個深度為0.1~10μm的微細的槽或稜鏡形狀之輥。
·輥溫度
輥能夠快速去除由熔融聚合物供給之熱量並且維持恆定的輥表面溫度為較佳。因此,向輥內部通入恆定溫度的介質為較佳。作為介質,使用水或傳熱油,視情況使用氣體來選擇能夠充分進行熱交換之介質流速、介質黏性為較佳。又,用於使輥表面溫度恆定之手段能夠使用公知的方法,但是沿著輥的圓周設置螺旋狀的流路之輥為較佳。又,為了輥的均勻溫度化,亦能夠使用熱管。
·熔融聚合物溫度
就提高液晶聚合物的成型性和抑制劣化的觀點考慮,吐出溫度(供給機構出口的樹脂溫度)係(液晶聚合物的Tm-10)℃~(液晶聚合物的Tm+40)℃為較佳。作為熔融黏度的指標,50~3500Pa·s為較佳。
在氣隙間的熔融聚合物盡可能冷卻得少為較佳,藉由實施加快製膜速度、縮短氣隙等措施來減少基於冷卻的溫度降低為較佳。
·接觸輥溫度
接觸輥的溫度設定為液晶聚合物的Tg以下為較佳。若接觸輥的溫度為液晶聚合物的Tg以下,則能夠抑制熔融聚合物與輥黏著,因此薄膜外觀變得良好。從相同的原因考慮,冷卻輥溫度亦設定為液晶聚合物的Tg以下為較佳。
·製膜速度、周速差
就熔體在氣隙中保溫的觀點考慮,製膜速度係3m/分鐘以上為較佳,5m/分鐘以上為更佳,7m/分鐘以上為進一步較佳。加快線速度時,能夠抑制熔體在氣隙中冷卻,並且能夠以熔體的溫度高之狀態賦予更均勻的夾壓和剪切變形。另外,上述製膜速度定義為熔融聚合物通過所夾壓之2個輥之間時的速度慢之第二夾壓面速度。
第一夾壓面的移動速度設為比第二夾壓面的移動速度快為較佳。此外,將夾壓裝置的第一夾壓面與第二夾壓面的移動速度比調整為0.60~0.99,並且熔融樹脂通過夾壓裝置時賦予剪切應力以製造本發明的薄膜為較佳。2個夾壓面可以連帶驅動,亦可以獨立驅動,但就膜物性的均勻性的觀點考慮,獨立驅動為較佳。
<聚合物薄膜的製膜順序>
·製膜順序
在製膜製程中,就薄膜製膜步驟和質量的穩定化的觀點考慮,由以下順序進行製膜為較佳。
從模具吐出之熔融聚合物在著陸於澆鑄輥上而形成為薄膜狀之後,藉由將其冷卻並固化以作為薄膜來捲取。
在對熔融聚合物進行夾壓時,在設定為規定的溫度之第一夾壓面與第二夾壓面之間使熔融聚合物通過,並將其冷卻並固化以作為薄膜來捲取。
·輸送張力
薄膜輸送張力能夠藉由薄膜厚度進行適當調整,薄膜的每1m寬度的輸送張力係10~500N/m為較佳,20~300N/m為更佳,30~200N/m為進一步較佳。一般情況下,若薄膜變厚則需要提高輸送張力。例如,厚度為100μm的薄膜之情況下,30~150N/m為較佳,40~120N/m為更佳,50~100N/m為進一步較佳。若薄膜輸送張力為下限值以上,則能夠抑制薄膜輸送過程中的薄膜的彎曲,因此能夠抑制導輥與薄膜之間產生打滑而在薄膜產生刮痕。若薄膜輸送張力為上限值以下,則能夠抑制薄膜中帶入垂直皺紋,又,能夠抑制薄膜被強制拉伸而薄膜斷裂。
薄膜的張力控制可以使用基於往復晃動的方法、基於伺服馬達的扭矩控制法、基於粉劑離合器/制動器的方法及基於摩擦輥的控制方法等中的任意方法,但就控制精確度的觀點考慮,基於往復晃動之方法為較佳。輸送張力在製膜步驟中無需設為全部相同之值,在每個張力切割之區域調整為適合的值亦係有用的。
輸送用輥具有諸如不發生由輸送張力引起之輥撓曲變形、機械損失小、充分獲得與薄膜的摩擦及在運送薄膜過程中不易產生刮痕之光滑的表面為較佳。若使用機械損失小之輸送輥,則為了輸送薄膜而不需要大的張力,並且能夠抑制薄膜中帶入刮痕。又,為了獲得與薄膜的摩擦,輸送用輥採用較大的薄膜的保持角為較佳。保持角係90°以上為較佳,100°以上為更佳,120°以上為進一步較佳。無法採取充分的保持角之情況下,使用橡膠製的輥,或者在輥表面使用設置有紋理、凹槽形狀或者槽之輥來確保摩擦為較佳。
·捲取張力
捲取張力亦與薄膜輸送張力相同地,藉由薄膜厚度進行適當調整為較佳。薄膜的每1m寬度的張力係10~500N/m為較佳,20~300N/m為更佳,30~200N/m為進一步較佳。一般情況下,當薄膜變厚時需要提高張力。例如在100μm的薄膜之情況下,捲取張力係30~150N/m為較佳,40~120N/m為更佳,50~100N/m為進一步較佳。
若捲取張力為下限值以上,則能夠抑制薄膜輸送過程中的薄膜的彎曲,因此能夠抑制在捲取中途薄膜滑動而產生刮痕。若捲取張力為上限值以下,則能夠抑制薄膜上產生縱紋,不僅抑制薄膜緊緊地捲取使捲繞外觀變得良好,而且能夠抑制薄膜的凸起的部分由於蠕變現象而伸長,因此能夠抑制薄膜的起伏。捲取張力與輸送張力相同地,藉由線的中途張力控制來檢測,一邊控制成恆定的捲取張力一邊進行捲取為較佳。依據製膜線的位置,薄膜溫度存在差異時,有時藉由熱膨脹而薄膜的長度略微不同,因此調整壓送輥(niproll)之間的拉伸比,並且在線中途對薄膜不施加規定以上的張力為較佳。又,捲取張力還能夠藉由張力控制的控制以恆定張力進行捲取,但依據所捲取之直徑而添加維度(taper),以使其成為適合的捲取張力為更佳。一般而言,隨著捲取直徑的變大而使張力逐漸減小,但有時依據情況還隨著捲取直徑的變大而使張力變大為較佳。又,關於捲取方向,將第一夾壓面及第二夾壓面中的任一側設為捲取芯側均沒有問題,但在薄膜上產生捲曲之情況下,當與捲曲相反方向圍繞時,有時還具有捲曲修正效果,故較佳。在捲取時為了控制薄膜的彎曲,設置EPC(Edge Position Control:邊緣位置控制),並且進行用於防止捲取凹凸的產生之振盪(Oscillation)捲取或在高速捲取時使用排除所伴隨的空氣之輥亦有用。
·捲取芯(Windingcore)
使用於捲取之捲取芯只要具有捲取薄膜所需之強度和剛性,則不需要使用特殊者,一般使用內徑為3~6英吋的紙管或3~14英吋的塑膠製捲取芯。通常,就低揚塵性的觀點考慮,常使用塑膠製卷芯。使用小直徑的卷芯在成本上是有利的,但是由於剛性不足而產生撓曲,從而產生捲繞形狀不良,或者在捲取芯部分由於蠕變變形產生薄膜的捲取。另一方面,使用大直徑的卷芯有利於維持薄膜的品質,但是可能會在操作性和成本方面不利。因此,適當選擇合適的尺寸的卷芯為較佳。又,藉由在卷芯的外周部設置具有緩衝性之層,亦能夠防止與捲繞開始部分的薄膜厚度量對應的階梯差轉移到薄膜上之現象。
·縱切(Slit)
為了將製膜之薄膜設為預定的寬度,將兩端縱切為較佳。作為縱切的方法,能夠使用剪切到、Goebel刀、剃刀及旋轉刀等一般的方法,但是使用切斷時不產生粉塵,並且切斷部的翹曲少之切斷方法為較佳,基於Goebel刀片之切斷為較佳。切割器刀片的材質可以使用碳鋼及不鏽鋼等任一種,通常若使用硬質合金刀片、陶瓷刀片則刀片的壽命長,而且抑制切屑的產生,因此為較佳。
藉由縱切切下來的部分能夠破碎,再次用作原料使用。縱切後,可以粉碎後立即投入到擠出機,亦可以藉由擠出機造粒後使用一次。又,再造粒步驟中,亦可以藉由過濾來去除異物。配合量係0~60%為較佳,5~50%為更佳,10~40%為進一步較佳。關於回收原料,由於熔融聚合物的熔融黏度或熱劣化產生之微量組成可能與原始原料不同,因此使用時需要注意。依據回收原料的組成,適當調整其配合量,在一定範圍內控制原料的物性亦為有用。又,厚度調整或切換時的薄膜亦能夠與縱切之耳部同樣地再利用。
·滾紋加工
薄膜的一端或兩端進行增厚加工(滾紋處理)亦較佳。基於增厚加工之凹凸的高度係1~50μm為較佳,2~30μm為更佳,3~20μm為進一步較佳。增厚加工中,可以將兩面設為凸形,亦可以僅將單面設為凸形。增厚加工的寬度係1~50mm為較佳,3~30mm為更佳。增厚加工可以使用冷加工及熱加工中的任一種,只要依據薄膜中形成之凹凸的下垂度或增厚加工時的揚塵的狀態等來選定適當的方法即可。又,藉由滾紋加工能夠識別薄膜的製膜方向及薄膜面亦係有用的。
·遮蔽薄膜
為了防止薄膜刮擦或提高操作性,在單面或兩面附著層壓膜(遮蔽薄膜)亦較佳。層壓膜的厚度係5~100μm為較佳,10~70μm為更佳,25~50μm為進一步較佳。
遮蔽薄膜由基材層和黏著層這2層構成為較佳。基材層中能夠使用LDPE(低密度聚乙烯)、LLDPE(直鏈狀低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、PP(聚丙烯)及聚酯等。黏著層能夠使用EVA(乙烯乙酸乙烯酯)、丙烯酸橡膠、苯乙烯系彈性體及天然橡膠等。又,基於共擠出法之類型亦能夠使用在薄膜上塗佈黏著材料之類型中的任一種。
黏著力係0.2~2.0N/25mm為較佳,0.3~1.5N/25mm為更佳,0.4~1.0N/25mm為進一步較佳。黏著力能夠藉由依據JIS Z 0237之方法來求出。
遮蔽薄膜通常使用無色的,但為了識別薄膜的表面和背面,有時使用表面和背面不同的顏色。作為用於識別薄膜表面和背面的其他方法,粘貼遮蔽薄膜的厚度、黏著力、薄膜表面的光澤度不同的遮蔽薄膜之方法亦為有效。
·靜電消除
當薄膜帶電時,氣氛中的灰塵被薄膜吸引而成為薄膜的附著異物。因此,製膜、輸送及捲取中的薄膜不帶電為較佳。
帶電壓係3kV以下為較佳,0.5kV以下為更佳,0.05kV以下為進一步較佳。
作為防止薄膜帶電之方法,能夠使用藉由將抗靜電劑揉合或塗佈於薄膜中來防止靜電的產生之方法、藉由控制氣氛中的溫度和濕度來抑制靜電的產生之方法、將薄膜上帶電之靜電進行接地來釋放之方法及使用離子發生器藉由與帶電電荷的符號相反之電荷進行中和之方法等公知的各種方法。其中,使用離子發生器之方法較為常見。離子發生器有軟X射線照射式和電暈放電式,能夠使用任何類型。需要防爆時,使用軟X射線照射式,但通常較多使用電暈放電式。電暈放電方式有DC(直流)型、AC(交流)型及脈衝AC型,就性能和成本的觀點考慮,廣泛使用脈衝AC型。除電裝置可以使用1種,亦可以將複數種組合使用,在不妨礙製膜的範圍內,對於設置數量並無特別限制。
又,為了提高防止由靜電消除引起之灰塵附著於薄膜之效果,製膜時的環境為美國聯邦規格Fed.Std.209D的10000級以下為較佳,1000級以下為更佳,100級以下為進一步較佳。
·除塵
附著於薄膜表面之異物能夠利用如下方法來去除,亦即擠壓刮板或刷子之方法、為了減弱由靜電引起之吸引效果而以幾十KPa左右的壓力使已中和電荷之加壓空氣噴出之方法、基於吸引之方法及組合了噴射和吸引之方法。又,能夠使用公知的除塵手段,亦即將具有黏著性之輥壓在薄膜上,使異物轉移到黏著輥上並去除之方法及對薄膜施加超聲波以吸引去除異物之方法等。又,還能夠使用向薄膜噴射液體之方法及在液體中浸漬以沖洗異物之方法。又,當藉由切割器在切割部分或滾花加工部分產生薄膜粉時,安裝真空噴嘴等去除狀裝置之以防止異物附著到薄膜上為較佳。
<拉伸步驟、熱鬆弛處理、熱定型處理>
此外,藉由上述方法將未拉伸薄膜進行製膜後,能夠進行連續或非連續拉伸和/或熱鬆弛處理或熱定型處理。例如,能夠組合以下(a)~(g)來實施各步驟。又,可以顛倒縱向拉伸和橫向拉伸的順序,亦可以多級進行縱向拉伸及橫向拉伸的各步驟,縱向拉伸及橫向拉伸的各步驟可以與斜向拉伸或同時雙軸拉伸組合。
(a)橫向拉伸
(b)橫向拉伸→熱鬆弛處理
(c)縱向拉伸
(d)縱向拉伸→熱鬆弛處理
(e)縱向(橫向)拉伸→橫向(縱向)拉伸
(f)縱向(橫向)拉伸→橫向(縱向)拉伸→熱鬆弛處理
(g)橫向拉伸→熱鬆弛處理→縱向拉伸→熱鬆弛處理
·縱向拉伸
能夠藉由一邊對2對輥之間進行加熱一邊使出口側的周速度比入口側的周速度快來實現縱向拉伸。就薄膜的捲曲的觀點考慮,表面和背面的薄膜溫度係相同溫度為較佳,但在厚度方向上控制光學特性之情況下,即使在表面和背面的溫度不同亦能夠進行拉伸。另外,其中的拉伸溫度定義為薄膜表面低側的溫度。縱向拉伸步驟可以由1個階段實施,亦可以由多個階段實施。薄膜的預熱一般藉由使經溫度控制之加熱輥通過來進行,但依據情況還能夠使用加熱器來加熱薄膜。又,為了防止薄膜與輥黏著,還能夠使用改善了黏著性之陶瓷輥等。
·橫向拉伸
作為橫向拉伸步驟,能夠採用通常的橫向拉伸。亦即,通常的橫向拉伸可以舉出用夾子把持薄膜的寬度方向的兩端,使用拉幅機一邊在烘箱內進行加熱一邊擴大夾子的寬度之拉伸法。對於橫向拉伸步驟,例如,能夠使用日本實開昭62-035817號公報、日本特開2001-138394號公報、日本特開平10-249934號公報、日本特開平6-270246號公報、日本實開昭4-030922號公報及日本特開昭62-152721號各公報中記載之方法,該等方法被編入本說明書中。
橫向拉伸步驟中的薄膜的寬度方向的拉伸倍率(橫向拉伸倍率)係1.2~6倍為較佳,1.5~5倍為更佳,2~4倍為進一步較佳。又,當進行縱向拉伸時,橫向拉伸倍率大於縱向拉伸的拉伸倍率為較佳。
橫向拉伸步驟中的拉伸溫度能夠藉由向拉幅機內送進所期望之溫度的風來控制拉伸溫度。出於與縱向拉伸相同的原因,薄膜溫度還具有表面和背面相同的情況或不同的情況中的任意情況。在此使用之拉伸溫度定義為薄膜表面低側的溫度。橫向拉伸步驟可以由1個階段實施,亦可以由多個階段實施。又,以多個階段進行橫向拉伸之情況下,可以連續地進行,亦可以在其之間設置未擴大寬度之區域並間歇地進行。這種橫向拉伸除了在拉幅機內將夾子沿寬度方向擴大寬度之通常的橫向拉伸以外,還能夠應用與這些相同地,用夾子把持並擴大寬度之如下拉伸方法。
·斜向拉伸
在斜向拉伸步驟中,與通常的橫向拉伸相同地,雖然夾子沿橫向擴大寬度,但能夠藉由改變左右夾子的輸送速度來沿對角方向拉伸。在斜向拉伸步驟中,例如,能夠使用日本特開2002-022944號公報、日本特開2002-086554號公報、日本特開2004-325561號公報、日本特開2008-023775號公報及日本特開2008-110573號公報中記載之方法。
·同時雙軸拉伸
同時雙軸拉伸與通常的橫向拉伸相同地,將夾子沿橫向擴大寬度,並與此同時沿縱向拉伸或收縮。作為同時雙軸拉伸,例如,能夠使用日本實開昭55-093520號公報、日本特開昭63-247021號公報、日本特開平6-210726號公報、日本特開平6-278204號公報、日本特開2000-334832號公報、日本特開2004-106434號公報、日本特開2004-195712號公報、日本特開2006-142595號公報、日本特開2007-210306號公報、日本特開2005-022087號公報、日本特表2006-517608號公報及日本特開2007-210306號公報中記載之方法。
·用於改善捲邊(軸錯位)的熱處理
在上述橫向拉伸步驟中,由於薄膜的端部被夾子夾持,因此在熱處理時產生之熱收縮應力引起之薄膜的變形在薄膜的中央部較大,在端部較小,結果能夠在寬度方向的特性上進行分佈。熱處理步驟之前,在薄膜的表面上沿橫向劃出直線時,經過熱處理步驟之薄膜的表面上的直線成為中心部朝向下游凹陷之弓形。該現象被稱為捲邊現象,成為干擾薄膜的各向異性及寬度方向的均勻性之原因。
作為改善方法,能夠藉由在橫向拉伸之前進行預熱或在拉伸之後進行熱定型來減小伴隨捲邊之取向角的偏差。可以進行預熱及熱定型中的任一者,進行兩者為較佳。這些預熱和熱定型藉由夾子把持來進行為較佳,亦即與拉伸連續地進行為較佳。
在比延伸溫度高1~50℃左右的溫度下進行預熱為較佳,高2~40℃為更佳,高3~30℃為進一步較佳。預熱時間係1秒鐘~10分鐘為較佳,5秒鐘~4分鐘為更佳,10秒鐘~2分鐘為進一步較佳。
預熱時,保持拉幅機的寬度大致恆定為較佳。其中“大致”係指,未拉伸薄膜的寬度的±10%。
進行熱定型時的溫度係比拉伸溫度低1~50℃的溫度為較佳,低2~40℃的溫度為更佳,低3~30℃的溫度為進一步較佳。拉伸溫度以下且液晶聚合物的Tg以下的溫度為特佳。
熱定型時間係1秒鐘~10分鐘為較佳,5秒鐘~4分鐘為更佳,10秒鐘~2分鐘為進一步較佳。熱定型時,拉幅機的寬度大致保持恆定為較佳。其中,“大致”係指,結束拉伸之後的拉幅機寬度的0%(與拉伸之後的拉幅機的寬度相同之寬度)~-30%(比拉伸之後的拉幅機的寬度縮小30%=縮小寬度)。作為其他公知的方法,可以舉出日本特開平1-165423號公報、日本特開平3-216326號公報、日本特開2002-018948號公報及日本特開2002-137286號公報中記載之方法。
·熱鬆弛處理
在上述拉伸步驟之後,可以進行加熱薄膜以使薄膜收縮之熱鬆弛處理。藉由進行熱鬆弛處理,能夠降低使用薄膜時的熱收縮率。在製膜之後、縱向拉伸之後及橫向拉伸之後中的至少一個時點實施熱鬆弛處理為較佳。
熱鬆弛處理可以在拉伸之後連續地在線進行,亦可以在延伸之後進行捲取之後離線進行。作為熱鬆弛處理的溫度,例如可以舉出液晶聚合物的玻璃轉移溫度Tg以上且熔點Tm以下。如果擔心薄膜的氧化劣化,則可以在氮氣、氬氣或氦氣等惰性氣體中進行熱鬆弛處理。
<後加熱處理>
就容易製造具有上述熔融峰面積之薄膜之觀點考慮,對藉由上述方法製膜之未拉伸薄膜或進行了縱向拉伸之薄膜進行上述橫向拉伸後,一邊固定薄膜寬度一邊進行加熱之後加熱處理為較佳。
藉由在進行橫向拉伸後進行熱處理,能夠容易製造熔融峰面積在上述範圍內之薄膜之詳細機理尚不明確,但是本發明人推測如下。亦即,製膜之薄膜中的液晶聚合物的縱向的取向結構被橫向拉伸破壞,從而結晶度降低,並且在薄膜中形成複數晶種。藉由對該種薄膜進行後加熱處理,進行晶種的結晶化,製造與橫向拉伸前相比具有更高的結晶度之薄膜。
在後加熱處理中,藉由用夾子把持薄膜的寬度方向的兩端部等固定方法,一邊固定薄膜寬度一邊進行熱處理。後加熱處理後的薄膜寬度相對於後加熱處理前的薄膜寬度係85~105%為較佳,95~102%為更佳。
以Tm(℃)作為液晶聚合物的熔點,後加熱處理中的加熱溫度係{Tm-200}℃以上為較佳,{Tm-100}℃以上為更佳,{Tm-50}℃以上為進一步較佳。或者,後加熱處理中的加熱溫度係240℃以上為較佳,255℃以上為更佳,270℃以上為進一步較佳。作為後加熱處理中的加熱溫度的上限,{Tm}℃以下為較佳,{Tm-2}℃以下為更佳,{Tm-5}℃以下為進一步較佳。
作為用於後加熱處理之加熱手段,可以舉出熱風乾燥機及紅外線加熱器,由於能夠在短時間內製作具有所期望的熔融峰面積之薄膜,因此紅外線加熱器為較佳。又,作為加熱手段,可以使用加壓水蒸氣、微波加熱及熱介質循環加熱方式。
後加熱處理的處理時間能夠依據液晶聚合物的種類、目標熔融峰面積、加熱手段及加熱溫度來適當地調整,當使用紅外線加熱器時,1~120秒鐘為較佳,3~90秒鐘為更佳。又,當使用熱風乾燥機時,0.5~30分鐘為較佳,1~10分鐘為更佳。
又,就能夠製造上述比率AT/AM較小且結構各向異性小的薄膜之觀點考慮,基於後加熱處理之薄膜的膜面溫度係300℃以上且小於360℃為較佳,330℃以上且小於350℃為更佳。
(表面處理)
薄膜能夠藉由進行表面處理來提高與使用於覆銅積層板之銅箔或鍍銅層之間的黏著。例如,能夠使用輝光放電處理、紫外線照射處理、電暈處理、火焰處理及酸或鹼處理。此處提及之輝光放電處理可以係在10
-3~20Torr的低壓氣體下產生之低溫電漿,在大氣壓下的電漿處理亦較佳。
電漿激發性氣體係指在上述條件下被電漿激發之氣體,可以舉出氬、氦、氖、氪、氙、氮、二氧化碳、四氟甲烷等氟利昂類及該等混合物等。為了與銅箔或鍍銅層的接著而設置底塗層為較佳。該層可以在進行上述表面處理後塗設,亦可以不進行表面處理的情況下塗設。該等表面處理、底塗步驟能夠在製膜步驟的最後併入,亦能夠單獨實施,亦能夠在銅箔或鍍銅層賦予步驟中實施。
(熟化)
為了改善被捲取之薄膜的機械特性、熱尺寸穩定性或捲取形狀等,以液晶聚合物的Tg以下的溫度對薄膜進行熟化處理亦係有用。
(保管條件)
為了防止被捲取之薄膜產生由殘留應變鬆弛引起之皺紋及凹凸,在液晶聚合物的Tg以下的溫度環境下保管薄膜為較佳。又,溫度變化小為較佳,每小時的溫度變化係30℃以下為較佳,20℃以下為更佳,10℃以下為進一步較佳。同樣地,為了防止薄膜的吸濕率變化及結露,濕度係10~90%RH為較佳,20~80%RH為更佳,30~70%RH為進一步較佳,每1小時的濕度變動係30%RH以下為較佳,20%RH以下為更佳,10%RH以下為進一步較佳。在需要有溫度和濕度變化之場所進行保管之情況下,使用包裝材料中具有防濕性或隔熱性者亦有效。
在上述中,薄膜設為單層,但亦可以具有複數個層積層之積層結構。
薄膜在經過製膜步驟之後,還可以通過用加熱輥將薄膜進行按壓之步驟和/或進行拉伸步驟,進一步提高薄膜的光滑性。
[液晶聚合物薄膜的用途]
作為液晶聚合物薄膜的用途,例如可以舉出薄膜基材、與金屬箔貼合而成之積層體(柔性積層板)、柔性印刷配線板(FPC)及積層電路基板等形態。作為用於金屬箔之材質,例如,可以舉出銅、金、銀、鎳、鋁及包含該等任意金屬之合金等用於電連接之金屬。
其中,上述液晶聚合物薄膜用於具有液晶聚合物薄膜之高速通訊用基板為較佳。
[實施例]
以下,對本發明的實施例及比較例進行說明。
藉由以下所示之製造方法製作實施例1~7及比較例1的液晶聚合物薄膜,並進行了後述評價。首先,對各實施例及比較例的液晶聚合物薄膜的製造方法進行說明。
[材料]
以下示出用於製作薄膜之材料。
〔液晶聚合物〕
·LCP1:依據日本特開2019-116586號公報的實施例1合成之聚合物。熔點320℃。相當於熱致液晶聚合物。
·LCP2:POLYPLASTICS CO.,LTD.製Laperos C-950、熔點320℃、相當於熱致液晶聚合物。
·LCP3:POLYPLASTICS CO.,LTD.製Laperos A-950、熔點280℃、相當於熱致液晶聚合物。
LCP1由源自6-羥基-2-萘甲酸之重複單元、源自4,4’-二羥基聯苯之重複單元、源自對苯二甲酸之重複單元及源自2,6-萘二羧酸之重複單元構成。
LCP2及LCP3均為由下述化學式表示之聚合物。其中,構成兩種聚合物之各重複單元的含有比率不同。
〔聚烯烴〕
·Japan polyethylene Corporation製Novatec LD(低密度聚乙烯)
〔相容成分〕
·乙烯/甲基丙烯酸環氧丙酯共聚物
〔熱穩定劑〕
·ADEKA公司製“AO-80”(半受阻酚系穩定劑)
[製造]
藉由以下所示之方法製造了液晶聚合物薄膜。
〔供給步驟〕
將後段所示之表中所記載之成分(液晶聚合物、聚烯烴、相容成分及熱穩定劑)以如表所示之配合進行混合,使用擠出機混煉造粒。將混煉造粒而獲得之顆粒在80℃下使用露點溫度-45℃的除濕熱風乾燥機乾燥12小時,將水分含量設為200ppm以下。
將以該種方式乾燥之顆粒亦稱為原料A。
〔製膜步驟〕
將原料A從螺桿直徑50mm的雙軸擠出機的同一供給口供給到氣缸內,進行加熱混煉,將熔融狀態的原料A從模具寬度750mm的模具吐出到以薄膜狀旋轉之鑄輥上並進行冷卻固化,根據需要進行拉伸,從而獲得了厚度150μm的薄膜。
另外,加熱混煉的溫度、吐出原料A時的吐出速度、模唇的間隙及鑄輥的圓周速度分別在以下範圍內進行了調整。
·加熱混煉的溫度:270~350℃
·間隙:0.01~5mm
·吐出速度:0.1~1000mm/sec
·鑄輥的圓周速度:0.1~100m/min
〔橫向拉伸步驟〕
將製膜步驟中製作之薄膜使用拉幅機沿TD方向拉伸。此時的拉伸倍率為3.2倍。
〔後加熱處理〕
用夾具把持實施了拉伸步驟之薄膜的寬度方向的兩端部,固定薄膜以免沿寬度方向收縮。對處於該固定狀態之薄膜,使用紅外線加熱器或熱風乾燥機進行了後加熱處理。
在使用紅外線加熱器之後加熱處理中,使用1組紅外線加熱器,在膜面溫度300℃的條件下對薄膜的兩面加熱了30秒鐘。
在使用熱風乾燥機之後加熱處理中,將用夾具固定之薄膜放入熱風乾燥機內,在膜面溫度300℃的條件下加熱180秒鐘之後,從熱風乾燥機取出了薄膜。
另外,在實施例6中,作為後加熱處理,在金屬輥上輸送之薄膜上設置紅外線加熱器,藉由5秒鐘的加熱使膜面溫度達到350℃,以維持該膜面溫度之時間成為1秒鐘以內的方式調整紅外線加熱器的輸出及位置,加熱了薄膜。使薄膜的表面和背面反轉,亦對背面實施了相同的後加熱處理。
在實施例7中,藉由5秒鐘的加熱使膜面溫度達到330℃,以維持該膜面溫度之時間成為1秒鐘以內的方式進行了加熱,除此以外,以與實施例6相同地進行。
熱處理步驟中,在進行熱處理之薄膜的附近設置膜面溫度測量用薄膜,使用在膜面溫度測量用薄膜的表面用聚醯亞胺材質的膠帶黏貼之熱電偶,測量了薄膜的膜面溫度。
下述表1中示出實施例1~7及比較例1中薄膜的製造中所使用之原料A的配方及各製造方法的特徵。
表中,“液晶聚合物”的“介電損耗正切”一欄示出在溫度23℃、濕度50%RH及頻率28GHz的條件下測量之各液晶聚合物的介電損耗正切。關於測量方法的詳細內容如上所述。
“液晶聚合物”、“聚烯烴”、“相溶成分”及“熱穩定劑”的“量[%]”一欄示出相對於薄膜的總質量之各成分的含量(質量%)。
“製造方法”的“熱處理步驟”一欄中,“IR”係指使用紅外線加熱器實施了上述熱處理步驟,“熱風”係指使用熱風乾燥機實施了上述熱處理步驟。
[表1]
配方 | 製造方法 | ||||||||
液晶聚合物 | 聚烯烴 | 相容成分 | 熱穩定劑 | 製膜步驟 | 拉伸倍率 | 熱處理步驟 | |||
種類 | 介電損耗正切 | 量[%] | 量[%] | 量[%] | 量[%] | ||||
實施例1 | LCP1 | 0.0007 | 84.5 | 12.4 | 2.5 | 0.6 | T模 | 3.2倍 | IR |
實施例2 | LCP1 | 0.0007 | 84.5 | 12.4 | 2.5 | 0.6 | T模 | 3.2倍 | 熱風 |
實施例3 | LCP2 | 0.0017 | 84.5 | 12.4 | 2.5 | 0.6 | T模 | 3.2倍 | IR |
實施例4 | LCP2 | 0.0017 | 84.5 | 12.4 | 2.5 | 0.6 | T模 | 3.2倍 | 熱風 |
實施例5 | LCP3 | 0.0020 | 84.5 | 12.4 | 2.5 | 0.6 | T模 | 3.2倍 | IR |
實施例6 | LCP1 | 0.0007 | 84.5 | 12.4 | 2.5 | 0.6 | T模 | 3.2倍 | IR |
實施例7 | LCP1 | 0.0007 | 84.5 | 12.4 | 2.5 | 0.6 | T模 | 3.2倍 | IR |
比較例1 | LCP3 | 0.0020 | 84.5 | 12.4 | 2.5 | 0.6 | T模 | 3.2倍 | 熱風 |
[測量及評價]
針對藉由上述方法獲得之各薄膜,進行了以下測量及評價。
〔熔融峰面積〕
採樣薄膜的中心部分,使用示差掃描量熱儀(Shimadzu Corporation製“DSC-60A”)測量了所獲得之樣品的熔融峰面積。具體而言,使樣品以升溫速度10℃/分鐘從25℃升溫至380℃,測量樣品的吸放熱量,作成了顯示測量之吸放熱量的變化之曲線(DSC曲線)。算出由作成之DSC曲線的吸熱峰(熔融峰)和基準線包圍而成之吸熱峰的面積,求出了樣品的熔融峰面積(單位:J/g)。另外,DSC曲線中的吸熱峰及基準線依據JIS K 7121進行了特定。
〔X射線衍射測定〕
採樣薄膜的中心部分,使用X射線衍射測量裝置(Rigaku Corporation製“R-axis”)測量了所獲得之樣品的X射線衍射強度。以樣品的面內的1個方向作為基準方向而選擇,在相對於基準方向之薄膜的旋轉角φ成為0~360°之範圍內,以5°間隔進行基於X射線衍射測量裝置之測量,求出了從所獲得之衍射峰的輪廓在2θ=16~22°的範圍內檢測出之峰值的峰強度。從所獲得之峰強度求出獲得峰強度的最大值AT及峰強度AT之旋轉角φT,此外,求出與旋轉角φT的差為90°之旋轉角φM及旋轉角φM中的峰強度AM,從相對於峰強度AM之峰強度AT算出了比率AT/AM。
〔介電損耗正切〕
將薄膜的中心部分進行採樣,使用分流筒型共振器(KANTO Electronic Application and Development Inc.製造“CR-728”)及網路分析器(Keysight N5230A),在溫度20℃、濕度65%RH的環境下,測量了頻率28GHz帶中的介電損耗正切。
〔CTE(面內方向)〕
按照JIS K 7197,並且使用熱機械分析裝置(TMA:Thermal Mechanical Analysis、Shimadzu Corporation製)測量了薄膜的面內方向的CTE(線膨脹係數)。更具體而言,從薄膜的中心部分裁切並取出寬度5mm、長度14mm的樣品。此時,製作相對於薄膜的TD方向成樣品的長邊方向之角度從0度到170度為止每10度不同之17個樣品,針對製作之各個樣品使用上述裝置測量了CTE。
從所獲得之測量結果,分別求出薄膜的面內中的CTE的最小值(CTE1)及與CTE成為最小值之第1方向正交之第2方向的CTE(CTE2),此外,求出了相對於CTE1之CTE2的比率(CTE2/CTE1)(CTE比)。
〔CTE(膜厚方向)〕
使用熱機械分析裝置(TA Instruments.製“TMA-Q400”)測量了薄膜的膜厚方向的CTE。具體而言,從薄膜的中心部分裁切寬度6mm、長度6mm的樣品,取出樣品載置於上述熱機械分析裝置的試樣載台,接著,用壓縮模式精密地測量樣品的膜厚方向的變化(膨脹或收縮),藉此測量了薄膜的膜厚方向的CTE。膜厚方向的CTE測量的溫度輪廓(升溫速度、降溫速度)與上述面內方向的CTE測量中的溫度輪廓相同。
實施例1~7中製造之薄膜的膜厚方向的CTE均在50~450ppm/℃的範圍內。
〔表面粗糙度Ra〕
依據JIS B 0601使用触針式粗糙度計測定了薄膜的表面粗糙度(最大高度)Ra。表面粗糙度Ra的測量在薄膜的中心部分的10cm×10cm的區域內隨機選擇之5個部位進行測量,求出了算術平均值。
實施例1~7中製造之薄膜的表面粗糙度Ra均在150~420μm的範圍內。
〔平均分散直徑〕
使用掃描型電子顯微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)觀察薄膜中的聚烯烴的分散相,藉由下述方法求出了平均分散直徑。
樣品的不同之部位的10個部位中,觀察與薄膜的寬度方向平行並且與薄膜面垂直的割斷面及與薄膜的寬度方向垂直並且與薄膜面垂直的割斷面,獲得了共計20片的觀察圖像。以100~100000倍的適當的倍率進行觀察,以能夠確認薄膜的總厚度的寬度中的粒子(聚烯烴所形成之分散相)的分散狀態的方式進行了拍攝。
從20片圖像中分別針對隨機選擇之200個粒子,追蹤各粒子的外周,用圖像解析裝置從該等追蹤圖像測量粒子的等效圓直徑,求出了粒徑。將從拍攝之各圖像測量之粒徑的平均值定義為分散相的平均分散直徑。
實施例1~7中製造之薄膜中所形成之聚烯烴的分散相的平均分散直徑均在0.05~5μm的範圍內。
〔介電損耗正切〕
依據以下基準評價了藉由上述測定方法測定之薄膜的介電損耗正切。
A:小於0.0010
B:0.0010以上且小於0.0015
C:0.0015以上且小於0.0018
D:0.0018以上且0.0020以下
E:大於0.0020
〔CTE〕
依據藉由上述測定方法測定之薄膜的CTE1及CTE2,並依據以下基準評價了薄膜的CTE。
A:CTE1及CTE2均為10~30ppm/℃
B:CTE1及CTE2均為0~40ppm/℃(其中,CTE1及CTE2均為10~30ppm/℃之情況除外。)
C:CTE1及CTE2中的一個為0~40ppm/℃,另一個小於0ppm/℃或大於40ppm/℃
D:CTE1及CTE2均小於0ppm/℃或大於40ppm/℃
[結果]
在下述表2中示出各薄膜的評價結果。
[表2]
測定及評價 | |||||||
熔融峰面積[J/g] | 介電損耗正切 | CTE | AT/AM | ||||
CTE1 | CTE2 | CTE比 | 評價 | ||||
實施例1 | 2.20 | A | 11 | 12 | 1.1 | A | 2.0 |
實施例2 | 1.50 | B | 13 | 18 | 1.4 | A | 2.2 |
實施例3 | 1.04 | C | 13 | 14 | 1.1 | A | 2.1 |
實施例4 | 0.64 | C | 3 | 15 | 5.9 | B | 1.9 |
實施例5 | 0.35 | D | 3 | 46 | 16.9 | C | 1.7 |
實施例6 | 1.60 | A | 20 | 22 | 1.1 | A | 1.0 |
實施例7 | 1.90 | A | 18 | 19 | 1.1 | A | 1.1 |
比較例1 | 0.17 | E | -2 | 43 | -28.6 | D | 1.7 |
由上述表所示之結果,確認到能夠依據本發明的液晶聚合物薄膜來解決本發明的課題。
就本發明的效果更優異之觀點考慮,確認到含有來自於6-羥基-2-萘甲酸之重複單元、來自於芳香族二醇化合物之重複單元、來自於對苯二甲酸之重複單元及來自於2,6-萘二羧酸之重複單元之液晶聚合物為較佳(實施例1~5的比較等)。
又,就本發明的效果更優異之觀點考慮,確認到熔點Tm為285℃以上之液晶聚合物為較佳(實施例1~5的比較等)。
此外,就本發明的效果更優異之觀點考慮,確認到使用紅外線加熱器進行薄膜的熱處理步驟為較佳(實施例1~4的比較等)。
Claims (15)
- 一種液晶聚合物薄膜,其係包含液晶聚合物,藉由示差掃描熱量法測定之熔融峰的面積為0.2J/g以上。
- 如請求項1所述之液晶聚合物薄膜,其中 藉由下述方法1獲得之比率AT/AM為1.0~1.5, 方法1:使用X射線衍射裝置對液晶聚合物薄膜的表面入射X射線,並測定在2θ=16~22°的範圍內檢測之峰強度,以液晶聚合物薄膜的面內的任意1個方向為基準在0~360°的範圍內將液晶聚合物薄膜向面內方向旋轉來進行峰強度的測定,由所獲得之測定結果求出峰強度的最大值AT及峰強度成為最大值之旋轉角φ T,接著,求出與旋轉角φ T的差為90°之旋轉角φ M的峰強度AM,並計算峰強度AT與峰強度AM的比率AT/AM。
- 如請求項1或請求項2所述之液晶聚合物薄膜,其中 溫度23℃、濕度50%RH及頻率28GHz的條件下的介電損耗正切為0.002以下。
- 如請求項1或請求項2所述之液晶聚合物薄膜,其中 前述液晶聚合物的溫度23℃、濕度50%RH及頻率28GHz的條件下的介電損耗正切為0.002以下。
- 如請求項1或請求項2所述之液晶聚合物薄膜,其中 膜厚方向的線膨脹係數為50~450ppm/℃。
- 如請求項1或請求項2所述之液晶聚合物薄膜,其中 前述液晶聚合物薄膜的面內的第1方向上的第1線膨脹係數及在前述液晶聚合物薄膜的面內與前述第1方向正交之第2方向上的第2線膨脹係數均為10~30ppm/℃,前述第1線膨脹係數係前述液晶聚合物薄膜的面內的線膨脹係數的最小值。
- 如請求項6所述之液晶聚合物薄膜,其中 前述第2線膨脹係數與前述第1線膨脹係數的比率為1.0~1.5。
- 如請求項1或請求項2所述之液晶聚合物薄膜,其中 表面粗糙度Ra小於430nm。
- 如請求項1或請求項2所述之液晶聚合物薄膜,其中 前述液晶聚合物的熔點Tm為285℃以上。
- 如請求項1或請求項2所述之液晶聚合物薄膜,其中 前述液晶聚合物具有選自包括來自於對羥基苯甲酸之重複單元及來自於6-羥基-2-萘甲酸之重複單元之群組中的至少一個。
- 如請求項1或請求項2所述之液晶聚合物薄膜,其中 前述液晶聚合物具有選自包括來自於6-羥基-2-萘甲酸之重複單元、來自於芳香族二醇化合物之重複單元、來自於對苯二甲酸之重複單元及來自於2,6-萘二甲酸之重複單元之群組中的至少一個。
- 如請求項1或請求項2所述之液晶聚合物薄膜,其係還包含聚烯烴。
- 如請求項12所述之液晶聚合物薄膜,其中 前述聚烯烴的含量相對於前述液晶聚合物薄膜的總質量為0.1~40質量%。
- 如請求項12所述之液晶聚合物薄膜,其中 在前述液晶聚合物薄膜中,前述聚烯烴形成分散相,前述分散相的平均分散直徑為0.01~10μm。
- 一種高速通訊用基板,其係具有請求項1至請求項14之任一項所述之液晶聚合物薄膜。
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