專利名稱：一種電容器用超薄型聚酯薄膜及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙向拉伸聚酯薄膜及其生產(chǎn)方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。具體地說，涉及一種超薄型的用作微型電容器用基材的聚酯薄膜及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
雙向拉伸聚酯薄膜，由于其優(yōu)良的物理機(jī)械性能、電器絕緣性能、阻隔性能、耐熱性能、光學(xué)性能以及尺寸穩(wěn)定性等，聚酯薄膜已經(jīng)成為聚酯的第二個主要應(yīng)用途徑，廣泛應(yīng)用于磁帶、包裝、感光、電器絕緣、印刷、繪圖、標(biāo)簽等等領(lǐng)域。隨著聚酯薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，普通聚酯薄膜的某些性能引進(jìn)不能滿足在某些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用，市場急需具有某些特殊功能的功能性聚酯薄膜，如亞光型聚酯薄膜、抗靜電聚酯薄膜、熱收縮聚酯薄膜、超薄型電容器用薄膜、超薄型熱轉(zhuǎn)移(Thermal Transfer Ribbon，簡稱TTR)薄膜等等。隨著電子、電器等行業(yè)的高速發(fā)展，對于其中必不可少的電氣元件——電容器來說，要求氣不斷向微型化、高電容、高穩(wěn)定性發(fā)展。這樣也勢必要求用作微型電容器絕緣基材的的聚酯薄膜，具有相對于一般聚酯薄膜特殊的性能要求厚度超薄而且均勻、優(yōu)良的介電性能、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。目前國際上，常規(guī)的超薄型電容膜加工方法，一般都采用各自專用的原料，采用專用生產(chǎn)線以及特殊的拉伸方式制成。其中專用原料，一般采用二氧化硅(SiO2)和碳酸鈣(CaCO3)作為無機(jī)添加劑，以提高薄膜在加工過程的靜電吸附性能以及薄膜表面摩擦系數(shù)。由于CaCO3呈弱堿性，容易和乙二醇反應(yīng)從而團(tuán)聚，因此只能采用對苯二甲酸二甲酯 (Dimethyl terephthalate method)酯交換-縮聚法(簡稱DMT法)方法制備，但由于DMT法存在生產(chǎn)流程長、設(shè)備多、投資大，且在生產(chǎn)過程中有有毒物質(zhì)甲醇參與污染較多等缺點， 目前已經(jīng)逐步淘汰。此外，SiO2和CaCO3的均勻分散也是一大難點。普通的聚酯薄膜的制備中，目前大都采用單點拉伸的方法。其中縱拉的最高溫度一般不超過100°c，拉伸倍率在3. 5-4. 0之間，且最常用在3. 8以下；橫拉的拉伸倍率在 3. 8-4. 3之間，最常用在4. 0-4. 2之間，而橫向拉伸的松弛率在7%左右。這些工藝相對而言，成膜穩(wěn)定性好，同時由于鑄片速度快(一般80m/min以上)，生產(chǎn)線速度快、產(chǎn)能大。而超薄型電容聚酯薄膜的制備，困難在于一是由于鑄片速度上不去引起生產(chǎn)線速度偏低，二是厚度公差很難達(dá)到4%以內(nèi)，薄膜的熱性能不佳，以及薄膜電弱點的控制等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所本發(fā)明旨在通過在制備聚酯原料過程添加劑種類的選擇、添加劑的分散方法調(diào)整、原料配方和制備工藝的調(diào)整，克服上述超薄型電容膜生產(chǎn)缺點，以提供一種具有厚度均勻、介電性能優(yōu)良、熱穩(wěn)定性優(yōu)異等特點的超薄型電容用聚酯薄膜，以及相應(yīng)的制備方法。本發(fā)明通過兩個步驟實現(xiàn)，第一步專用聚酯母切片的制備，第二部超薄型電容器用酯薄膜的制備。
本發(fā)明選用了納米級球形SiA作為首選添加劑。一般的聚對苯二甲酸乙二醇酯 (polyethylene terephthalate,簡稱PET)薄膜中加入SiO2添加劑作為開口劑，SiO2粉體的粒徑控制在2-4 μ m,且目前通用為4. 2um。而超薄膜本身薄膜厚度就在4. Oum左右，4um 的S^2容易在顆粒邊緣形成微小孔洞，從而影響薄膜的成膜性以及最終薄膜的電性能。本發(fā)明采用的納米級材料因具有比表面積大、表層原子數(shù)多、表面活性高等特點，填充到聚合物后與聚合物的界面粘結(jié)強(qiáng)度就高，減小了添加劑從薄膜表面剝落的可能性。而且球形添加劑可以提高薄膜的加工性能，使薄膜具有良好的收卷性能和分切性能，也避免了粒徑過大引起的成膜穩(wěn)定性、電性能變差影響。此外，為了降低聚酯切片的熔融比電阻，本發(fā)明在切片加工過程中還少量添加了一種醋酸金屬化合物——醋酸鎂，以提高在薄膜制備過程中的靜電吸附能力，添加量控制在250480PPM。醋酸鎂呈中性，避免了 CaCO3弱堿性的缺點， 可以直接采用精對苯二甲酸(Purified terephthalic acid)直接酯化-縮聚法(簡稱PTA 法)制備。PTA法制備聚酯切片，由于其副產(chǎn)物為水，環(huán)境污染小，國內(nèi)大部分的聚酯生產(chǎn)設(shè)備都可以滿足本發(fā)明需求原料的制備。由于SiO2在乙二醇(ethylene glycol，簡稱EG)中非常容易凝聚，因此需要進(jìn)行表面處理，同時還要考慮如何均勻把添加劑分散到聚酯中。常用的加工方法有雙輥開煉、螺桿擠出、熔融混合、溶液混合等。但無機(jī)納米顆粒由于具有極高的表面極性，有很強(qiáng)的團(tuán)聚趨勢，在聚合物加工過程中遇熱、力等作用，易破壞其原來的分散平衡狀態(tài)，往往得到大尺度的團(tuán)聚的添加劑，從而喪失納米顆粒的特有功效。本發(fā)明為了使添加劑能夠均勻分散到聚合物中，采用預(yù)先配置S^2的EG漿料，在酯化后把漿料直接加入反應(yīng)釜的原位聚合法制備切片，其中SiA的EG漿料過程采用高速攪拌并輔以超聲波分散法，從而獲得了最終在聚酯切片中SW2平均粒徑為lum，含量在4000-4500PPM的滿意效果。本發(fā)明的超薄型電容聚酯薄膜在制備中，采用了專用的超薄型聚酯薄膜生產(chǎn)線， 采用了特殊的制備工藝，從而獲得了性能優(yōu)良的產(chǎn)品。眾所周知，雙向拉伸聚酯薄膜一般的制備方法都包含以下幾個工序原料干燥、熔融擠出、鑄片成型、縱向拉伸、橫向拉伸、切邊等后處理、收卷等。就本發(fā)明而言，制備工序相同，但在其中幾個重要環(huán)節(jié)中采用了特別的成膜工藝。首先是在鑄片工序，由于薄膜厚度很薄，而且為了保證絕緣性能，造成本發(fā)明產(chǎn)品在鑄片過程的靜電吸附性能比較差。在本發(fā)明中，一方面采取在原料制備過程中添加醋酸金屬氧化物以降低聚酯的熔融比電阻，另一方面在常規(guī)的靜電吸附裝置基礎(chǔ)之上，增加一組邊緣氣嘴對鑄片邊緣進(jìn)行吹風(fēng)處理，強(qiáng)化對膜片邊緣的吸附作用，以提高膜片在鑄片輥上的帖附效果。這樣最終，控制鑄片速度在50m/min上下。其次在縱向拉伸上，本發(fā)明采用三點拉伸方式，在提高生產(chǎn)速度的情況下保證薄膜的拉伸強(qiáng)度。對于PET薄膜來說，拉伸倍率越大，薄膜強(qiáng)度越高、但熱收縮也大；拉伸溫度越高，則薄膜的強(qiáng)度低、熱收縮也低。本發(fā)明確定了縱向拉伸工藝為拉伸倍率在4. 4-4. 7， 拉伸區(qū)域溫度在100-115°C，同時輔助以紅外燈瞬時加熱，以提高膜片的溫度。同時為了避免膜片在高溫時與輥面粘連，提高薄膜厚度的均勻性和生產(chǎn)的穩(wěn)定性，本發(fā)明專門對縱向 (MDO)拉伸設(shè)備進(jìn)行了改造，在預(yù)熱段采用特氟隆材質(zhì)輥筒、拉伸段采用硅橡膠輥筒和陶瓷輥、冷卻段采用鍍鉻輥，同時對陶瓷輥表面也進(jìn)行提高粗糙度的處理，以確保設(shè)備滿足生產(chǎn)的工藝要求。上述改造既能確保膜片在縱拉設(shè)備(MDO)上有較高的溫度、又可防止膜片粘棍。在橫向工序上，控制重點有兩個。一是合理的工藝以保證成膜穩(wěn)定性，另一個是良好的熱定型工藝以保證薄膜良好的熱穩(wěn)定性能。眾所周知，PET雙向拉伸薄膜，厚度越小則成膜穩(wěn)定性越差；橫向拉伸倍率過大，成膜不穩(wěn)定，拉伸倍率過小，則容易造成薄膜因拉伸不充分引起厚度公差不良。此外，如果薄膜在橫拉箱體內(nèi)出現(xiàn)較大抖動，也容易破膜。本發(fā)明中，為了很好的控制成膜穩(wěn)定性和薄膜厚度公差，工藝控制為拉伸溫度在110-120°C之間分7個區(qū)域逐步遞升，拉伸倍率3. 5-3. 7，同時降低拉伸段風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以降低風(fēng)速，從而減小薄膜抖動，以減小對薄膜成膜穩(wěn)定性的影響。橫拉熱定型的作用是使薄膜的分子鏈取向轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶取向，從而消除內(nèi)應(yīng)力，使薄膜獲得良好的耐熱性能。一般而言，經(jīng)過熱定型之后，薄膜的結(jié)晶度可達(dá)45%-55%，從而降低薄膜的熱收縮率，保證薄膜的尺寸穩(wěn)定性。但是如果熱定型溫度過高，一方面會降低薄膜的拉伸強(qiáng)度，另一方面也容易因薄膜結(jié)晶度過高而使薄膜變脆，引起定型破膜；熱定型溫度過低則達(dá)不到熱定型的要求，使薄膜熱穩(wěn)定性能不良。而超薄膜由于薄膜厚度偏低， 它的熱定型速度比常規(guī)的PET薄膜要快很多，如果以常規(guī)的熱定型工藝生產(chǎn)，反而會造成薄膜再熱定型之后的松弛困難，最終產(chǎn)品的橫向熱收縮偏高。本發(fā)明采用的熱定型溫度在 225-230°C，松弛穩(wěn)定度150°C _180°C，保證薄膜的尺寸穩(wěn)定性，同時熱定型距離從15m縮短到12m，最終獲得了具有熱穩(wěn)定性優(yōu)異的超薄型電容聚酯薄膜。根據(jù)以上所述，本發(fā)明提供一種電容器用超薄型聚酯薄膜專用原料，該原料以納米級球形SW2作為首選添加劑，添加量在4000-4500PPM，并添加250480ΡΡΜ的醋酸鎂，用采用直接分散法原位聚合同時輔以超聲波分散法使上述添加劑在聚酯切片中分散均勻。利用專用的超薄膜生產(chǎn)線并加以部分改造，采用特殊的生產(chǎn)工藝，特別是在縱向拉伸和橫向拉伸工藝上和常規(guī)雙向拉伸薄膜有極大的不同。在縱拉工藝上，采用拉伸倍率在4. 4-4. 7， 拉伸區(qū)域溫度在100-115°C ；橫拉工藝上采用較低的拉伸風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，拉伸溫度在110-120°C 之間，拉伸倍率3. 5-3. 7，熱定型溫度225— 30°C，松弛穩(wěn)定度150°C _180°C，同時熱定型距離從15m縮短到12m，從而獲得了具有如下厚度超薄而且均勻，介電性能優(yōu)良，熱穩(wěn)定性優(yōu)異的超薄型電容聚酯薄膜。
權(quán)利要求
1.一種電容器用超薄型聚酯薄膜，其特征在于，所述超薄型聚酯薄膜切片中含有添加量為4000-4500PPM的納米級球形SW2和添加量為250480PPM的醋酸金屬化合物，其中所述的納米級球形S^2平均粒徑為lum。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄型聚酯薄膜，其特征在于，所述的醋酸金屬化合物為醋酸鎂。
3.一種制備電容器用超薄型聚酯薄膜的方法，其步驟包括聚酯切片制備和聚酯薄膜制備，其特征在于，所述超薄型聚酯薄膜在切片制備中先將4000-4500PPM的納米級球形 SiO2與添加量為250480ΡΡΜ的醋酸金屬化合物一起通過高速離心攪拌，并輔助以超聲波， 均勻分散在乙二醇中形成漿料，然后在聚合釜上進(jìn)行酯化、縮聚、鑄帶、切粒，原位聚合制備成PET切片；所述聚酯薄膜制備分為先縱向拉伸、后橫向拉伸，所述縱向拉伸的拉伸倍率為4. 4-4. 7，拉伸區(qū)域溫度為100-115°C，同時輔助以紅外燈瞬時加熱；橫向拉伸的拉伸溫度在110-120°C之間，拉伸倍率為3. 5-3. 7，同時降低拉伸段風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；橫向熱定型溫度 225-230°C，松弛穩(wěn)定度150°C _180°C，熱定型距離從15m縮短到12m。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備超薄型聚酯薄膜的方法，其特征在于，所述拉伸工藝中， 采用的縱向拉伸(MDO)設(shè)備在預(yù)熱段采用特氟隆材質(zhì)輥筒，拉伸段采用硅橡膠輥筒和陶瓷輥，冷卻段采用鍍鉻輥。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備超薄型聚酯薄膜的方法，其特征在于，所述的鑄片成型工序中，鑄片的靜電絲上有一組邊緣氣嘴，鑄片速度為50m/min。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電容器用超薄型雙向拉伸聚酯薄膜，所述聚酯薄膜切片中含有添加量為4000-4500PPM的納米級球形SiO2和添加量為250-280PPM的醋酸金屬化合物，其中所述的納米級球形SiO2平均粒徑為1um，醋酸金屬化合物為醋酸鎂。本發(fā)明還提供制備上述電容器用超薄型聚酯薄膜的生產(chǎn)方法，包括一個聚酯切片制備步驟和一個雙向拉伸聚酯薄膜制備步驟。本發(fā)明的聚酯薄膜具有厚度均勻、介電性能優(yōu)良、熱穩(wěn)定性優(yōu)異等性能，可用作電容器基材。
文檔編號B29C55/14GK102558775SQ20101060197
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者張志遠(yuǎn), 張萍, 陳國剛 申請人:上海紫東薄膜材料股份有限公司