李永荃，汪中祥

（安徽國風(fēng)塑業(yè)股份有限公司，安徽合肥230088）

電子信息技術(shù)是當(dāng)今世界經(jīng)濟社會發(fā)展的重要驅(qū)動力，電子信息產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性支柱產(chǎn)業(yè)，對于促進社會就業(yè)，拉動經(jīng)濟增長，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變發(fā)展方式和維護國家安全具有十分重要的作用。隨著電子信息集成度越來越高，新型電子元器件材料逐漸向小型化方向發(fā)展，其重要配套材料——電子信息薄膜也必然向著高品質(zhì)、超薄化方向發(fā)展，對薄膜厚度減薄和電氣性能等各項指標均提出了更高的要求。目前，國內(nèi)市場上高性能的電子信息薄膜主要依賴進口，特別是低于4.5 μm 的超薄型電子信息薄膜。本文針對我國超薄電子信息薄膜存在的共性技術(shù)難題，對超薄電子信息用聚酯薄膜的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)進行了研究，成功研發(fā)出高性能超薄電子信息用雙向拉伸聚酯薄膜。

1 提高薄膜電性能研究

1.1 連續(xù)固態(tài)縮聚流化床技術(shù)提高薄膜介電強度等電性能

聚酯切片容易吸潮，在進入單螺桿擠出機擠出成型以前需要進行結(jié)晶干燥，以去除切片中所含的水分。同時，利用連續(xù)固態(tài)縮聚流化床技術(shù)，切片進入流化床第一段后，在160℃下進行預(yù)結(jié)晶和等溫干燥，切片結(jié)晶度提高至35%；隨后切片進入第二段，在流態(tài)熱空氣下進一步干燥，并除去粉塵；然后切片進入第三段，在150℃下開始連續(xù)進行固態(tài)縮聚反應(yīng)，聚酯分子量增加，結(jié)晶度超過95%，固態(tài)縮聚反應(yīng)時間20～30 min，切片流出流化床，進入干燥塔。

連續(xù)固態(tài)縮聚流化床技術(shù)可降低聚酯切片中的水分、雜質(zhì)、游離的二甘醇和端羥基的含量，進一步提高聚酯的分子量，降低聚酯切片中的端羥基（-COOH）和游離二甘醇（DEG）含量，從而提高薄膜的機械強度、耐候性和耐穿刺性，同時提高薄膜的介電強度、體積電阻率及表面電阻率等電氣性能。

1.2 降低薄膜電弱點數(shù)

電弱點是薄膜的絕緣缺陷，通常指薄膜在連續(xù)運行時施加一定的電壓，其單位面積被擊穿的點數(shù)。電弱點數(shù)的多少決定了電容器的耐電強度。降低電弱點數(shù)有利于減少電容器擊穿，提高電容器自愈性。由于成膜性及厚度均勻性難以控制，目前3 μm 及以下的超薄聚酯薄膜的生產(chǎn)通常采用單層結(jié)構(gòu)來提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性。但是，為了提高薄膜的表面粗糙度，防止薄膜卷取纏繞時粘連，通常需要在薄膜中添加40%以上的添加劑。如果采用ABA 三層結(jié)構(gòu)，只需在表層添加70%母料（約占總量的16%）即可達到上述效果。與三層結(jié)構(gòu)相比，單層結(jié)構(gòu)的缺陷在于：單層結(jié)構(gòu)加入添加劑后整個薄膜中都含有添加劑，添加劑不僅添加量大，成本高，更重要的是其不能完全分散開，聚集在薄膜中易形成微小貫穿通道的缺陷，在薄膜的微觀區(qū)域容易被電氣擊穿，因此，三層結(jié)構(gòu)薄膜的電氣性能優(yōu)于單層結(jié)構(gòu)薄膜，薄膜電弱點數(shù)少于單層薄膜。同時，由于添加劑的聚集、薄膜機械損傷、原料中的雜質(zhì)、薄膜表面的灰塵均可造成薄膜電弱點數(shù)增加。采取以下措施，可以控制薄膜電弱點數(shù)：①采用連續(xù)固態(tài)縮聚流化床技術(shù)，可大大降低原料中粉塵、水分、端羧基、二甘醇等雜質(zhì)含量；②ABA 或ABC三層結(jié)構(gòu)的A、C層輔擠采用雙螺桿擠出機，利用雙螺桿擠出機的抽真空處理，降低熔體中的水分、可揮發(fā)小分子物質(zhì)；③高精度在線混料系統(tǒng)，高精度失重母料配料技術(shù)確保了添加劑高度分散，避免添加劑的聚集；④生產(chǎn)車間采取無塵潔凈處理，車間凈化等級達10 萬級以上。

2 高性能超薄電子信息用雙向拉伸聚酯薄膜關(guān)鍵生產(chǎn)工藝

本文所指的超薄聚酯薄膜采取雙向拉伸工藝，主要生產(chǎn)步驟如下：

原料→預(yù)處理→共擠出→鑄片→縱向拉伸→橫向拉伸→定型→測厚→牽引收卷→分切→成品。

2.1 超薄生產(chǎn)技術(shù)

2.1.1 擠出機螺桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化

因超薄薄膜擠出量小，熔體壓力波動易造成擠出量波動，因此傳統(tǒng)擠出機螺桿設(shè)計不適合超薄膜生產(chǎn)。通過系統(tǒng)分析，對于5.8 m 寬年產(chǎn)4 000 t產(chǎn)量的生產(chǎn)線來說，采用直徑150 mm、長徑比為33 的屏蔽式螺桿，并對擠出機螺桿進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使得原料塑化充分，提高熔體擠出流動的均勻性，實現(xiàn)超薄薄膜生產(chǎn)過程中穩(wěn)定成膜并厚度均勻。為達到穩(wěn)定生產(chǎn)的目的，對螺桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化具體措施如下：①降低送料段螺桿長度及螺槽深度。長度由134 cm 降低至119 cm，螺槽深度由2 cm 減少至1.7 cm，減少了螺桿每轉(zhuǎn)的擠出量，由17.2 kg/rpm 減小至13.7 kg/rpm，提高有效擠出量的控制精度；②增加熔融段長度。長度由239 cm 增至254 cm，提高了原料塑化時間，原料塑化更加充分；③熔融段螺槽由寬度漸變式改為深度漸變式，即固液相流道的螺槽寬度不變，深度漸變。其中固相螺槽寬度為10 cm，液相螺槽寬度為5 cm，固相螺槽深度由2 cm 漸變至1.5 mm，液相螺槽深度由1 mm 漸變至1.9 cm。此種設(shè)計與熔融段寬度漸變式螺桿相比，由于螺槽寬度不變，原料與料筒的剪切面積保持不變，且原料受熱更加均勻，塑化效果良好；④增加計量段混料區(qū)長度，降低螺槽深度，減少導(dǎo)流槽數(shù)量。混料區(qū)長度由30 cm 增加至48.5 cm，深度由0.8 cm 降低至0.7 cm，導(dǎo)流槽數(shù)量由6 個減少至4 個。此種設(shè)計使得熔體混合更加均勻，壓力有效增大且更加穩(wěn)定。

2.1.2 模頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

通過對其他超薄電子信息薄膜生產(chǎn)廠家所使用模頭進行深入了解，并結(jié)合模頭對厚度控制的機理進行綜合分析，最終確定的模頭類型與傳統(tǒng)模頭相比，在設(shè)計上有兩大突出點：①模頭螺栓控制精度高。目前國內(nèi)生產(chǎn)聚酯電子薄膜使用的模頭螺栓間距最小為20 mm，但對于超薄型聚酯電子薄膜尤其是3 μm 以下的薄膜，螺栓間距過大，會出現(xiàn)一個螺栓控制范圍內(nèi)厚度既有高點又有低點的情況，難以調(diào)節(jié)，厚度均勻性差。綜合考慮各方面因素，將螺栓間距減小至15 mm。螺栓間距減小，每個螺栓控制的薄膜寬度也會減小，控制精度更高，厚度控制更加均勻；②模頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化。由于擠出量小，生產(chǎn)超薄膜用的模頭內(nèi)部流道、腔體及模唇結(jié)構(gòu)設(shè)計與傳統(tǒng)模頭設(shè)計相比，尺寸均有所減小，可使熔體在模頭內(nèi)流動更加穩(wěn)定。同時，由于模頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸相對減小，進入模頭熔體管道之前的壓力P5 和流道入口處的壓力會有效增大。即使在最小擠出量情況下，P5 壓力也可達到30 bar 以上（圖1），流道入口壓力可達到20 bar以上。根據(jù)流體動力學(xué)原理，在壓力過小情況下，熔體會更多地從模唇兩側(cè)流出，而中間流出較少（圖2）。經(jīng)過試驗論證，當(dāng)流道入口壓力在20 bar 以上時，熔體會從模唇口均勻流出（圖3），更加有利于超薄型聚酯信息膜的厚度控制。

圖1 熔體管道至模唇出口壓力示意圖

圖2 唇口熔體流動不均勻

圖3 唇口熔體流動均勻

2.2 橫拉工段潔凈度關(guān)鍵工藝控制

薄膜由縱拉進入橫拉定型區(qū)，由于溫度較高（一般在230℃以上），分子鏈發(fā)生斷裂，小分子物質(zhì)發(fā)生升華隨薄膜進入冷卻區(qū)，在冷卻區(qū)聚集形成低聚物，掉落到膜面會嚴重影響薄膜的電性能。因此，在電子信息聚酯薄膜的生產(chǎn)中，清除橫拉內(nèi)部低聚物非常關(guān)鍵。實驗證明，在沒有催化劑的情況下，使用直接高溫燃燒裝置，在 700℃～800℃的高溫下，經(jīng)過數(shù)秒鐘的停留時間,才能使揮發(fā)性低聚物完全分解為無害無臭味的二氧化碳和水蒸氣。我公司通過大量的實驗研究了解到，低聚物在有催化劑和200℃～400℃溫度下就能使其發(fā)生反應(yīng)而分解生成無害無臭味的二氧化碳和水蒸氣，通過外部排風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)將生成的二氧化碳和水蒸氣排出，保持橫拉箱內(nèi)的清潔。

通過與多家催化劑分解裝置生產(chǎn)廠家進行技術(shù)交流，經(jīng)過全方面對比各種催化劑分解裝置的優(yōu)缺點，我們選擇在橫拉定型區(qū)風(fēng)循環(huán)過濾器前安裝蜂窩形催化劑裝置，其裝置具有接觸面積大、催化劑使用壽命長、反應(yīng)溫度低等優(yōu)點。

2.3 新型分切雙壓輥卷繞式收卷技術(shù)研究

超薄電子信息膜因為厚度太薄，高速分切收卷時，薄膜會抖動發(fā)飄，易卷入過多的空氣，導(dǎo)致收卷時會產(chǎn)生折皺，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

為減少薄膜收卷過程中產(chǎn)生的折皺，研究表明，采取雙切雙壓輥卷繞方法可以實現(xiàn)超薄聚酯薄膜的有效收卷。分切雙壓輥結(jié)構(gòu)包括底座、支座、擺臂、夾緊臂、旋轉(zhuǎn)臂、第一壓輥和第二壓輥，如圖4所示。

分切雙壓輥卷繞方式收卷具體步驟如下：先將薄膜從分切牽引輥的下端引出，并從下端纏繞到直徑較大的第一壓輥底部，再將纏繞到第一壓輥底部的薄膜從第一壓輥上端引出，并從上端纏繞到直徑較小的第二壓輥上部，同時將纏繞到第二壓輥上部的薄膜從第二壓輥下端引出，并從下端纏繞到成品膜卷上。

圖4 分切雙壓輥的結(jié)構(gòu)示意圖

該種收卷方式增加薄膜牽引過渡至收卷之間的路徑，并縮短輥與輥之間的間隙；在結(jié)構(gòu)上增加了薄膜與過渡輥上的包角；雙壓輥當(dāng)中的小壓輥也就是與成品接觸的輥子，直徑變小后與成品的接觸面積變小了，就會大大減小空氣的卷入量，讓薄膜平整附著在壓輥上，保障收卷過程中沒有過多的空氣卷入當(dāng)中，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)論

經(jīng)過設(shè)備改造以及多次試制，確定了合理的配方結(jié)構(gòu)、工藝條件、成型參數(shù)，在5.8 m 幅寬雙向拉伸聚酯薄膜生產(chǎn)線上成功實現(xiàn)了3 μm厚電子信息用超薄雙向拉伸聚酯薄膜的批量生產(chǎn)。產(chǎn)品具有潔凈度高，表面粗糙度低，厚度均勻性好，機械性能優(yōu)異，抗拉伸能力強等優(yōu)點，電氣性能良好，電弱點數(shù)少等優(yōu)點。電子信息膜的批量生產(chǎn)一方面可以給企業(yè)帶來新的經(jīng)濟增長點，同時解決了行業(yè)的共性技術(shù)難題，對超薄聚酯行業(yè)在中國的應(yīng)用與發(fā)展將起到極大的推動作用。