流延成型技術(shù)研究
大多數聚酰亞胺（PI）因加熱無(wú)法熔融且不溶于有機溶劑，通常采用兩步工藝來(lái)制造高質(zhì)量的PI薄膜。首先，將聚酰胺酸（PAA）溶液流延在基底上，在較低溫度下蒸發(fā)掉部分溶劑；之后升高溫度經(jīng)化學(xué)或熱亞胺化法將PAA轉化為PI。
在流延成型過(guò)程中由于PAA樹(shù)脂黏度較高、擠出壓力不穩定、計量泵脈沖波動(dòng)較大等因素，導致其橫向厚度均勻性和膜卷外觀(guān)平整性差。
對現有薄膜流延成型工藝進(jìn)行改進(jìn)，可通過(guò)在成型過(guò)程中增加正負風(fēng)壓處理、靜電處理、模頭角度調節處理等措施，來(lái)制備高性能PI薄膜。
正負壓式
設計基于風(fēng)壓的PAA樹(shù)脂溶液貼附唇壁的擠出流延工藝改進(jìn)方法，在擠出模頭后方和前方設置可以施加正壓或負壓的吹風(fēng)、吸風(fēng)裝置。PAA樹(shù)脂流延開(kāi)始時(shí)，在模頭唇口溶液流出處施加正壓或負壓，使擠出溶液貼附于擠出模頭底端的上唇壁或下唇壁，之后再下落流延到鋼帶上，以改進(jìn)PAA薄膜的厚度均勻性和表面平滑性。
實(shí)驗表明，施加風(fēng)壓為0.01～0.1MPa或-0.1～-0.02 MPa，在樹(shù)脂溶液流出模頭唇口間隙處施加正壓或負壓15～60min后，關(guān)閉吹吸風(fēng)裝置，經(jīng)唇口間隙擠出的樹(shù)脂溶液在其表面張力、自身重力和擠出離模膨脹效應的綜合作用下，仍可貼附于上唇壁或下唇壁再流延到鋼帶上，成型為PAA樹(shù)脂液膜。
正負壓作用于流出唇口間隙的樹(shù)脂溶液時(shí)，可使之貼附于模頭底端唇壁并在表面張力作用下產(chǎn)生界面效應，并且保持貼附模頭唇壁時(shí)產(chǎn)生的界面變化，確保流延到鋼帶上成型的PAA液膜表面光滑，并且厚度一致。
2. 靜電式
設計基于靜電的PAA樹(shù)脂溶液貼附唇壁的擠出流延方法，在模頭唇口間隙下開(kāi)口前方和后方設置靜電吸附裝置，其中，靜電吸附裝置為由金屬絲或金屬帶構成的平行于模頭唇口的絲狀或帶狀電極，且擠出模頭的唇模條和模頭主體之間增加絕緣隔板，模頭和唇模條接地。
PAA樹(shù)脂流延開(kāi)始時(shí)，在模頭唇口溶液流出處施加靜電場(chǎng)，使擠出溶液在靜電力作用下貼附于擠出模頭底端的上唇壁或下唇壁，之后再流延到鋼帶上，以改進(jìn)PAA薄膜的厚度均勻性和表面平滑性。流涎開(kāi)始前在擠出模頭底端和與靜電吸附裝置同側的唇壁上涂布PAA樹(shù)脂溶液，以避免電擊現象。
為了使PAA樹(shù)脂溶液同時(shí)貼附于上、下唇壁，在唇口間隙下開(kāi)口的前方和后方均設置靜電吸附裝置金屬絲或金屬帶，開(kāi)始流延時(shí)一側的靜電吸附裝置通6～15kV的直流高壓電，通電時(shí)間為15～60min，使PAA樹(shù)脂所受到的靜電吸附作用力為1～32N。
當觀(guān)察到樹(shù)脂溶液已貼附于該側唇壁，該側的靜電吸附裝置斷電，另一側的靜電吸附裝置立即通電，使樹(shù)脂溶液再貼附于另一側唇壁，此時(shí)樹(shù)脂溶液在其表面張力作用下仍在先貼附的那一側唇壁上有少量貼附，在雙側靜電吸附裝置均停止通電后，經(jīng)唇口間隙擠出的樹(shù)脂溶液在其表面張力、自身重力和擠出離模膨脹效應的綜合作用下，離開(kāi)唇口間隙后仍向兩側的上、下唇壁擴張，樹(shù)脂溶液同時(shí)貼附上、下唇壁后在唇口間隙下方匯合流延至鋼帶。
靜電作用于流出唇口間隙的樹(shù)脂溶液，使之貼附于模頭底端唇壁，樹(shù)脂溶液在與唇壁結合過(guò)程中，在表面張力作用下產(chǎn)生界面效應，并且保持貼附模頭唇壁時(shí)產(chǎn)生的界面變化，確保流延到鋼帶上成型的PAA液膜表面光滑，并且厚度均勻一致。
3. 角度調節式
設計基于模頭角度調節的PAA樹(shù)脂溶液貼附唇壁的擠出流延工藝改進(jìn)方法，在PAA樹(shù)脂溶液流延開(kāi)始時(shí)，改變模頭角度，使模頭角度遠大于或遠小于設定模頭角度，再逐步恢復到設定值。當模頭角度與設定值相差較大時(shí)，從唇口間隙擠出的樹(shù)脂溶液流到處于唇口間隙下方的唇壁上貼附，之后再下落流涎到鋼帶上，以改進(jìn)PAA薄膜的厚度均勻性和表面平滑性。
為了達到更好的貼附效果，模頭角度調節式擠出流延工藝改進(jìn)方法在流延開(kāi)始時(shí)，設置初始模頭擠出速率大于設定模頭擠出速率Q，逐步減小模頭擠出速率，直到達到設定模頭擠出速率Q。
開(kāi)始流涎時(shí)，設置模頭的初始擠出速率為1.2Q～3.5Q；在8～30min內分3～5次逐漸減小模頭擠出速率，直至達到設定模頭擠出速率Q。每一次減少模頭擠出速率后保持該模頭擠出速率2～10min。模頭擠出速率調節完成后，模頭角度的調節也將完成。同時(shí)，該成型方法在流延開(kāi)始時(shí)選擇初始唇口間隙小于設定唇口間隙δ，逐步增大唇口間隙，直至達到設定唇口間隙δ。
開(kāi)始流涎時(shí)，設置初始唇口間隙為0.10δ～0.125δ，在8～30min 內分3～5次逐步增大唇口間隙，直至達到設定唇口間隙δ。每一次增大唇口間隙后，保持該唇口間隙2～10min。模頭唇口間隙的調節與模頭擠出速率的調節同步進(jìn)行。
基于模頭角度的改變，再加上擠出速率、唇口間隙的調節作用，流出唇口間隙的樹(shù)脂溶液貼附于模頭底端唇壁，樹(shù)脂溶液在與唇壁結合過(guò)程中，在表面張力作用下產(chǎn)生界面效應，并且保持貼附模頭唇壁時(shí)產(chǎn)生的界面變化，確保流涎到鋼帶上成型的PAA液膜表面光滑。同時(shí)，經(jīng)過(guò)貼附唇壁的樹(shù)脂液膜內應力減小，液膜表面薄弱界面層的均一性提高，可以消除黏度較高的樹(shù)脂流延成型制備的薄膜表面縱向條紋缺陷。
采用正負壓式、靜電式、模頭角度調節式3種流延工藝改進(jìn)方法改進(jìn)后的流延工藝與現有常規PAA樹(shù)脂流延工藝經(jīng)相同的雙向拉伸成型工藝制得相同厚度的PI薄膜。PAA樹(shù)脂液膜的表面經(jīng)過(guò)有效的唇壁貼附處理后在界面效應的影響下其質(zhì)量得到了優(yōu)化。
上下表面質(zhì)量研究
用兩步法制備的PI薄膜往往呈現出兩個(gè)不同的表面，其中一側是面向基板，稱(chēng)為流延面；另一側是面向空氣，稱(chēng)為空氣面。復雜的工序會(huì )導致薄膜的兩面的性質(zhì)不同，包括表面形態(tài)、粗糙度、亞胺化程度等，這可能會(huì )影響薄膜的實(shí)際應用。
(air side of 2-mm films from Manufacturer A, B, C, D)
(cast side of 2-mm films from Manufacturer A, B, C, D.)
研究人員選取四家薄膜制造商生產(chǎn)的八種類(lèi)型PI薄膜（厚度分別為1mm和2mm），采用原子力顯微鏡（AFM）在納米尺度上分析了不同薄膜的表面形貌、粗糙度、模量和粘附力，利用紅外光譜儀考察了薄膜的相對亞胺化程度，對比分析了PI薄膜兩面之間以及不同制造商薄膜之間的差異。
air side of 1-mm films from Manufacturer A, B, C, D.）
(cast side of 1-mm films from Manufacturer A, B, C, D.)
統計數據的t-test分析結果表明，同一PI薄膜的兩面在粗糙度、DMT模量和相對亞胺化程度方面均存在顯著(zhù)差異（p<0.05）。所有樣品的空氣面明顯更為光滑，其粗糙度始終小于流延面的粗糙度；對于2mm厚度薄膜，空氣面具有較高的亞胺化程度。
(Relative imidization degree (A1370/A1496))
研究發(fā)現，相對亞胺化度與DMT模量（r=0.7330）、附著(zhù)力（r=0.6689）呈正相關(guān)，而薄膜的納米結構和納米力學(xué)性能會(huì )影響其表面質(zhì)量。
采用方差分析比較了不同制造商所提供PI薄膜的差異。制造商B的薄膜具有最高DMT模量和亞胺化度，以及最光滑的表面。制造商D的2mm厚度薄膜，在其流延面發(fā)現了條紋狀形貌及黏連，這損害了薄膜在垂直于條帶方向上的強度。
結果表明，不同制造商的PI薄膜在表面形貌和納米力學(xué)性能上可能有很大差異，同一薄膜的流延面和空氣面會(huì )表現出不同的形態(tài)特征。采用AFM在納米尺度上研究薄膜的形貌和力學(xué)性能，有助于表征薄膜質(zhì)量并選擇出表面質(zhì)量更高的薄膜。
文章出處：【中國塑協(xié)流延薄膜專(zhuān)委會(huì )】公眾號，轉載至【國際薄膜與膠帶展】公眾號，本文章版權歸原作者及原出處所有，內容為作者個(gè)人觀(guān)點(diǎn)， 并不代表本網(wǎng)站贊同其觀(guān)點(diǎn)和對其真實(shí)性負責。如涉及侵權或對版權有所疑問(wèn)，請郵件聯(lián)系bangguhuaxue@126.com。我們會(huì )盡快處理，感謝。
