聚酰胺膜及其制備方法
【專利說明】聚釀胺膜及其制備方法
[0001] 本發(fā)明涉及聚酰胺膜及其制備方法;更具體地，本發(fā)明涉及雙軸拉伸聚酰胺膜以 及在單螺桿擠出機(jī)中通過熔融擠出制備聚酰胺膜的方法。
[0002] 本發(fā)明的領(lǐng)域是聚合物膜的領(lǐng)域，更具體地是具有良好的機(jī)械和熱性質(zhì)并可用于 苛刻應(yīng)用例如柔性印刷電路(FPC)膜中的聚合物膜的領(lǐng)域。此處，膜作為圖案化排列的導(dǎo)電 電路和組件的柔性基材。柔性印刷電路(FPC)的主要組件是作為導(dǎo)電回路跡線的載體層和 薄層起作用的柔性膜，其可被柔性覆蓋層覆蓋。FPC膜可作為可靠的接線替代物用于使電子 設(shè)備(例如，筆記本電腦的鍵盤和LCD屏幕)相互連接，或者可通過焊接或?qū)щ娬澈蟿┦箤?dǎo)電 組件直接粘附在其上，以形成制成的柔韌電路板。用于在相對低的溫度下將這類組件粘附 在電路板上的表面安裝技術(shù)(SMT)和導(dǎo)電性粘合劑的發(fā)展有利于柔性基材的使用。
[0003] 對于低端FPC，使用例如聚酯膜。然而，對于更關(guān)鍵和苛刻的應(yīng)用，則使用由聚酰亞 胺(PI，例如Kapton)或聚醚醚酮(PEEK)制成的聚合物膜。此處，膜必須能夠經(jīng)受用于組件的 表面安裝的無鉛焊接中的焊接條件，這涉及約260°C的焊接溫度。這些材料的優(yōu)點(diǎn)是：由其 制成的膜具有非常好的機(jī)械性質(zhì)并且在高達(dá)無鉛焊接中所用溫度的溫度下仍然保留。然 而，這些材料昂貴且難以加工。
[0004]耐熱膜也可用于包含氮化硅層的阻隔膜中。氮化硅層由于其高阻隔性能而被應(yīng) 用，例如防止大氣的水分進(jìn)入應(yīng)用中。在一些應(yīng)用中，它們需要被應(yīng)用在載體材料例如膜 上?？蓱?yīng)用多層以確保良好的阻隔。氣相沉積通常被用于使氮化硅沉積在膜上，這一般在約 250°C的溫度下進(jìn)行。能夠在較高溫度下應(yīng)用該方法將有可能利用較薄的氮化硅層獲得良 好的阻隔性能。較薄層還不太容易在操作期間破裂（由于施加于它們的應(yīng)力）。此外，膜的機(jī) 械性能較好將使得能夠更好地支持層和移至較薄的膜層。
[0005] 聚酰胺，特別是脂族聚酰胺，更易于被加工成膜，聚酰胺膜被廣泛用于各種用途和 許多應(yīng)用包括包裝材料中。脂族聚酰胺的熔融溫度過低，低于300°C，但半芳族聚酰胺的熔 融溫度可遠(yuǎn)高于300°C。聚酰胺膜的機(jī)械性質(zhì)可通過在約為或高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度下定向 和拉伸膜得到改善。然而，聚酰胺膜以及拉伸的聚酰胺膜遭受以下事實(shí):高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫 度時(shí)，特別是高達(dá)氮化硅沉積和無鉛焊接溫度所需的高溫時(shí)，機(jī)械性質(zhì)比低于玻璃化轉(zhuǎn)變 溫度時(shí)的機(jī)械性質(zhì)要差得多。發(fā)明人已觀察到:在260°C下，熔融溫度高于300°C的半芳族聚 酰胺(例如，PA 9T或PA XT/Y6)的雙軸拉伸聚酰胺膜比未拉伸的Kapton膜的剛度要低得多。
[0006] 另一方面是用于包裝的聚酰胺膜被大規(guī)模生產(chǎn)，其涉及熔融溫度相對低的聚酰 胺。高熔融的聚酰胺，如FPC膜所需，傾向于產(chǎn)生包含氣泡的膜，當(dāng)在帶有單螺桿擠出機(jī)的膜 生產(chǎn)單元中生產(chǎn)膜時(shí)尤其如此。這種氣泡使拉伸過程復(fù)雜化，因?yàn)樵诶炱陂g，氣泡可引發(fā) 膜的破裂。
[0007] 本發(fā)明的第一個目標(biāo)是提供由聚酰胺組合物制成的拉伸聚合物膜，所述拉伸聚合 物膜在提高的溫度下具有改良的機(jī)械性質(zhì)。
[0008] 第二個目標(biāo)是提供生產(chǎn)具有所述改良的機(jī)械性質(zhì)的拉伸聚合物膜的方法。
[0009] 另一個目標(biāo)是提供一種聚酰胺膜，其可在單螺桿擠出機(jī)上生產(chǎn)并具有較少氣泡， 且其可被用于生產(chǎn)具有所述改良的機(jī)械性質(zhì)的拉伸聚合物膜。
[0010] 在本發(fā)明的第一個實(shí)施方式中，拉伸聚合物膜是權(quán)利要求1中所述的由包含半結(jié) 晶半芳族聚酰胺的聚酰胺組合物制成的拉伸聚合物膜。
[0011] 在本發(fā)明的第二個實(shí)施方式中，拉伸聚合物膜是通過下述方法生產(chǎn)的，其中使包 含所述半結(jié)晶半芳族聚酰胺的組合物經(jīng)受權(quán)利要求11中所述的膜制備步驟和拉伸步驟。
[0012] 在本發(fā)明的第三個實(shí)施方式中，提供了權(quán)利要求12中所述的由包含半結(jié)晶半芳族 聚酰胺的聚酰胺組合物制成的拉伸聚合物膜。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的拉伸聚合物膜的效果是:膜顯示出非常好的機(jī)械性質(zhì)，在高于玻璃 化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)尤其如此，接近Kapton膜的機(jī)械性能并且比基于對苯二甲酸或者基于對苯二 甲酸和己二酸的組合的其它半結(jié)晶半芳族聚酰胺的機(jī)械性質(zhì)要好得多。這利用下文進(jìn)一步 的結(jié)果來闡釋。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的拉伸聚合物膜可通過下述方法生產(chǎn)，其中使包含所述半結(jié)晶半芳族 聚酰胺的組合物經(jīng)受膜制備步驟和拉伸步驟。半結(jié)晶半芳族聚酰胺具有玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 (Tg)和熔融溫度(Tm)。
[0015] 在膜制備期間，將包含PPA的聚合物組合物加熱至高于Tm的溫度并熔融擠出通過 縫模以形成擠出的聚合物層，然后將擠出的聚合物層淬火至低于Tg的溫度，從而形成聚合 物膜，并收集該聚合物膜。淬火可通過引導(dǎo)擠出的聚合物層通過溫度低于Tg的液態(tài)冷卻介 質(zhì)中或者溫度低于Tg的冷輥上來進(jìn)行。淬火有助于抑制晶體生長并有助于形成更易于伸展 或熱成型的透明膜。
[0016]在低于Tm的溫度(T-拉伸）下拉伸如此獲得的膜并任選地使其在T-拉伸和Tm之間 的溫度下經(jīng)受熱定型步驟。
[0017] 拉伸可在單個或多個拉伸步驟的方法中進(jìn)行。在多個拉伸步驟的方法中，第一次 拉伸適當(dāng)?shù)卦诩s為Tg、優(yōu)選地在(Tg_20°C)至(Tg+20°C)的范圍內(nèi)的溫度T-拉伸-1下進(jìn)行。 第二個拉伸步驟在(T-拉伸-1+20°C)至(T-拉伸-1+50°C)但低于Tm的范圍內(nèi)的溫度T-拉伸-2下進(jìn)行。最后的第三個拉伸步驟在(T-拉伸-2+20°C)至(T-拉伸-2+50°C)但低于Tm的范圍 內(nèi)的溫度T-拉伸-3下進(jìn)行。在單個拉伸步驟的方法中，拉伸在Tg和Tm之間的溫度下、更優(yōu)選 地在Tg和(Tg+60°C)之間的溫度下、仍然更優(yōu)選地在Tg和(Tg+40°C)之間的溫度下進(jìn)行。一 個或多個拉伸步驟之后，使膜適當(dāng)?shù)亟?jīng)受熱定型步驟(heat-setting step)。在本文中，膜 在完全機(jī)械約束條件下被加熱或者允許在最后一個拉伸步驟的溫度和Tm之間的溫度下略 微的幾何松弛時(shí)被加熱。優(yōu)選地，該溫度高于用于無鉛焊接的溫度。還優(yōu)選地，該溫度在 (Tm-30°C)和Tm之間的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在(Tm-15°C)和Tm之間的溫度下，且隨后將膜冷卻 至低于Tg。熱定型步驟的持續(xù)時(shí)間適當(dāng)?shù)卦?.5-30秒之間，例如在5-20秒之間的范圍內(nèi)?？?將膜保持在熱定型溫度下長于30秒的持續(xù)時(shí)間;然而，這并不能帶來進(jìn)一步顯著的改良。熱 定型的優(yōu)點(diǎn)是:當(dāng)再次加熱至高于Tg的溫度時(shí)，膜的物理性質(zhì)和尺寸被較好地保留了。
[0018] 適當(dāng)?shù)?，根?jù)本發(fā)明的拉伸聚合物膜是單向拉伸膜(也被稱為單軸拉伸膜)或者雙 軸拉伸膜(也被稱為平面拉伸膜）。這種平面拉伸可以以順序次序發(fā)生，其中拉伸首先發(fā)生 在縱向方向（machine direction，MD)，隨后是在橫向（TD)的拉伸步驟。MD拉伸可以通過引 導(dǎo)膜通過不同輥組并加熱該膜來進(jìn)行，其中通過不同輥組的相對轉(zhuǎn)速的差異來進(jìn)行拉伸。 TD拉伸例如在空氣烘箱系統(tǒng)中在下游進(jìn)行。TD拉伸可以通過使膜在拉幅機(jī)裝置（tenter frame device)中移動而發(fā)生，其中膜被夾在拉幅機(jī)裝置的側(cè)面。通過拉幅機(jī)系統(tǒng)的特定幾 何形狀，通過使膜移動穿過該裝置，從而在垂直方向上拉伸膜。在本文中，可以以半連續(xù)方 法拉伸膜。
[0019]平面拉伸也可以以下列方式發(fā)生：其中膜的面內(nèi)拉伸同時(shí)在兩個平面方向上發(fā) 生。這可以在以拉伸確實(shí)同時(shí)出現(xiàn)在兩個方向上的方式而設(shè)計(jì)的特定拉幅機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行。 該方法不適合以連續(xù)方式操作。加熱通常通過熱空氣來進(jìn)行。
[0020] 另一類雙軸拉伸法是通過連續(xù)的管狀拉伸法(continuous tubular stretching process)形成的。一個突出的實(shí)例是雙泡法。在該方法中，聚合物熔體通常被吹成熔體的管 狀膜。該膜隨后可以通過例如冷水浴進(jìn)行淬火且在淬火步驟中，該管狀膜在上文所示的高 于Tg且低于Tm的溫度下被吹成更大的氣泡。該淬火步驟反映出雙軸拉伸步驟，因?yàn)闅馀莸?直徑和氣泡的長度都增加了。
[0021] 雙軸拉伸產(chǎn)品可以是膜的形式，任選與其它膜組合形成多層膜。這可以例如通過 層壓來實(shí)現(xiàn)，以形成多層膜終產(chǎn)品。
[0022] 雙軸拉伸膜可以是平衡膜，即具有兩個方向大致相等的定向，或者是不平