聚酰胺膜及其制备方法
【专利说明】聚酿胺膜及其制备方法
[0001] 本发明涉及聚酰胺膜及其制备方法;更具体地，本发明涉及双轴拉伸聚酰胺膜以 及在单螺杆挤出机中通过熔融挤出制备聚酰胺膜的方法。
[0002] 本发明的领域是聚合物膜的领域，更具体地是具有良好的机械和热性质并可用于 苛刻应用例如柔性印刷电路(FPC)膜中的聚合物膜的领域。此处，膜作为图案化排列的导电 电路和组件的柔性基材。柔性印刷电路(FPC)的主要组件是作为导电回路迹线的载体层和 薄层起作用的柔性膜，其可被柔性覆盖层覆盖。FPC膜可作为可靠的接线替代物用于使电子 设备(例如，笔记本电脑的键盘和LCD屏幕)相互连接，或者可通过焊接或导电粘合剂使导电 组件直接粘附在其上，以形成制成的柔韧电路板。用于在相对低的温度下将这类组件粘附 在电路板上的表面安装技术(SMT)和导电性粘合剂的发展有利于柔性基材的使用。
[0003] 对于低端FPC，使用例如聚酯膜。然而，对于更关键和苛刻的应用，则使用由聚酰亚 胺(PI，例如Kapton)或聚醚醚酮(PEEK)制成的聚合物膜。此处，膜必须能够经受用于组件的 表面安装的无铅焊接中的焊接条件，这涉及约260°C的焊接温度。这些材料的优点是：由其 制成的膜具有非常好的机械性质并且在高达无铅焊接中所用温度的温度下仍然保留。然 而，这些材料昂贵且难以加工。
[0004]耐热膜也可用于包含氮化硅层的阻隔膜中。氮化硅层由于其高阻隔性能而被应 用，例如防止大气的水分进入应用中。在一些应用中，它们需要被应用在载体材料例如膜 上。可应用多层以确保良好的阻隔。气相沉积通常被用于使氮化硅沉积在膜上，这一般在约 250°C的温度下进行。能够在较高温度下应用该方法将有可能利用较薄的氮化硅层获得良 好的阻隔性能。较薄层还不太容易在操作期间破裂（由于施加于它们的应力）。此外，膜的机 械性能较好将使得能够更好地支持层和移至较薄的膜层。
[0005] 聚酰胺，特别是脂族聚酰胺，更易于被加工成膜，聚酰胺膜被广泛用于各种用途和 许多应用包括包装材料中。脂族聚酰胺的熔融温度过低，低于300°C，但半芳族聚酰胺的熔 融温度可远高于300°C。聚酰胺膜的机械性质可通过在约为或高于玻璃化转变温度下定向 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实:高于玻璃化转变温 度时，特别是高达氮化硅沉积和无铅焊接温度所需的高温时，机械性质比低于玻璃化转变 温度时的机械性质要差得多。发明人已观察到:在260°C下，熔融温度高于300°C的半芳族聚 酰胺(例如，PA 9T或PA XT/Y6)的双轴拉伸聚酰胺膜比未拉伸的Kapton膜的刚度要低得多。
[0006] 另一方面是用于包装的聚酰胺膜被大规模生产，其涉及熔融温度相对低的聚酰 胺。高熔融的聚酰胺，如FPC膜所需，倾向于产生包含气泡的膜，当在带有单螺杆挤出机的膜 生产单元中生产膜时尤其如此。这种气泡使拉伸过程复杂化，因为在拉伸期间，气泡可引发 膜的破裂。
[0007] 本发明的第一个目标是提供由聚酰胺组合物制成的拉伸聚合物膜，所述拉伸聚合 物膜在提高的温度下具有改良的机械性质。
[0008] 第二个目标是提供生产具有所述改良的机械性质的拉伸聚合物膜的方法。
[0009] 另一个目标是提供一种聚酰胺膜，其可在单螺杆挤出机上生产并具有较少气泡， 且其可被用于生产具有所述改良的机械性质的拉伸聚合物膜。
[0010] 在本发明的第一个实施方式中，拉伸聚合物膜是权利要求1中所述的由包含半结 晶半芳族聚酰胺的聚酰胺组合物制成的拉伸聚合物膜。
[0011] 在本发明的第二个实施方式中，拉伸聚合物膜是通过下述方法生产的，其中使包 含所述半结晶半芳族聚酰胺的组合物经受权利要求11中所述的膜制备步骤和拉伸步骤。
[0012] 在本发明的第三个实施方式中，提供了权利要求12中所述的由包含半结晶半芳族 聚酰胺的聚酰胺组合物制成的拉伸聚合物膜。
[0013] 根据本发明的拉伸聚合物膜的效果是:膜显示出非常好的机械性质，在高于玻璃 化转变温度时尤其如此，接近Kapton膜的机械性能并且比基于对苯二甲酸或者基于对苯二 甲酸和己二酸的组合的其它半结晶半芳族聚酰胺的机械性质要好得多。这利用下文进一步 的结果来阐释。
[0014] 根据本发明的拉伸聚合物膜可通过下述方法生产，其中使包含所述半结晶半芳族 聚酰胺的组合物经受膜制备步骤和拉伸步骤。半结晶半芳族聚酰胺具有玻璃化转变温度 (Tg)和熔融温度(Tm)。
[0015] 在膜制备期间，将包含PPA的聚合物组合物加热至高于Tm的温度并熔融挤出通过 缝模以形成挤出的聚合物层，然后将挤出的聚合物层淬火至低于Tg的温度，从而形成聚合 物膜，并收集该聚合物膜。淬火可通过引导挤出的聚合物层通过温度低于Tg的液态冷却介 质中或者温度低于Tg的冷辊上来进行。淬火有助于抑制晶体生长并有助于形成更易于伸展 或热成型的透明膜。
[0016]在低于Tm的温度(T-拉伸）下拉伸如此获得的膜并任选地使其在T-拉伸和Tm之间 的温度下经受热定型步骤。
[0017] 拉伸可在单个或多个拉伸步骤的方法中进行。在多个拉伸步骤的方法中，第一次 拉伸适当地在约为Tg、优选地在(Tg_20°C)至(Tg+20°C)的范围内的温度T-拉伸-1下进行。 第二个拉伸步骤在(T-拉伸-1+20°C)至(T-拉伸-1+50°C)但低于Tm的范围内的温度T-拉伸-2下进行。最后的第三个拉伸步骤在(T-拉伸-2+20°C)至(T-拉伸-2+50°C)但低于Tm的范围 内的温度T-拉伸-3下进行。在单个拉伸步骤的方法中，拉伸在Tg和Tm之间的温度下、更优选 地在Tg和(Tg+60°C)之间的温度下、仍然更优选地在Tg和(Tg+40°C)之间的温度下进行。一 个或多个拉伸步骤之后，使膜适当地经受热定型步骤(heat-setting step)。在本文中，膜 在完全机械约束条件下被加热或者允许在最后一个拉伸步骤的温度和Tm之间的温度下略 微的几何松弛时被加热。优选地，该温度高于用于无铅焊接的温度。还优选地，该温度在 (Tm-30°C)和Tm之间的范围内，更优选地在(Tm-15°C)和Tm之间的温度下，且随后将膜冷却 至低于Tg。热定型步骤的持续时间适当地在0.5-30秒之间，例如在5-20秒之间的范围内。可 将膜保持在热定型温度下长于30秒的持续时间;然而，这并不能带来进一步显著的改良。热 定型的优点是:当再次加热至高于Tg的温度时，膜的物理性质和尺寸被较好地保留了。
[0018] 适当地，根据本发明的拉伸聚合物膜是单向拉伸膜(也被称为单轴拉伸膜)或者双 轴拉伸膜(也被称为平面拉伸膜）。这种平面拉伸可以以顺序次序发生，其中拉伸首先发生 在纵向方向（machine direction，MD)，随后是在横向（TD)的拉伸步骤。MD拉伸可以通过引 导膜通过不同辊组并加热该膜来进行，其中通过不同辊组的相对转速的差异来进行拉伸。 TD拉伸例如在空气烘箱系统中在下游进行。TD拉伸可以通过使膜在拉幅机装置（tenter frame device)中移动而发生，其中膜被夹在拉幅机装置的侧面。通过拉幅机系统的特定几 何形状，通过使膜移动穿过该装置，从而在垂直方向上拉伸膜。在本文中，可以以半连续方 法拉伸膜。
[0019]平面拉伸也可以以下列方式发生：其中膜的面内拉伸同时在两个平面方向上发 生。这可以在以拉伸确实同时出现在两个方向上的方式而设计的特定拉幅机系统中进行。 该方法不适合以连续方式操作。加热通常通过热空气来进行。
[0020] 另一类双轴拉伸法是通过连续的管状拉伸法(continuous tubular stretching process)形成的。一个突出的实例是双泡法。在该方法中，聚合物熔体通常被吹成熔体的管 状膜。该膜随后可以通过例如冷水浴进行淬火且在淬火步骤中，该管状膜在上文所示的高 于Tg且低于Tm的温度下被吹成更大的气泡。该淬火步骤反映出双轴拉伸步骤，因为气泡的 直径和气泡的长度都增加了。
[0021] 双轴拉伸产品可以是膜的形式，任选与其它膜组合形成多层膜。这可以例如通过 层压来实现，以形成多层膜终产品。
[0022] 双轴拉伸膜可以是平衡膜，即具有两个方向大致相等的定向，或者是不平