专利名称：：制备超薄聚合物薄膜的方法
技术领域：
：0001]本发明通常涉及一种制备超薄聚合物薄膜(如电子和汽车应用所用类型)的方法。
背景技术：
：制备聚合物薄膜传统由两种方法进行溶剂流延和旋涂。这两种方法制备均匀厚度、极佳品质和清洁(无胶)的薄膜，并且是为由于其分子结构而太粘或需要太高熔融温度而不能在熔体中加工成薄膜的那些聚合物选择的方法。然而，这两种方法緩慢(低生产量)，能量集中，并且在蒸发过程结束时需要回收和纯化大量溶剂。为了应对这些挑战，需要现有方法的革新技术或改进。
发明内容0006简而言之，本发明一方面包括一种制备超薄聚合物薄膜的方法，所述方法包括以下步骤使聚合物组合物在挤出机中熔融；将熔融的聚合物組合物输送通过扁平模头；用巻绕辊拉伸熔融的聚合物组合物，以形成超薄聚合物薄膜；并且使超薄聚合物薄膜冷却，其中超薄聚合物薄膜具有小于、微米的厚度。0007]本发明另一方面包括一种制备超薄聚合物薄膜的方法，所述方法包括以下步骤使纳米复合组合物在挤出机中熔融混合；将熔融的纳米复合组合物输送通过扁平才莫头；用巻绕辊拉伸熔融的纳米复合组合物，以形成超薄聚合物薄膜；并且使超薄聚合物薄膜冷却，其中超薄聚合物薄膜具有小于7微米的厚度。00081本发明另一方面包括一种制备挤出流延聚合物薄膜的方法，所述方法包括以下步骤将聚合物组合物挤出；将聚合物组合物输送通过扁平^^莫头；拉伸聚合物组合物；并且使聚合物组合物冷却，以形成超薄聚合物薄膜，其中超薄聚合物薄膜具有小于7微米的厚度。图1为利用本发明方法的介电击穿强度(V/微米)作为薄膜厚度的函数的标绘图。ooo10图2为利用本发明方法制备的2微米厚薄膜的介电击穿强度(V/微米)作为薄膜厚度的函数的标绘图。ooo11]图3为与常规溶剂流延薄膜比较，利用本发明方法制备的挤出流延薄膜的介电击穿强度(kVDC/mm)作为薄膜厚度的函数的标绘图。00012图4为利用静电钉扎并改变冷却辊温度的介电击穿强度(VDC/微米)作为薄膜厚度的函数的标绘图。聚合物组合物可包含热塑性和/或热固性聚合物。在一个实施方案中，聚合物組合物包含具有大于或等于约IO(TC高玻璃化转变温度的热塑性聚合物。在一个实施方案中，热塑性聚合物合乎需要具有大于或等于约15(TC的玻璃化转变温度。在另一个实施方案中，热塑性聚合物合乎需要具有大于或等于约175。C的玻璃化转变温度。在另一个实施方案中，热塑性聚合物合乎需要具有大于或等于约20(TC的玻璃化转变温度。在另一个实施方案中，热塑性聚合物合乎需要具有大于或等于约225。C的玻璃化转变温度。在另一个实施方案中，热塑性聚合物合乎需要具有大于或等于约25(TC的玻璃化转变温度。000171可在聚合物组合物中使用的热塑性和/或热固性聚合物的实例包括聚缩醛、聚丙烯酸类、聚^f灰酸酯、聚醇酸(polyalkyds)、聚苯乙烯、聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚芳酰胺、聚酰胺酰亚胺、多芳基化合物、聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚硅氧烷、聚芳基砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚苯并瞎唑、聚嗨二唑、聚苯并噻溱吩噻臻(polybenzothiazinophenothiazine)、聚苯并p塞哇、聚吡。秦并奮喔啉、聚均苯四酰亚胺、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、聚羟吲咮、聚氧代异吲哚啉、聚二氧代异巧l哚啉、聚三嗪、聚哒嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚,友硼烷、聚氧杂双环壬烷、聚二苯并呋喃、.聚2-苯并[c]呋喃酮、聚缩醛、聚酐、聚乙烯基醚、聚乙烯基硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯基酮、聚卣乙烯、聚乙烯基腈、聚乙烯基酯、聚磺酸酯、聚硫化物、聚硫酯、聚砜、聚磺酰胺、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚偏二氟乙烯、聚硅氧烷、氰基树脂等或包含至少一种前述热塑性聚合物的組合。在另一个实施方案中，无机氧化物纳米颗粒包括金属氧化物如氧化铝、二氧化铈、钛酸盐、氧化锆、五氧化铌、五氧化钽等或包含至少一种前述氧化物的组合。包含无机氧化物的纳米颗粒的实例包括氧化铝、氧化钙、氧化铈、氧化铜、氧化镁、氧化铌、氧化硅、氧化钽、氧化钛、氧化钇、氧化锌和氧化锆。在一个实施方案中，聚合物組合物以纳米复合组合物总重量约5至约99.999%重量的量使用。在另一个实施方案中，聚合物组合物以纳米复合组合物总重量约10%重量至约99.99%重量的量使用。在另一个实施方案中，聚合物组合物以纳米复合组合物总重量约30%重量至约99.5%重量的量使用。在另一个实施方案中，聚合物组合物以纳米复合组合物总重量约50%重量至约99.3%重量的量使用。与在聚合物混合物中使用母料相关的另一个实施方案中，有时合乎需要使母料包含与形成纳米复合组合物的连续相的聚合物组合物相同的聚合物组合物。与在聚合物混合物中使用母料相关的另一个实施方案中，可合乎需要使母料包含与纳米复合组合物所用的其他聚合物在化学上不同的聚合物组合.物。在此情况下，母料的聚合物组合物在混合物中形成连续相。接着，将熔融的组合物输送通过具有小模唇间隙的扁平模头。在一个实施方案中，才莫唇间隙为约100微米至约500微米。在一个实施方案中，也可用熔体泵将恒定、均匀、无脉动的熔融组合物流输送到扁平模头。在另一个实施方案中，使熔融组合物通过过滤装置，以除去可能不利影响薄膜介电性能的污染物，如胶、黑色斑点等。然后，通过使薄膜以相对较高巻绕速度通过巻绕辊将薄膜拉伸。在一个实施方案中，巻绕辊可以高达200米/分钟的速度运转。然后使组合物冷却，以形成薄膜或片。随后可修整薄膜的边缘，并用张力控制巻绕机械使薄膜绕在辊上。在另一个实施方案中，可用加热辊使薄膜回火/退火，从而消除冻结的内应力。将任选的所需填料混入聚合物基质以得到均匀分散体可在单独的挤出机或用于在拉伸操作前实现组合物熔融的相同挤出机上进行。利用本发明的方法，制备的超薄薄膜在约1微米和约12微米之间范围，优选在约1微米和约5微米之间范围，最优选在约1微米和约3微米之间范围。00044实施例实施例1静电钉扎装置使用传导高压但低电流的导线，以便在膜幅于巻绕辊之前接近导线通过时在膜幅中产生静电荷。结果表明，使用静电钉扎装置制出平坦且皱紋或表面波紋最小的超薄聚合物薄膜。图4显示对这些薄膜测量的高击穿强度。[000601表V证明可用本发明的方法制成离平均值的标准偏差相对较小的约5微米厚度的薄膜。这些薄膜厚度用一种较精确的电容基础技术获得，此技术产生在不同位置进行12个测量约0.70微米的标准偏差。00061表V<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>100062〗表VI证明，可操作本发明的方法制成相对较小厚度且长度可超过1000米的薄膜，而无需中断。<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>表VI(续)<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>00064如图5所示，与具有7微米厚度的常规膜幅比较，利用本发明方法制成的5微米厚度薄膜的作为跨膜幅位置的函数的介电击穿强度(VDC/微米)基本上均勻。图5也显示与具有7微米更大厚度的市售薄膜比较，5微米厚度的薄膜具有较高介电强度。[00065利用本发明方法的上i^试验证明，可制备跨膜幅具有均匀厚度、平坦无皱紋或表面波紋且无污染的超薄薄膜(厚度在约1微米和约IO微米之间)。由本发明方法制备且测试介电击穿强度的薄膜显示与市售较大厚度薄膜比较相同或更优的性能。利用本发明的方法不需要熔融组合物的双轴向拉伸；然而如果需要，本发明的方法也允许对熔融组合物双轴向拉伸。00066如上所述，本发明的方法为单一步骤，可升级到较大尺寸设备，并且不需要使用任何溶剂。因此，与常规技术比较，可以显著成本节省制备超薄聚合物薄膜。由本发明方法制备的超薄聚合物薄膜可有利用于电子元件，如电池、火花塞帽、电容器、扬声器振膜、去纤颤器或其他制品。[00067虽然已通过具体实施方案和实施例描述了本发明，但应了解，本领域的技术人员可在不脱离所要求保护的本发明概念的精神和范围下作出各种修改、适应变化和替代。以上提到的所有专利、论文和文本均通过引用结合到本文中。权利要求1.一种制备超薄聚合物薄膜的方法，所述方法包括以下步骤使聚合物组合物在挤出机中熔融；将熔融的聚合物组合物输送通过扁平模头；用卷绕辊拉伸熔融的聚合物组合物，以形成超薄聚合物薄膜；并且使超薄聚合物薄膜冷却，其中所述超薄聚合物薄膜具有小于7微米的厚度。2.权利要求1的方法，其中所述聚合物组合物包含热塑性聚合物。3.权利要求1的方法，其中所述聚合物组合物包含热固性聚合物。4.权利要求1的方法，所述方法进一步包括用熔体泵将恒定且均匀的熔融组合物流输送到扁平模头的步骤。5.权利要求1的方法，所述方法进一步包括用过滤装置过滤熔融的聚合物组合物的步骤。6.权利要求1的方法，所述方法进一步包括修整超薄聚合物薄膜的步骤。7.权利要求1的方法，所述方法进一步包括使超薄聚合物薄膜巻绕在辊上的步骤。8.权利要求1的方法，其中所述扁平模头具有约100微米至约500微米的模唇间隙。9.权利要求1的方法，其中所述巻绕辊以高达200米/分钟的速度运转。10.—种制备超薄聚合物薄膜的方法，所述方法包括以下步骤使纳米复合组合物在挤出机中熔融混合；将熔融的纳米复合组合物输送通过扁平^f莫头；用巻绕辊拉伸熔融的纳米复合组合物，以形成超薄聚合物薄膜；并且使超薄聚合物薄膜冷却，其中所述超薄聚合物薄膜具有小于7微米的厚度。11.权利要求10的方法，所述方法进一步包括使聚合物组合物与纳米颗粒混合以形成纳米复合组合物的步骤。12.权利要求11的方法，其中所述纳米颗粒包括无机氧化物，并且其中所述无机氧化物选自氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化铈、氧化铜、氧化硅、氧化钽、氧化钛、氧化铌、氧化钇、氧化锌、氧化锆、钩钬矿和钙钛矿衍生物、钛酸钡、钛酸锶钡、掺杂锶的锰酸镧、钛酸铜钩、钛酸铜镉、具有式Ca^LaxMn03的化合物、掺杂锂、钛的氧化镍、胶态二氧化硅或其任何组合。13.权利要求11的方法，其中所述纳米颗粒包括金属氧化物，并且其中所述金属氧化物选自碱土金属、碱土金属、过渡金属、类金属、弱金属、钙钛矿和钙钛矿衍生物、钛酸铜钙(CaQi3Ti40！2)、钛酸铜镉(CdCu3Ti4012)、Ca!.xLaxMn03和(Li,Ti)掺杂的NiO或其任何组合。14.权利要求10的方法，所述方法进一步包括用熔体泵将恒定且均匀的熔融组合物流输送到扁平模头的步骤。15.权利要求10的方法，所述方法进一步包括用过滤装置过滤熔融的聚合物组合物的步骤。.16.权利要求10的方法，所述方法进一步包括修整超薄聚合物薄膜的步骤。17.权利要求io的方法，所述方法进一步包括使超薄聚合物薄膜巻绕在辊上的步骤。18.权利要求10的方法，其中所述扁平模头具有约100微米至约500微米的才莫唇间隙。19.权利要求10的方法，其中所述巻绕辊以高达200米/分钟的速度运转。全文摘要本发明公开制备超薄聚合物薄膜的方法。所述方法包括在挤出机中熔融混合聚合物组合物或纳米复合组合物的步骤。接着，将熔融的组合物输送通过具有小的模唇间隙的扁平模头。也可用熔体泵提供恒定、无脉动的熔融组合物流通过模。可使熔融的组合物通过过滤装置，以除去可能不利影响薄膜介电性能的污染物。然后，通过使薄膜以相对较高卷绕速度通过卷绕辊将薄膜拉伸。然后使组合物冷却，以形成薄膜或片。可修整薄膜的边缘，并用张力控制卷绕机械使薄膜绕在辊上。可用加热辊使薄膜回火/退火，从而消除冻结的内应力。文档编号B29K507/00GK101367266SQ20081021320公开日2009年2月18日申请日期2008年8月14日优先权日2007年8月14日发明者D·Q·谭,K·E·舒曼,N·西尔维,P·C·欧文,Y·曹申请人:通用电气公司