双向拉伸聚酰亚胺薄膜制造过程异常分析与处理

绝缘材料2013，46(5)0引言随着科技与工业技术的蓬勃发展，聚酰亚胺薄膜（PI）具备高强度、高韧性、耐磨耗、耐高温、防腐蚀等特殊性能，可符合轻、薄、短、小的设计要求，是一种具有竞争优势的耐高温绝缘材料。除适用于铁路机车牵引、石油工业潜油、矿用电铲、轧钢和起重等使用条件与环境恶劣场合的电机绝缘外，还广泛应用于高温电缆、电子产品、核电站、太阳能光伏和风能产业等[1-3]。双向拉伸PI薄膜（BOPI）产业化制造过程如图1所示，其主要由双胺类及双酐类反应聚合成聚酰胺酸(PAA)高分子溶液，经平模头在流涎机内涂布成自支撑薄膜，剥离穿过纵、横向拉伸系统及高温处理亚胺化脱水形成，但流涎、拉伸等工序容易出现粘带、入夹褶皱、开夹破边等异常，造成产品收率（良率）降低，因此应对各异常问题进行原因分析及处理。图1典型薄膜制造工艺流程1异常现象及其产生原因分析1.1边部粘带在BOPI薄膜制造过程中，流涎工序经常出现液膜粘带导致聚酰胺酸(PAA)薄膜剥离不顺的问题，尽管钢带表面清洁度、聚酰胺酸树脂溶液粘度、烘道温度、钢带运行速度均处于最佳状态，还是难以避免PAA薄膜剥离时侧边粘滞于钢带表面，特别是使用平模头直接将树脂溶液挤出流涎成型，边部粘带严重时宽度甚至可达10.0mm，若不能尽快解—————————————收稿日期：2012-11-16作者简介：任小龙(1982-)，男（汉族），陕西蒲城人，工程师，从事绝缘材料开发研究和管理工作。双向拉伸聚酰亚胺薄膜制造过程异常分析与处理任小龙，李爱新，李艺，秦承斌（桂林电器科学研究院有限公司，广西桂林541004）摘要：从流涎液膜边部粘带、入夹褶皱、高温伤边、开夹破边等4个异常方面阐述了双向拉伸聚酰亚胺薄膜制造过程中造成产品收率较低的原因，分析了异常产生的主要原因，并提出了相应的解决措施，使聚酰亚胺薄膜制造过程中破膜现象降低，收卷顺利，从而保证了薄膜制造过程正常连续化。关键词：聚酰亚胺薄膜；制造过程；异常分析；异常处理中图分类号：TM215.3文献标志码：A文章编号：1009-9239（2013）05-0004-05AnomalyAnalysisandProcessingintheManufacturingProcessofBiaxialOrientationPolyimideFilmRenXiaolong,LiAixin,LiYi,QinChengbin(GuilinElectricalEquipmentScientificResearchInstituteCo.,Ltd.,Guilin541004,China)Abstract:Somereasonsoflowproductyieldinthemanufacturingprocessofbiaxialorientationpoly-imidefilm(BOPI)weredescribedfromfouranomalyaspectsthatresinwouldadheretothestainlesssteelbeltwhencasting,thehigh-temperatureoftongswouldscaldthefilm’sedge,thefilmshowwrinklewhenenteringthetongsandthefilm’sedgewouldbetorewhenopeningthetongs.Somemainreasonsinducingtheanomalywereanalyzed,andthecorrespondingtreatmentmeasureswereputforward,makingthebrokenfilmphenomenadecreasegreatlyinthemanufacturingprocessofBOPIandensuringthenor-malcontinuousproductionofthefilm.Keywords:polyimidefilm;manufacturingprocess;anomalyanalysis;anomalyprocessing任小龙等：双向拉伸聚酰亚胺薄膜制造过程异常分析与处理4绝缘材料2013，46(5)决两侧粘带问题，粘带的宽度、厚度均随钢带循环运转而不断累积，造成两侧或者单侧破边，不仅浪费物料，而且很大程度上会影响后续工段的连续化作业。引起PAA薄膜边部粘带异常[2-3]的可能原因主要有：（1）树脂粘度。粘度过高液膜边缘流动性较差，在边缘效应的作用下易导致边部较其余地方厚度增加；粘度过低液膜边缘流动性较高，致使边缘部位较正常液膜厚度减小，经过烘干处理后达不到理想状态而粘滞于钢带上造成剥离不顺；（2）唇口开度。使用平模头时唇口开度大小会直接影响液膜成型，若两侧开度较大，则容易导致成型液膜两侧较其余位置偏厚，经烘干处理后溶剂挥发不足导致粘带；（3）液膜卷边。采用平模头挤出树脂流涎过程中，由于成型液膜表面张力、离模膨胀及边缘应力3种效应的存在，导致成型液膜时两侧出现卷边，卷边位置液膜厚度较其它位置厚造成粘带剥离不顺。1.2入夹褶皱BOPI薄膜制造设备为了拉伸或张紧薄膜需配置夹具链铗，链铗夹持PAA薄膜两侧边缘以防止薄膜向中心收缩变形。PAA薄膜边缘在入夹时，链铗上铗体闭合时致使膜边部褶皱。在褶皱状态下，薄膜夹持过程中遇到高温使得链铗夹持位置处的薄膜易撕裂，导致产品不能正常收卷，降低产品收率。PAA薄膜进入拉伸工序的入夹位置时，在链铗闭合后边部位置产生褶皱的原因主要有：（1）边缘翘曲。流涎工序形成自支撑薄膜后由于表面张力、内应力等作用力存在，导致薄膜边缘产生翘曲，入夹过程中链铗上铗体闭合时容易夹持翘曲部位而产生边部摺叠现象；（2）链铗传动。拉伸过程中传动链夹由于张紧程度、传动精度、导轨曲线等因素存在容易产生抖动现象，造成薄膜在高温运行过程中边部受力不均造成边部撕裂破膜；（3）运行偏移。由于钢带、过渡辊筒会使薄膜在运行过程中产生不同程度的左右偏移，薄膜在入夹过程中左右偏移的不稳定导致入夹处不平整产生褶皱。1.3高温伤边BOPI薄膜制造过程中，在拉伸或张紧时均需要使用链铗固定夹持薄膜半成品的两个侧边，传动链铗与流涎工序制造的PAA自支撑薄膜直接接触，经过高温工艺处理过程的链铗在入夹位置其表面温度较高，薄膜在入夹时很容易被高温链夹烫伤夹破，被损伤的薄膜在后续拉伸、亚胺化处理、定型以及开夹等工序时容易在链铗铗口位置被拉破、脱铗，造成薄型薄膜生产收率较低。经过拉伸、亚胺化处理后铗体温度升高造成薄膜入夹后烫伤的原因为：（1）高温烫伤。传动链铗经过高温处理后到达入夹位置处的铗体温度保持约160～250℃，PAA自支撑薄膜（边部）由室温直接接触高温铗体瞬间熔融产生缺陷，造成破膜。（2）夹持作用。高温铗体在薄膜入夹位置处闭合时，对薄膜表面施加垂直向下的作用力，铗体自身温度较高使得薄膜受力后产生缺陷，造成破边。1.4开夹破边拉伸或张紧工艺结束处进行开夹作业时，开夹位置处薄膜两侧边缘位置容易撕裂破边，导致产品不能正常收卷，降低产品收率。引起PAA自支撑薄膜经过拉伸、亚胺化处理后在开夹位置处破边的3种原因为：（1）应力作用。薄膜运行至开夹位置处，在链铗开启瞬间受到运行方向、薄膜中心方向以及薄膜逆行方向等作用力下而受力不平衡，在边部缺陷点即应力集中点易造成破膜。（2）表面张力。薄膜在开夹位置处由于表面张力作用易向薄膜中心位置偏移，使得薄膜边部受到牵引，在链铗上铗体边部位置撕裂，造成破膜。（3）边部缺陷。薄膜边部入夹时存有粘带、褶皱、烫伤等情况时容易产生缺陷点，导致开夹时破膜。2解决措施2.1调节模头唇口开度和流涎车速针对树脂粘带异常采取的处置方法有两种，第一种是调节模头唇口开度[4]，具体方法为：清洁钢带表面，调节聚酰胺酸树脂溶液的粘度并保持在2.0～15.0×104cp，调整烘道内温度为150.0～240.0℃，调整静压箱喷嘴出口热风风速为15.0～55.0m/s，流涎模头的可调唇口开度为30～75μm，钢带速度设定为5.0m/min，开始流涎，在前鼓运行钢带处检测薄膜的剥离状况。当钢带某一侧或两侧粘带宽度大于5.0mm时，减小流涎模头该侧或双侧的唇口开度。当钢带某一侧或两侧粘带宽度小于或等于3.0任小龙等：双向拉伸聚酰亚胺薄膜制造过程异常分析与处理5绝缘材料2013，46(5)mm时，增加流涎模头该侧或双侧的唇口开度。流涎模头唇口开度的增减应分为多次进行，每次调整的幅度为5~12μm，模头唇口开度调整后钢带运行1周再次检测前鼓运行钢带处薄膜的剥离情况，若已无粘带，则保持当前流涎模头唇口开度进行生产；若还有粘带，则继续再次调整流涎模头唇口开度。表1为调节模头唇口开度处理粘带问题的结果对比。表1调节模头唇口开度处理粘带问题的结果对比序号1a1b2a2b3a3b4a4b5a5b烘道温度/℃200.0193.0200.0200.0200.0195.0200.0207.0200.0197.0热风风速/(m/s)35.035.035.043.035.029.035.038.035.029.0流涎车速/(m/min)5.05.05.05.05.04.25.06.25.04.6唇口开度/μm60.030.055.075.065.048.040.062.048.035.0粘带宽度/mm5.50.02.70.08.20.04.40.03.50.0溶剂含量/%30.428.229.531.628.728.531.730.230.929.1第二种方法是调节流涎车速[5]，具体方法为：清洁钢带表面，调节聚酰胺酸树脂溶液的粘度为2.0～15.0×104cp，调整烘道内温度为150.0～240.0℃，调整静压箱喷嘴出口热风风速为15.0～55.0m/s，流涎模头的唇口开度为40～65μm，钢带正常运行速度为3.5～8.0m/min，钢带速度设定为5.0m/min，开始流涎，在前鼓运行钢带处检测薄膜的剥离状况。当钢带某一侧或两侧粘带宽度大于5.0mm时，降低钢带当前运行速度；当钢带某一侧或两侧粘带宽度小于或等于3.0mm时，提高钢带当前运行速度。钢带运行的降速或增速应分多次进行，每次调整的幅度为0.1～1.5m/min，调整方法与上述唇口开度调整方法相同。表2为调节流涎车速处理粘带问题的结果对比。表2调节流涎车速处理粘带问题的结果对比序号1a1b2a2b3a3b4a4b5a5b烘道温度/℃200.0191.0200.0200.0200.0192.0200.0205.0200.0197.0热风风速/(m/s)35.035.035.048.035.022.035.038.035.029.0流涎车速/(m/min)5.04.05.08.05.03.55.07.55.03.5唇口开度/μm50.050.055.055.065.055.040.055.048.042.0粘带宽度/mm6.00.02.70.08.20.04.80.04.10.0溶剂含量/%30.628.229.631.631.328.529.130.231.729.1任小龙等：双向拉伸聚酰亚胺薄膜制造过程异常分析与处理6绝缘材料2013，46(5)由表1～表2可知，通过上述两种流涎机薄膜粘带处置方法可迅速消除粘带现象，使流涎机进入正常运行，减小试车成本，提高流涎机运行效率，且易于操作，简便实用。2.2设置入夹引导装置针对薄膜入夹褶皱[6]异常的处理，引入一种薄膜生产设备的入夹引导装置，薄膜入夹前其边缘处于托板和压板之间，托板将薄膜边缘托起，压板的前端将薄膜边缘抚平，使链铗能够正常夹持住薄膜边缘，不会产生双边。冷却装置结构薄膜制造设备的入夹引导装置包括在入夹位置薄膜下方的托板以及其上部位置的压板，压板为长条形薄板，一端固定于托板后部，前端伸向入夹位置处的链铗夹面内，具体结构如图2所示。在薄膜制造过程中引入入铗引导装置有利于薄膜入夹，避免了双边的产生，保证了薄膜收卷质量，且结构简单，可方便地在现有的薄膜生产设备上安装入夹引导装置上安装。图2薄膜制造设备的入夹引导装置结构示意图2.3