一种液晶光学用高透明聚碳酸酯薄膜和片材及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种液晶光学用的高透明聚碳酸酯薄膜及片材以及制造该种薄膜及片材的方法，该种高透明聚碳酸酯薄膜及片材产品应用在液晶光学装置的相关领域。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是应用广泛的五大工程塑料之一，具有综合均衡的力学、电气及耐热性能，特别以优异的冲击强度和耐蠕变性著称，透光率高，力学性能好，特别是冲击韧性在工程塑料中最佳。由于PC的优良性能，其制品及其共混材料在电子、电器、机械、汽车、纺织、轻工及建筑等行业获得了广泛的应用。
聚碳酸酯是分子长链中含有-[O-R-O-CO]-链节的热塑性树脂，是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高；蠕变性小，尺寸稳定；具有良好的耐热性和耐低温性，在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能，尺寸稳定性，电性能和阻燃性。可在-60～120℃下长期使用；无明显熔点，在220～230℃呈熔融状态；由于分子链刚性大，树脂熔体粘度大；吸水率小，收缩率小，尺寸精度高，尺寸稳定性好，薄膜透气性小；属自熄性材料；对光稳定，但不耐紫外光，耐候性好；耐油、耐酸、不耐强碱、氧化性酸及胺、酮类，溶于氯化烃类和芳香族溶剂，长期在水中易引起水解和开裂，缺点是因抗疲劳强度差，容易产生应力开裂，抗溶剂性差，耐磨性欠佳。
光学薄膜泛指在光学器件或光电子元器件表面用物理方法沉积的、利用光的干涉现象以改变其光学特性来产生增透、反射、分光、分色、带通或截止等光学现象的各类膜系。它可分为增透膜、滤光膜、分光膜、偏振与消偏振膜等。光电信息产业中最有发展前景的通讯、显示和存储三大类产品都离不开光学薄膜，如投影机、背投电视机、数码照相机、摄像机、DVD、以及光通讯中的DWDM、GFF滤光片等，光学薄膜的性能在很大程度上决定了这些产品的最终性能。光学薄膜正在突破传统的范畴，越来越广泛地渗透到从空间探测器、集成电路、生物芯片、激光器件、液晶显示到集成光学等各学科领域中，对科学技术的进步和全球经济的发展都起着重要的作用，研究光学薄膜物理特性及其技术已经构成现代科技的一个分支-----薄膜光学。光学薄膜技术水平已经成为衡量一个国家光电信息等高科技产业科技发展水平的关键技术之一。
聚碳酸酯薄膜最早产于德国拜耳公司，随后美国通用电气公司、日本三菱瓦斯化学、帝人化成公司等也相继组织生产，使该产品很快成为一个引人注目的品种。
聚碳酸酯(PC)薄膜具有良好的综合性能，普通薄膜为无色透明，透光率在90％以上，很适宜作为光学材料。PC不仅电性能优异，而且具有较高的拉伸强度和刚性，耐冲击性也是热塑性塑料中较高的。PC薄膜的吸水率及制品成型收缩率低，抗蠕变性优良，因而在不同的温度、湿度条件下制品的尺寸稳定，适合制作精密元件。特别是其耐寒性和耐热性十分优异，可在-100～130℃较宽的范围内长期工作。我国虽然是一个塑料薄膜与片材的生产与消费的大国，但产品多集中在常规的塑料材料方面，对于液晶光学用的聚碳酸酯级薄膜仍然依赖进口，同时，相关的生产工艺并没有见报道。
【发明内容】
本发明的目的是：提供一种液晶光学用的高透明聚碳酸酯薄膜及片材以及制造该种薄膜及片材的方法。
实现本发明第一个目的的技术方案是这样的：
一种液晶光学用的高透明聚碳酸酯薄膜及片材，该种薄膜及片材以聚碳酸酯作为原料，其特征在于：所述的聚碳酸酯原料的熔融指数为4～20g/10min。
优选的聚碳酸酯原料的熔融指数为6～14g/10min，更优选的聚碳酸酯原料的熔融指数为8～10g/10min，即所述的聚碳酸酯原料的分子量在20000～30000之间。
对于聚碳酸酯材料而言，由于种类繁多，对于加工生产薄膜来说，材料的熔融指数MFI值很关键，材料的熔融指数MFI值是由材料本身的分子量决定的。对于加工聚碳酸酯薄膜，MFI值太高，也就是材料的流动太好，不利于加工成薄膜及片材产品；MFI值太低，材料的流动性太差也不容易成型。最为优选的聚碳酸酯材料的MFI值在8～10g/10min，即材料的分子量在20000～30000之间的光学级芳香族聚碳酸酯树脂。
实现本发明第二个目的的技术方案是这样的：
一种液晶光学用的高透明聚碳酸酯薄膜及片材的制造方法，其特征在于：所述的方法包括下述步骤：
(1)原料干燥；
(2)原料输送；
(3)熔融塑化；
(4)成型；
(5)覆膜。
由于聚碳酸酯属于易吸水材料，原料在加工前应严格进行干燥以除去材料中所含的水份，干燥处理的温度与时间直接影响到最终产品的质量。干燥不足会导致薄膜表面有大量的气泡与晶点，干燥过度会导致材料结块无法正常生产。干燥处理的时间越长越好，但对于加工生产来说，连续化生产要求原料要连续供应，因此，原料的干燥时间不可能无限长。干燥可以采用热风循环干燥或除湿干燥等方式。上述步骤(1)中所述的原料干燥的温度不能高于原料本身的软化温度即150℃，但也不能低于80℃，所述的原料干燥的时间在相应的干燥温度下不能低于4～8个小时。干燥温度越高，相对干燥的时间就短一些。
上述步骤(2)中所述的原料输送是指经干燥后的原料通过真空吸料装置输送到挤出系统里，熔体经准确计量输送至T型模头，如果不能准确计量熔体流量，会导致薄膜厚度不均匀，偏差大，影响正常成膜，产品无法使用，特别是对于超薄膜的薄膜。在原料抽入挤出系统前，原料必需经过一个金属检测装置，它的作用是为了防止原料中存在有金属物质，如果存在，该金属检测装置会自动将金属物质排出，否则，金属物质会严重损坏挤出系统与T型模具及成型辊筒。
原料进入挤出机会进行熔融塑化，熔融塑化的好坏对薄膜的成型及表面质量至关重要，聚碳酸酯原料熔融塑化的温度有严格要求，温度过低会导致材料无法加工，温度过高会导致材料高温氧化发黄至炭化。上述步骤(3)中所述的熔融塑化的温度要求在聚碳酸酯原料的熔点以上40～80℃的范围内进行，优选的熔融塑化的温度范围控制在聚碳酸酯原料本身熔点以上的50～60℃。聚碳酸酯原料的熔点在220～230℃范围内，通常步骤(3)中所述的熔融塑化的温度在280℃。熔融塑化的原料经计量后送入T型模头形成一定厚度的片状熔体。
上述步骤(4)中所述的成型是指从T型模头出来的片状熔体经成型辊快速冷却成型形成聚碳酸酯薄膜或片材，冷却辊的温度应控制在原料加工温度即步骤3中的熔融塑化温度以下的145℃～155℃之间，温度过高或过低均会导致无法成膜。冷却的温度及成型辊的表面质量直接决定了产品的好坏，冷却的温度与产品的厚度直接相关，原则上越薄的产品冷却的温度越高，越厚的的产品冷却的温度越低，这其中主要涉及到一个热交换的过程，厚的产品释放的热量相对的较多。另外，成型辊的表面抛光程度对于薄膜表面质量至关重要，由于用于液晶光学方面的使用，表面不能有任何的污垢与灰尘，以确保薄膜表面的质量。
上述步骤(5)中所述的覆膜是指将上述步骤(4)中得到的聚碳酸酯薄膜或片材双面覆上保护膜。由于聚碳酸酯是一种极易刮伤的材料，特别是对于薄膜及片材产品，产品在后期的收卷与运输过程中会产生不同程度的表面刮伤，所以在收卷或切割产品前要对产品的表面进行相应的保护处理。最有效的保护处理是在薄聚碳酸酯膜或片材的双面覆一层抗刮伤的材料，最为优选的保护材料是PE材料，更为优选的是耐高温PE材料。覆膜采用加热覆膜的方式在聚碳酸酯表面进行。
经覆膜后的产品已经基本完成，需将产品以卷状的形式存放，此过程涉及薄膜的收卷或切割。成型的薄膜或片材需经多次展平才能正常收卷或切割成片，如果不经过相应的展平，薄膜会出现收缩导致收缩不齐或无法收卷。收卷要求产品的厚度均一，端面整齐。产品厚度与收卷张力是决定收卷或切割效果好坏的两个关键因素。
对于液晶光学用聚碳酸酯薄膜及片材的生产环境，由于聚碳酸酯在生产加工过程中会在薄膜的表面产生大量的静电，通过静电消除装置只能部分的消除这些静电，由于静电在表面存在，会使薄膜吸附环境周围的尘埃，使产品质量下降。因此，要求生产车间的净化度达到一定的级别，净化等级要求生产车间至少小于10万级，以确保产品的表面质量。
对于生产的其他辅助要求，包括水、电、气等方面，均需要确保稳定供应，不稳定将会导致产品的质量。例如，供气系统不稳定会导致成型辊的压力波动，直接会在产品表面反映出来会有许多的波纹状横纹，严重的会导致薄膜无法成型。因此，要求辅助系统的运行要平稳才能确保有良好的薄膜产品。
采用本工艺制造生产的聚碳酸酯薄膜及片材具有非常高的透光率，可达90％以上，材料的吸水率在0.34％以下，薄膜表面光滑平整，不存在黑点与晶点，不存在横纹与波浪暗线。薄膜厚度均匀，公差范围小于厚度的4％，卷材收卷端面平整无梯型，无收缩现象产生。用本发明的制造工艺生产的液晶光学用的高透明聚碳酸酯薄膜及片材具有如下的优点：
产品厚度：0.25mm
【具体实施方式】
为使贵审查员及公众能进一步了解本发明的特征及其有益效果，特结合实施例对本发明的具体实施方式详细描述如下：
实施例一：以生产厚度为0.25mm的高透明薄膜为例。选择优质的聚碳酸酯原料，熔融指数为12g/10min，加入热风循环干燥塔中进行除湿干燥，干燥温度设定为115℃，干燥时间设定为4个小时。
将挤出系统与模具的温度按聚碳酸酯原料熔融塑化要求升至280℃，将干燥到位的原料通过抽料系统抽入挤出系统的预加料装置，进行开机。开机挤料，挤料过程将挤出系统中的空气与杂质清除后，清理模具系统。清理结束后正常开机挤出薄膜，成型模具的温度设定在135℃，成型的薄膜经过冷却、测厚，牵引、切边、覆保护膜后收卷为成品。覆保护膜采用对薄膜或片材双面加热同时覆耐高温PE保护膜的方法，以防止薄膜或片材在后续过程中划。
实施例二：以生产厚度为0.5mm的高透明薄膜为例。选择优质的聚碳酸酯原料，熔融指数为10g/10min，加入热风循环干燥塔中进行除湿干燥，干燥温度设定为110℃，干燥时间设定为5个小时。
将挤出系统与模具的温度按碳酸酯原料熔融塑化的要求升至280℃，将干燥到位的原料通过抽料系统抽入挤出系统的预加料装置，进行开机。开机挤料，挤料过程将挤出系统中的空气与杂质清除后，清理模具系统。清理结束后正常开机挤出薄膜，成型模具的温度设定在130℃，成型的薄膜经过冷却、测厚，牵引、切边、覆保护膜后收卷为成品。
实施例三：以生产厚度为0.8mm的高透明薄膜为例。选择优质的聚碳酸酯原料，熔融指数为8g/10min，加入热风循环干燥塔中进行除湿干燥，干燥温度设定为105℃，干燥时间设定为6个小时。
将挤出系统与模具的温度按碳酸酯原料熔融塑化的要求升至280℃，将干燥到位的原料通过抽料系统抽入挤出系统的预加料装置，进行开机。开机挤料，挤料过程将挤出系统中的空气与杂质清除后，清理模具系统。清理结束后正常开机挤出薄膜，成型模具的温度设定在125℃，成型的薄膜经过冷却、测厚，牵引、切边、覆保护膜后收卷为成品。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明内容所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。