雙軸延伸聚酯膜加工技術與微結構探討及其產業概況

刊登日期:2013/12/13
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相較於一般塑料薄膜常見的流延膜(Casting Film)及吹膜(Blown Film)製程,雙軸延伸膜(Biaxially Oriented Film)膜法得到之聚酯膜(BOPET Film),其性能良好、產品應用廣泛,為目前聚酯薄膜之主要加工方法。惟雙軸延法的設備及製程技術門檻極高,關鍵技術掌握在日、美、韓等國,也是目前全球BOPET膜主要生產國(圖二),其他廠商皆僅能透過設備及技術引進方式進行一般泛用型聚酯膜生產。我國雖在聚酯纖維、寶特瓶及石化上游原料乙二醇、對苯二甲酸等產量居世界重要地位,目前僅新光合纖公司(年產54,000噸,4條產線)及南亞塑膠公司(年產72,000噸,5條產線,預計2014年有2條新產線開出)有相關BOPET膜之產能。

BOPET膜之現況、發展及挑戰
1. 光學薄膜
光學級BOPET薄膜主要應用於平面顯示器產業,可分為基材用膜及離型用膜,基材用膜包括ITO膜、背光模組及AR膜(Anti-reflection Film)等,而離型用膜主要用於面板製程及檢驗過程中保護特定功能之機能膜,隨後即可將其移除,並不存在於面板成品。光學膜為BOPET膜高值化應用代表之一,惟BOPET必須具有高度透明及無雜點特性,設備及技術具高挑戰性。近期日本及德國設備商以同步雙軸延伸系統(Simultaneous Stretching Tender)開發無光學異向性之BOPET膜,為另一光學膜應用實例,此膜將用以取代現有PVA偏光膜之保護膜—TAC膜(Triacetate Cellulose Film),國內已有廠商投入相關製程開發,惟該技術設備門檻高且薄膜在熱定型製程中分子配向不易控制,目前尚無法商業化量產。

5. 多層共押出膜
為提高薄膜綜合性能,現行BOPET膜已多採用A/B/A、A/B/C,甚至更多層的結構,其中B層為PET, A與C層則為功能性聚酯層,以滿足熱封膜、高阻氣膜、耐熱膜及抗紫外線膜等功能。以熱封膜為例,原PET膜不具熱封性,透過與PETG共押出,可製得熱封膜,此多層共押出技術可大幅拓展BOPET膜之應用性。相關共押膜技術則著重於不同材料間流變參數之調控及延伸製程條件之控制。

BOPET膜微結構分析實例
針對延伸製程與結晶微結構之探討,本研究採用實驗室級押出及雙軸延伸設備進行BOPET膜之製作,薄膜級聚酯原料在流變分析及製程調控後,經押出鑄膜設備獲得結晶度小於7%之前驅原膜,並於材料玻璃轉換溫度(Tg)至再結晶溫度(Tc)間進行縱向及橫向之延伸,隨後於接近熔點下進行BOPET膜之熱定型。圖五為透過同步幅射小角度及廣角散射(Synchrotron SAXS/WAXS )二維光譜圖所獲得不同延伸倍率之BOPET膜結晶微結構變化。


圖四、聚酯薄膜縱向收縮之示意圖

未經延伸製程之前驅膜(1×1,圖五),可明顯看出膜材結晶特性不明顯,分子無明顯之取向性,隨縱向延伸倍率之增加(2×1至5×1),在WAXS二維光譜上可明顯看出散射點於TD方向上顯現出來,此結果可顯示……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文


圖七、不同結晶抑制劑含量下,BOPET膜(3×3)層狀奈米結構之間距

作者:邱茂源、龔丹誠 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌324期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=11527


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