阻隔性薄膜工藝知多少：維信諾折疊機(jī)采用新型硬涂膜,柔性屏又增一解決方案

【中玻網(wǎng)】阻隔性薄膜工藝知多少

　　隨著人們生活水平的提高，人們對食品保質(zhì)添加劑用量越來越關(guān)注，在禁燒添加劑同時(shí)，確保食品，特別是肉制品依然能夠具備較長的保質(zhì)期，成為食品加工行業(yè)和軟包裝行業(yè)挑戰(zhàn)的難題，阻隔包裝在此基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生，而且阻隔包裝的市場需求量也保持5%的增長速度。本文將為大家分享目前常用的幾種阻隔包裝薄膜幾種加工工藝。

　　干式復(fù)合法

　　干式復(fù)合法是以各種片材或薄膜作為基材，用凹版輥在基材表面涂布一層粘結(jié)劑，經(jīng)過干燥烘道烘干發(fā)黏后，再在復(fù)合輥上壓貼復(fù)合。這是目前國內(nèi)常用的一種復(fù)合膜生產(chǎn)方法，干式復(fù)合的特點(diǎn)是適應(yīng)面廣，選擇好適當(dāng)?shù)恼辰觿�，可以對各種薄膜和片材進(jìn)行復(fù)合，如PE膜、PP膜、PA膜、PET膜等，而且復(fù)合強(qiáng)度高，復(fù)合速度快。但在幾種阻隔薄膜中，干式復(fù)合成本非常大，因?yàn)楦墒綇?fù)合采用了粘接劑，且用量約在2.5~5g/m2，因此會(huì)產(chǎn)生溶劑殘留，也會(huì)對環(huán)境產(chǎn)生污染等問題，另外如果采用無溶劑和水膠復(fù)合，復(fù)合成本比溶劑成本更高。

　　涂布復(fù)合法

　　涂布復(fù)合法的工藝比較簡單，對于較難單獨(dú)加工成膜的阻隔性樹脂，如PVA、PVDC等均可以采用涂布復(fù)合。PVA的熔融溫度為220~240℃，分解溫度200℃，要加工成薄膜需要添加增塑劑和穩(wěn)定劑，以提高熱分解溫度，降低熔融溫度。PVA是水溶性樹脂，在實(shí)際使用中采用水喝乙醇的混合物作為溶劑，在PK或PP薄膜上涂布4~6μm的厚度PVA，由于PVA耐水性差，可以采用在PVA溶劑中添加交聯(lián)劑以提高其耐水性，同時(shí)也提高了PVA與涂布基材的附著力。當(dāng)然為了增加阻隔性，也有一些廠家將涂布的PVA膜再進(jìn)行復(fù)合加工。

　　共擠薄膜法

　　共擠阻隔薄膜是利用多臺(tái)擠出機(jī)，通過一個(gè)多流道的多層共擠模頭，一次性生產(chǎn)多層結(jié)構(gòu)的薄膜的技術(shù)。這種方法對設(shè)備特別是機(jī)頭設(shè)計(jì)和工藝控制的要求高，近年來隨著機(jī)械加工和制作技術(shù)的成熟，共擠出復(fù)合法得到較快發(fā)展，從早的3層到現(xiàn)在的11層復(fù)合膜都可以生產(chǎn)，根據(jù)功能的需要，可選擇不同的材料，比如一種典型的7層共擠復(fù)合膜，其阻隔層采用EVOH和尼龍樹脂，通過粘接劑與PE樹脂或PP樹脂共擠一次成型，這樣確保了包裝的需要，又降低了成本。據(jù)有關(guān)調(diào)查表明，發(fā)達(dá)國家的共擠包裝薄膜占整個(gè)阻隔性包裝薄膜的40%，而我國僅占6%。因此多層共擠技術(shù)在我國將有很大的應(yīng)用空間，隨著薄膜表面印刷油墨的開發(fā)和表面印刷技術(shù)的提高，預(yù)計(jì)共擠出復(fù)合技術(shù)將得到更大的發(fā)展。從工藝上來說，共擠阻隔膜包括共擠吹膜和共擠流延兩種方法。

　　蒸鍍復(fù)合法

　　蒸鍍復(fù)合法是以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系塑料薄膜為基材與無機(jī)材料復(fù)合的技術(shù)，致密的無機(jī)層能賦予材料上好的阻隔性能。典型常見的蒸鍍復(fù)合是真空鍍鋁技術(shù)，在高真空條件下，通過高溫將鋁線熔化懲罰，鋁蒸氣沉淀集聚在塑料薄膜表面，形成一層厚約35-40mm的阻透層，作為基材的塑料薄膜可以是PE、PET、PA、PVC等,真空鍍鋁膜具有優(yōu)良的阻隔性能，在不要求透明包裝的情況下，鍍鋁膜是好的選擇，盡管鍍鋁層很薄，但是其阻透性能達(dá)到透濕<0.1g(m2.24h>,透氧<0.1cm2/(m2.24h,其阻透性能不受濕度的影響；鍍鋁膜的保香性好，具有金屬光澤，裝飾美觀，但不透明，包裝內(nèi)容物不直觀；耐曲揉性差，折揉后易產(chǎn)生小孔或裂痕，從而影響阻隔性。為了改善鍍鋁膜的不足，新的技術(shù)之一，是采用在塑料薄膜上鍍氧化硅（SiOx）,其中SiOx是Si2O3與Si3O4的混合物，工藝上可采用物理沉淀法和化學(xué)沉積法，鍍氧化硅膜的無機(jī)層致密，厚度有0.05~0.06μm,阻透性優(yōu)于一般共擠出膜和PVDC凃覆膜，除此之外，而且具有很好的透明性、耐揉曲性、耐酸堿性、較好的印刷性，適應(yīng)在微波爐中使用，燃燒處理的殘?jiān)苌�。可以用于蒸鍍的原料除SiOx外，還有AhO3、MgO、TiO2等。

　　C3Nano新型硬涂層膜厚度非常小、抗刮擦且擁有高硬度，非常適合智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦和可穿戴設(shè)備等應(yīng)用。

　　2019年12月5日，C3Nano宣布其硬涂層膜ActiveGuardHC?被維信諾在其新型可折疊智能手機(jī)中采用。這種薄膜可以為AMOLED顯示屏提供優(yōu)異的耐刮擦性、硬度、柔韌性和較好的光學(xué)清晰度。

　　ActiveGuardHC?硬涂膜可以與多種基材兼容，包括透明聚酰亞胺（TPI?），聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），聚碳酸酯（PC）。這種薄膜厚度非常小、抗刮擦且擁有高硬度，非常適合智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦和可穿戴設(shè)備等應(yīng)用。

　　隨著科技的發(fā)展，手機(jī)、電視機(jī)等擁有顯示屏的電子電器產(chǎn)品，正向著更輕、更薄、更易收納的方向發(fā)展。如果大家逛一逛家電市場就會(huì)發(fā)現(xiàn)，OLED（農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系發(fā)光二較管）電視機(jī)已經(jīng)成為了各大主流電視整機(jī)廠商的主推款式。一些OLED電視屏幕厚度僅有2.57毫米，纖薄的機(jī)身使其真的可以像一張壁畫那樣緊貼在墻面上，還具有超廣可視角度、幾乎無窮大的對比度等畫質(zhì)優(yōu)勢。

　　除了電視機(jī)，目前三星、蘋果、華為等品牌手機(jī)制造商也已經(jīng)開發(fā)出了OLED屏幕的折疊手機(jī)，并即將推向市場。不同于我們傳統(tǒng)概念的翻蓋折疊手機(jī)，這種手機(jī)因?yàn)槠聊豢梢韵窦堃粯虞p薄可折疊，實(shí)現(xiàn)了機(jī)身整體折疊收納的可能。

　　手機(jī)、電視機(jī)屏幕可彎曲折疊，已經(jīng)不再是夢，而為它們解鎖這一功能的，正是新型OLED屏幕的開發(fā)使用。而這一切的基礎(chǔ)，則是PI膜。

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　　PI薄膜

　　獲封“黃金薄膜”

　　在生產(chǎn)OLED顯示屏的過程中，首先需要基體材料具有耐熱性以及高溫尺寸穩(wěn)定性�；宀牧显诟邷刂圃爝^程中，如果不能保持優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，將會(huì)對顯示器件的品質(zhì)與可靠性產(chǎn)生致命影響。例如，如果基板在高溫時(shí)的尺寸變化過大，會(huì)造成光對位精度變差以及在材料層界產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致OLED器件顯示精度的降低，并有可能在彎曲時(shí)造成層與層之間的剝離。

　　此外，OLED基體材料必須具有柔韌性，且要在折疊的情況下不會(huì)斷裂，這樣一來，OLED屏才能實(shí)現(xiàn)可彎曲、可折疊。

　　中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員劉金剛介紹，PI（聚酰亞胺）是一類分子結(jié)構(gòu)中含有酰亞胺環(huán)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系高分子材料，剛性的酰亞胺環(huán)賦予了這類材料優(yōu)異的綜合性能，從而使得PI成為柔性顯示器件基板的材料。

　　科學(xué)家們經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，PI薄膜具有優(yōu)良的耐高溫特性、良好的力學(xué)性能以及優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，就算是在-270℃的較度低溫以及400℃較度高溫的條件下使用，也不會(huì)改變薄膜的屬性，既不熔融也不燃燒，具有較高的阻燃等級(jí)，不會(huì)被農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系溶劑侵蝕和破壞，薄膜的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度超過100兆帕，因此PI薄膜又被稱為“黃金薄膜”。

　　OLED有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，就是怕氧怕水。一旦有氧氣或者水汽進(jìn)入到OLED器件中，就會(huì)引起OLED器件壽命的大幅衰減，嚴(yán)重影響屏幕的使用壽命和使用性能。因此，OLED的使用壽命和效果很大程度上取決于柔性基板及封裝技術(shù)對于氧氣和水汽的隔阻能力。

　　針對這個(gè)問題，在生產(chǎn)柔性O(shè)LED器件的過程中，工程師們利用磁控濺射等方法，將SiO2、Al2O3等成分噴涂在PI基材表面，就形成了水汽阻隔膜。這樣一來，OLED在保證了可彎曲折疊的前提下，實(shí)現(xiàn)了防水防氧化，大大增加了屏幕的使用壽命。

　　成就微電子技術(shù)

　　OLED顯示屏一般采用的是撓性印制電路板(FPC)，具有輕、薄、柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)，有利于制造更輕薄的顯示屏產(chǎn)品。而撓性覆銅板(FCCL)則是生產(chǎn)FPC的基礎(chǔ)材料。FCCL表面的撓性絕緣基膜，除了要具有良好的機(jī)械性能和介電絕緣性能外，還必須具備優(yōu)良的撓曲性、尺寸穩(wěn)定性和耐熱性能。

　　山東萬達(dá)微電子材料有限公司高工劉學(xué)勇介紹，PI膜由于具有介電常數(shù)低、熱穩(wěn)定性高、吸濕性低和力學(xué)性能好等特性，因而被廣泛用作撓性覆銅板的基底材料及其配套的覆蓋膜中，對電子線路起著機(jī)械支撐和高介電絕緣的作用。

　　FCCL對其覆蓋薄膜除了有電力學(xué)性能的各項(xiàng)要求外，對薄膜的熱膨脹系數(shù)、性能、厚度和質(zhì)量等也都有較高的要求。在這方面，PI薄膜耐400℃高溫的性能就能起到很好的效果。在利用PI膜制成的撓性線路板進(jìn)行電路板熱熔焊接時(shí)，基板不會(huì)熔融、分解，能夠很好支撐FCCL的生產(chǎn)要求。此外，低熱膨脹系數(shù)也是FCCL生產(chǎn)過程中需要考量的重要指標(biāo)，而PI薄膜的熱膨脹系數(shù)與銅信號(hào)線接近，避免了由于兩者之間熱膨脹系數(shù)差別非常大而引起內(nèi)應(yīng)力。

　　作為FCCL基底材料，其吸潮率也要越低越好。當(dāng)吸潮率低于2%時(shí)，柔性封裝基板在圖形制作過程中，才能在250℃~300℃的高溫環(huán)境下不產(chǎn)生氣泡或剝離現(xiàn)象。PI膜由于酰亞胺基團(tuán)的存在，使其吸水率低于1.5%，較好地滿足了FCCL的生產(chǎn)需求。

　　此外，PI膜能夠做到較薄，其厚度可做到12.5微米。這也給OLED微電子零件的封裝形成了有力支撐。

　　各種優(yōu)異性能的結(jié)合，使得OLED柔性屏幕的生產(chǎn)成為了常態(tài)。難怪業(yè)內(nèi)有人說：“沒有PI薄膜，就不會(huì)有今天的微電子技術(shù)；沒有12.5微米規(guī)格的PI薄膜，就沒有先進(jìn)的微電子封裝。”

　　助力智慧生活

　　PI薄膜是由均苯四甲酸二酐(PMDA)和二胺基二苯醚(DDE)在強(qiáng)較性溶劑二甲基乙酰胺（DMAC）中，經(jīng)縮聚并流延成膜再經(jīng)亞胺化處理后得到的，其生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，技術(shù)含量高。

　　但由于PI分子結(jié)構(gòu)中存在芳香共軛結(jié)構(gòu)，易形成電子轉(zhuǎn)移絡(luò)合物，因此PI薄膜普遍呈棕顏色，這使其在柔性顯示器基材中的應(yīng)用受到限制。因此，科學(xué)家們通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、新合成技術(shù)等方法，對PI薄膜進(jìn)行改性，以使其能夠有更廣泛的應(yīng)用。

　　西南科技大學(xué)教授黃渝鴻介紹，從分子設(shè)計(jì)上減少共軛單元、分子內(nèi)和分子間的傳荷作用，可提高PI薄膜的透明性，主要方法是在分子結(jié)構(gòu)中引入含氟取代基、砜基等。PI膜引入含氟取代基后，可在不影響其良好耐熱性能的前提下，大幅度提高PI薄膜的溶解性和透明性，并降低其介電常數(shù)和吸濕性。

　　此外，通過對聚酰亞胺分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，引入官能團(tuán)，可以提高PI膜產(chǎn)品的性能。科學(xué)家們開發(fā)了PI低溫化學(xué)酰亞胺化工藝，通過噴涂—雙向拉伸法生產(chǎn)超薄PI薄膜，提高了薄膜平整性和力學(xué)性能，薄膜薄可達(dá)到6微米，介電強(qiáng)度、熱/吸濕膨脹系數(shù)、拉伸強(qiáng)度等指標(biāo)也都能達(dá)到全部先進(jìn)水平。

　　PI膜改性后，綜合性能優(yōu)異，應(yīng)用領(lǐng)域也因此被擴(kuò)展到量子點(diǎn)電視、VR眼鏡、智能家居、車載、人工智能、智慧樓宇、無人駕駛等領(lǐng)域。未來，包括教育、服飾、體育競技、智慧城市等都將是柔性顯示技術(shù)的用武之地，“互聯(lián)網(wǎng)+柔性顯示”也將在不久的將來，催生出一個(gè)全新的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。

　　這種薄膜的出現(xiàn)，為柔性設(shè)備提供了一種新型的方案，它是玻璃蓋板非常理想的替代品，在折疊手機(jī)所帶起的柔性大潮之下，新解決方案的出現(xiàn)能給更多的廠商打開柔性設(shè)備的大門。

　　C3Nano公司是由有名華裔女科學(xué)家、美國工程院院士、斯坦福大學(xué)化學(xué)工程系鮑哲南教授于2010年在美國硅谷成立的，致力于開發(fā)在廣泛電子應(yīng)用領(lǐng)域使用的新材料及化學(xué)技術(shù)的先進(jìn)材料公司，是觸控、顯示及柔性電子產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)和以納米銀為基礎(chǔ)的透明導(dǎo)電技術(shù)的帶領(lǐng)者。

　　當(dāng)然，除了C3Nano之外，也有很多企業(yè)進(jìn)行了特殊蓋板的開發(fā)。

　　今年3月25日，日本東麗在其官網(wǎng)放出消息，他們成功開發(fā)出了一種透明芳綸薄膜，其硬度與玻璃相同，并且可以彎曲，彎曲半徑可達(dá)1mm。

　　芳綸是一種超級(jí)工程塑料，具有優(yōu)異的剛性和耐熱性，東麗則具有世界上商業(yè)化的芳綸膜Miktron?，基于這種技術(shù)儲(chǔ)備，東麗采用了獨(dú)特的聚合物設(shè)計(jì)和成膜技術(shù)，開發(fā)出了一種高剛性、高耐熱性并且無色透明的芳綸薄膜。

　　此外，東麗通過對這種透明芳綸膜進(jìn)行表面處理，成功賦予了它9H的非常高硬度和抗彎曲性，承受彎曲次數(shù)可達(dá)100萬次或以上。公司表示，通過使用這種產(chǎn)品作為柔性顯示器的蓋板，他們希望顯示器可以變得更薄更柔韌，同時(shí)具有與玻璃相同的耐刮擦性。

　　2018年12月，東洋紡開發(fā)了耐屈曲性的光學(xué)PET薄膜，有望替代可折疊手機(jī)的玻璃蓋板用PI薄膜。

　　膜鏈了解到，目前市面上公開的可折疊手機(jī)皆價(jià)格不菲，而日媒提到，東洋紡的新型薄膜性能接近于柔性CPI薄膜，但相比于CPI薄膜，它可降低約90%的材料成本！

　　對于折疊手機(jī)來說，目前CPI薄膜在同類產(chǎn)品中仍然具有不可小覷的優(yōu)勢。

　　明顯的一點(diǎn)在于，CPI薄膜已經(jīng)擁有了完備的量產(chǎn)條件，即使面對自身“劃痕”的弱點(diǎn)，各廠家也可通過在其表面添加硬涂層涂布來應(yīng)對。因此CPI（透明聚酰亞胺）薄膜一直被認(rèn)為是可折疊顯示器蓋板的選擇，從三星到華為，眾多手機(jī)廠商都選擇了這種材料作為蓋板。

　　但自從2月韓媒爆出消息：折疊式手機(jī)專項(xiàng)使用超薄強(qiáng)化玻璃將取代CPI薄膜，成為三星電子2020年新一代折疊式智能型手機(jī)的保護(hù)玻璃材料，業(yè)界便對CPI薄膜的適用性產(chǎn)生了質(zhì)疑。

　　這種特殊的玻璃材料就是由Dolnsys供應(yīng)的UTG玻璃，這是一種更薄更堅(jiān)固的玻璃，擁有比CPI蓋板更有韌性，直接解決了易碎與不可撓的問題，并且保持了玻璃本身的大量優(yōu)點(diǎn)。

　　與此同時(shí)，針對柔性玻璃蓋板，還有一種特殊的技術(shù)正在測試中，那就是彈簧玻璃技術(shù)。彈簧玻璃技術(shù)是當(dāng)激光射向可折疊智能手機(jī)彎曲的部分時(shí)，玻璃會(huì)像橡膠一樣有彈性。這項(xiàng)技術(shù)的特殊之處在于，它只改變玻璃的一種性質(zhì)，而不改變玻璃的光學(xué)性質(zhì)或顏色。