【中玻網】阻隔性薄膜工藝知多少

　　隨著人們生活水平的提高，人們對食品保質添加劑用量越來越關注，在禁燒添加劑同時，確保食品，特別是肉制品依然能夠具備較長的保質期，成為食品加工行業和軟包裝行業挑戰的難題，阻隔包裝在此基礎上應運而生，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。

　　干式復合法

　　干式復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劑，經過干燥烘道烘干發黏后，再在復合輥上壓貼復合。這是目前國內常用的一種復合膜生產方法，干式復合的特點是適應面廣，選擇好適當的粘接劑，可以對各種薄膜和片材進行復合，如PE膜、PP膜、PA膜、PET膜等，而且復合強度高，復合速度快。但在幾種阻隔薄膜中，干式復合成本非常大，因為干式復合采用了粘接劑，且用量約在2.5~5g/m2，因此會產生溶劑殘留，也會對環境產生污染等問題，另外如果采用無溶劑和水膠復合，復合成本比溶劑成本更高。

　　涂布復合法

　　涂布復合法的工藝比較簡單，對于較難單獨加工成膜的阻隔性樹脂，如PVA、PVDC等均可以采用涂布復合。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溶劑中添加交聯劑以提高其耐水性，同時也提高了PVA與涂布基材的附著力。當然為了增加阻隔性，也有一些廠家將涂布的PVA膜再進行復合加工。

　　共擠薄膜法

　　共擠阻隔薄膜是利用多臺擠出機，通過一個多流道的多層共擠模頭，一次性生產多層結構的薄膜的技術。這種方法對設備特別是機頭設計和工藝控制的要求高，近年來隨著機械加工和制作技術的成熟，共擠出復合法得到較快發展，從早的3層到現在的11層復合膜都可以生產，根據功能的需要，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。據有關調查表明，發達國家的共擠包裝薄膜占整個阻隔性包裝薄膜的40%，而我國僅占6%。因此多層共擠技術在我國將有很大的應用空間，隨著薄膜表面印刷油墨的開發和表面印刷技術的提高，預計共擠出復合技術將得到更大的發展。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。

　　蒸鍍復合法

　　蒸鍍復合法是以農業生產體系塑料薄膜為基材與無機材料復合的技術，致密的無機層能賦予材料上好的阻隔性能。典型常見的蒸鍍復合是真空鍍鋁技術，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，包裝內容物不直觀；耐曲揉性差，折揉后易產生小孔或裂痕，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沉積法，鍍氧化硅膜的無機層致密，厚度有0.05~0.06μm,阻透性優于一般共擠出膜和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，適應在微波爐中使用，燃燒處理的殘渣很少。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、平板電腦、筆記本電腦和可穿戴設備等應用。

　　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中采用。這種薄膜可以為AMOLED顯示屏提供優異的耐刮擦性、硬度、柔韌性和較好的光學清晰度。

　　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、平板電腦、筆記本電腦和可穿戴設備等應用。

　　隨著科技的發展，手機、電視機等擁有顯示屏的電子電器產品，正向著更輕、更薄、更易收納的方向發展。如果大家逛一逛家電市場就會發現，OLED（農業生產體系發光二較管）電視機已經成為了各大主流電視整機廠商的主推款式。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優勢。

　　除了電視機，目前三星、蘋果、華為等品牌手機制造商也已經開發出了OLED屏幕的折疊手機，并即將推向市場。不同于我們傳統概念的翻蓋折疊手機，這種手機因為屏幕可以像紙一樣輕薄可折疊，實現了機身整體折疊收納的可能。

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

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　　PI薄膜

　　獲封“黃金薄膜”

　　在生產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定性。基板材料在高溫制造過程中，如果不能保持優良的尺寸穩定性，將會對顯示器件的品質與可靠性產生致命影響。例如，如果基板在高溫時的尺寸變化過大，會造成光對位精度變差以及在材料層界產生內應力，導致OLED器件顯示精度的降低，并有可能在彎曲時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斷裂，這樣一來，OLED屏才能實現可彎曲、可折疊。

　　中國科學院化學研究所研究員劉金剛介紹，PI（聚酰亞胺）是一類分子結構中含有酰亞胺環的農業生產體系高分子材料，剛性的酰亞胺環賦予了這類材料優異的綜合性能，從而使得PI成為柔性顯示器件基板的材料。

　　科學家們經過對比發現，PI薄膜具有優良的耐高溫特性、良好的力學性能以及優良的化學穩定性，就算是在-270℃的較度低溫以及400℃較度高溫的條件下使用，也不會改變薄膜的屬性，既不熔融也不燃燒，具有較高的阻燃等級，不會被農業生產體系溶劑侵蝕和破壞，薄膜的拉伸強度和彎曲強度超過100兆帕，因此PI薄膜又被稱為“黃金薄膜”。

　　OLED有一個致命的弱點，就是怕氧怕水。一旦有氧氣或者水汽進入到OLED器件中，就會引起OLED器件壽命的大幅衰減，嚴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對于氧氣和水汽的隔阻能力。

　　針對這個問題，在生產柔性OLED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，實現了防水防氧化，大大增加了屏幕的使用壽命。

　　成就微電子技術

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

　　山東萬達微電子材料有限公司高工劉學勇介紹，PI膜由于具有介電常數低、熱穩定性高、吸濕性低和力學性能好等特性，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性能的各項要求外，對薄膜的熱膨脹系數、性能、厚度和質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行電路板熱熔焊接時，基板不會熔融、分解，能夠很好支撐FCCL的生產要求。此外，低熱膨脹系數也是FCCL生產過程中需要考量的重要指標，而PI薄膜的熱膨脹系數與銅信號線接近，避免了由于兩者之間熱膨脹系數差別非常大而引起內應力。

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

　　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。

　　各種優異性能的結合，使得OLED柔性屏幕的生產成為了常態。難怪業內有人說：“沒有PI薄膜，就不會有今天的微電子技術；沒有12.5微米規格的PI薄膜，就沒有先進的微電子封裝。”

　　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)在強較性溶劑二甲基乙酰胺（DMAC）中，經縮聚并流延成膜再經亞胺化處理后得到的，其生產工藝較為復雜，技術含量高。

　　但由于PI分子結構中存在芳香共軛結構，易形成電子轉移絡合物，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用受到限制。因此，科學家們通過分子結構設計、新合成技術等方法，對PI薄膜進行改性，以使其能夠有更廣泛的應用。

　　西南科技大學教授黃渝鴻介紹，從分子設計上減少共軛單元、分子內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構中引入含氟取代基、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，并降低其介電常數和吸濕性。

　　此外，通過對聚酰亞胺分子結構優化設計，引入官能團，可以提高PI膜產品的性能。科學家們開發了PI低溫化學酰亞胺化工藝，通過噴涂—雙向拉伸法生產超薄PI薄膜，提高了薄膜平整性和力學性能，薄膜薄可達到6微米，介電強度、熱/吸濕膨脹系數、拉伸強度等指標也都能達到全部先進水平。

　　PI膜改性后，綜合性能優異，應用領域也因此被擴展到量子點電視、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的用武之地，“互聯網+柔性顯示”也將在不久的將來，催生出一個全新的互聯網時代。

　　這種薄膜的出現，為柔性設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，在折疊手機所帶起的柔性大潮之下，新解決方案的出現能給更多的廠商打開柔性設備的大門。

　　C3Nano公司是由有名華裔女科學家、美國工程院院士、斯坦福大學化學工程系鮑哲南教授于2010年在美國硅谷成立的，致力于開發在廣泛電子應用領域使用的新材料及化學技術的先進材料公司，是觸控、顯示及柔性電子產業核心技術和以納米銀為基礎的透明導電技術的帶領者。

　　當然，除了C3Nano之外，也有很多企業進行了特殊蓋板的開發。

　　今年3月25日，日本東麗在其官網放出消息，他們成功開發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1mm。

　　芳綸是一種超級工程塑料，具有優異的剛性和耐熱性，東麗則具有世界上商業化的芳綸膜Miktron?，基于這種技術儲備，東麗采用了獨特的聚合物設計和成膜技術，開發出了一種高剛性、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，承受彎曲次數可達100萬次或以上。公司表示，通過使用這種產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，同時具有與玻璃相同的耐刮擦性。

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

　　膜鏈了解到，目前市面上公開的可折疊手機皆價格不菲，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！

　　對于折疊手機來說，目前CPI薄膜在同類產品中仍然具有不可小覷的優勢。

　　明顯的一點在于，CPI薄膜已經擁有了完備的量產條件，即使面對自身“劃痕”的弱點，各廠家也可通過在其表面添加硬涂層涂布來應對。因此CPI（透明聚酰亞胺）薄膜一直被認為是可折疊顯示器蓋板的選擇，從三星到華為，眾多手機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：折疊式手機專項使用超薄強化玻璃將取代CPI薄膜，成為三星電子2020年新一代折疊式智能型手機的保護玻璃材料，業界便對CPI薄膜的適用性產生了質疑。

　　這種特殊的玻璃材料就是由Dolnsys供應的UTG玻璃，這是一種更薄更堅固的玻璃，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點。

　　與此同時，針對柔性玻璃蓋板，還有一種特殊的技術正在測試中，那就是彈簧玻璃技術。彈簧玻璃技術是當激光射向可折疊智能手機彎曲的部分時，玻璃會像橡膠一樣有彈性。這項技術的特殊之處在于，它只改變玻璃的一種性質，而不改變玻璃的光學性質或顏色。