計(jì)量泵在聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究
摘要：為提高聚酰亞胺薄膜產(chǎn)品的厚度均勻性，提高其公差水平，將計(jì)量泵應(yīng)用于聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)線中，通過(guò)計(jì)量和調(diào)節(jié)
技巧等技術(shù)的靈活運(yùn)用，結(jié)果表明，聚酰亞胺薄膜產(chǎn)品的厚度公差從8％～10％降低到3％～5％，有效地控制了薄膜產(chǎn)品
的厚度均勻性，明顯地改善了聚酰亞胺薄膜的厚度公差。
關(guān)鍵詞：聚酰亞胺薄膜；計(jì)量泵；厚度；均勻性
中圖分類(lèi)號(hào)：TM215；TM930 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009—9239(2007)04—0036—03
Application Study of M etering Pum p
in the Production Line for Polyim ide Film
REN Xiao．1ong，LIU Qing
(Guilin Electrical Equipment Scientific Research Institute， Guilin 541004， China)
Abstract：By the use of metering pump，and the application of metering and adjusting technique in the
production line for polyimide film ． the thickness tolerance of polyimide film was reduced from 8％ ～
10％ to 3％ ～ 5％ ． Thus the thickness uniformity was controlled effectively and the thickness tolerance
of polyimide film was improved obviously．
Key words：polyimide film ：metering pump：thickness；uniformity
1 前言
聚酰亞胺(PI)薄膜是目前耐熱性能的有機(jī)
薄膜，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)200℃ 以上，其電氣性能、耐
輻射性能和耐火性能也同樣突出。在航天、電工
電器和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。流涎拉伸
法是目前生產(chǎn)PI薄膜的主要加工工藝之一：將聚酰
胺酸(PAA)溶液流延到光滑的基材表面上，經(jīng)脫溶
劑，在拉伸過(guò)程中用加熱環(huán)化法制備PI薄膜。在生產(chǎn)
過(guò)程中，PAA膜的厚度均勻性對(duì)薄膜zui終的性能有
著顯著的影響。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的PI薄膜產(chǎn)品性能與
國(guó)外生產(chǎn)的PI薄膜仍然有較大差異，主要體現(xiàn)在厚
度均勻性較差等方面，如美國(guó)杜邦公司產(chǎn)品的指標(biāo)為
5％，實(shí)測(cè)僅為2％，而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的均苯型PI薄膜厚
度公差約8％～10％。因此提高PI薄膜厚度均勻性
對(duì)聚酰亞胺薄膜的制造水平具有重要的實(shí)用意義，同
時(shí)伴隨而來(lái)的是經(jīng)濟(jì)效益。在聚酰亞胺(PI)薄膜生產(chǎn)
線中增加計(jì)量裝置及自動(dòng)化在線測(cè)量裝置，以此控制
PI薄膜厚度均勻性，有效地改善了PI薄膜的厚度公
差。
2 PI薄膜的生產(chǎn)方式
流涎法生產(chǎn)PI薄膜是用流涎嘴(包括刮板式和
收稿日期：2007—05—20 修回日期：2007—07—25
作者簡(jiǎn)介：任小龍(1982一)，男，陜西蒲城人，助理工程師．從事絕緣
材料開(kāi)發(fā)研究工作．()0773—5888471。
擠出式)將樹(shù)脂流涎到鋼帶上成膜。但用壓縮空氣輸
送時(shí)壓力波動(dòng)對(duì)擠出量的影響比較敏感，對(duì)流涎嘴中
樹(shù)脂液位或擠出量有直接影響，影響到流涎樹(shù)脂在鋼
帶上成膜的厚度均勻性。
在流涎法生產(chǎn)聚酰亞胺薄膜時(shí)，對(duì)于刮板式(也
稱(chēng)重力式流涎嘴)，其樹(shù)脂液是靠樹(shù)脂的重力流向鋼
帶的，鋼帶上樹(shù)脂液膜的厚度受到流涎嘴里樹(shù)脂液位
高度、鋼帶運(yùn)行速度的波動(dòng)、鋼帶的厚度公差、流涎嘴
支撐點(diǎn)的振動(dòng)、前鼓的加工精度、流涎嘴唇口的平面
度和直線度等因素的影響，但除流涎嘴里樹(shù)脂液位高
度的因素之外，其他因素在生產(chǎn)過(guò)程中都是無(wú)法補(bǔ)償
的。而對(duì)于擠出式(也稱(chēng)壓力式流涎嘴)而言，其液膜
的厚度同樣取決于擠出壓力的穩(wěn)定、鋼帶運(yùn)行速度的
波動(dòng)、鋼帶的厚度公差、流涎嘴支撐點(diǎn)的振動(dòng)、前鼓的
加工精度、流涎嘴唇口的平面度和直線度等因素的影
響，但主要是擠出壓力的影響。
流涎一拉伸法生產(chǎn)薄膜時(shí)流涎嘴放在前鼓上，它
可以隨前鼓同步浮動(dòng)，宏觀上保證了流涎嘴刮板與鋼
帶之間的距離恒定，但隨著流涎嘴中聚酰胺酸樹(shù)脂液
位高低變化或機(jī)頭壓力變化會(huì)引起流量不恒定，不能
確保聚酰胺酸薄膜的厚度均勻性。所以刮板式流涎嘴
對(duì)樹(shù)脂液位的高度、擠壓式流涎嘴對(duì)擠出壓力的穩(wěn)定
等要求都很高。
因此采用恒定壓力擠出流涎系統(tǒng)可以使聚酰胺
酸樹(shù)脂恒量地流到鋼帶上，對(duì)改善薄膜厚度均勻性起
重要的作用。
絕緣材料2007，40(4) 任小龍等：計(jì)量泵在聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究 37
3 計(jì)量泵的應(yīng)用
流涎一雙向拉伸生產(chǎn)聚酰亞胺薄膜，關(guān)鍵問(wèn)題之
一就是要保持聚酰胺酸樹(shù)脂輸出壓力均勻、穩(wěn)定，為
了實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂的穩(wěn)定輸送，可以安裝一臺(tái)高精度的齒輪
計(jì)量泵。
3．1 工作原理
流體計(jì)量泵是一種高精度的齒輪泵，計(jì)量泵內(nèi)只
有3個(gè)運(yùn)動(dòng)部件(驅(qū)動(dòng)齒輪、被動(dòng)齒輪、驅(qū)動(dòng)軸)，而且
齒輪是被高精度的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)。常用的齒輪泵為外
嚙合二齒輪的泵，其運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪嚙合脫開(kāi)處為自由
空間，構(gòu)成泵的進(jìn)料側(cè)，而進(jìn)入的樹(shù)脂被齒輪強(qiáng)制帶
入泵體的嚙合區(qū)間， 此區(qū)的高壓液體只能壓入出料
管，不會(huì)帶入進(jìn)料區(qū)。齒輪計(jì)量泵是一種容積計(jì)量泵，
可以通過(guò)實(shí)際操作，使計(jì)量泵處于*的工作狀態(tài)。
計(jì)量泵的輸液量取決于齒輪的齒形間隙與泵的轉(zhuǎn)
速。物料每轉(zhuǎn)的擠出量都是恒定的，泵的轉(zhuǎn)速可用變
頻調(diào)速電機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)控制。
在使用齒輪泵計(jì)量的過(guò)程中，瞬間輸液量是由小
到大，再由大到小不停的變化著，即存在周期性微小
的波動(dòng)。波動(dòng)的大小與齒輪參數(shù)有關(guān)，例如與齒輪的
齒數(shù)、齒頂高系數(shù)、齒輪嚙合角、重疊系數(shù)等因素有
關(guān)，但樹(shù)脂輸送過(guò)程中可以吸收這些微小的波動(dòng)。
為了進(jìn)一步提高計(jì)量精度，也可以采用三齒輪的
計(jì)量泵。三齒輪計(jì)量泵輸液量的波動(dòng)較二齒輪要小
些。在實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程中，系統(tǒng)有著很大的阻力，可
以起到緩沖的作用，因此，二齒輪泵基本能夠滿(mǎn)足生
產(chǎn)要求。
3．2 縱向厚度均勻性的控制
在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)計(jì)量泵，提高
聚酰亞胺薄膜產(chǎn)品厚度均勻性：
(1)一般的流涎方法是通過(guò)壓縮空氣將聚酰胺酸
樹(shù)脂輸送到流涎嘴，靠空氣壓力維持刮板流涎嘴的液
位，所使用的壓縮空氣的壓力控制維持在10％誤差
范圍內(nèi)。導(dǎo)致樹(shù)脂液位控制結(jié)果為目標(biāo)液位值的
±12％ ，其結(jié)果會(huì)造成聚酰亞胺薄膜縱向的厚度公差
較大。但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用計(jì)量泵裝置時(shí)，通過(guò)調(diào)
節(jié)計(jì)量泵轉(zhuǎn)速，可以有效的控制流涎嘴中樹(shù)脂液位的
高低，當(dāng)樹(shù)脂液位在目標(biāo)控制限之上，說(shuō)明計(jì)量泵轉(zhuǎn)
數(shù)太高，這時(shí)可將計(jì)量泵轉(zhuǎn)數(shù)向低調(diào)整，相反當(dāng)液位
在目標(biāo)控制線之下，則可將計(jì)量泵的轉(zhuǎn)數(shù)向高調(diào)整，
重復(fù)調(diào)整數(shù)次，樹(shù)脂液位zui終可以穩(wěn)定控制在目標(biāo)液
位值的±2％以?xún)?nèi)，從而大大改善聚酰亞胺薄膜產(chǎn)品
的縱向厚度均勻性。
(2)在聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)線中使用擠出機(jī)頭時(shí)，
在唇口位置有時(shí)出現(xiàn)堆料現(xiàn)象，使聚酰胺酸薄膜留下
縱向拖痕，這時(shí)通過(guò)將計(jì)量泵轉(zhuǎn)數(shù)向高調(diào)整，就可以
在很短時(shí)間內(nèi)消除該現(xiàn)象，計(jì)量泵調(diào)整的大小與堆料
現(xiàn)象的消除時(shí)間長(zhǎng)短成比例。
(3)在生產(chǎn)過(guò)程中，計(jì)量泵進(jìn)出口的壓力是決定
擠出壓力穩(wěn)定性zui重要的因素。實(shí)踐證明只要計(jì)量泵
前壓力(P )基本穩(wěn)定，并且泵速穩(wěn)定，則進(jìn)入機(jī)頭的
樹(shù)脂壓力(P：)的變化就十分平緩。根據(jù)這一原理，生
產(chǎn)中就可以通過(guò)觀察P 壓力值變化，實(shí)現(xiàn)P：值穩(wěn)定
的目的。利用這種薄膜縱向厚度控制方法在體系阻力
不高的情況下使用，效果很好。
(4)為了提高雙向拉伸聚酰亞胺薄膜縱向厚度均
勻性，在生產(chǎn)過(guò)程中，需要根據(jù)薄膜的厚度變化情況，
利用生產(chǎn)系統(tǒng)的測(cè)厚反饋系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)鋼帶的線速
度或計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)薄膜厚度，在生產(chǎn)中是
行之有效的方法。
聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)常常采用2種控制制膜厚度
的方法，一種是計(jì)量泵速度不變，調(diào)節(jié)鋼帶速度的方
式來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)厚度的目的。另一種方法是調(diào)節(jié)計(jì)量泵
的速度，保證進(jìn)入流涎嘴的樹(shù)脂量要適合目標(biāo)厚度的
要求。這兩種控制方法在自動(dòng)化較高的雙向拉伸聚酰
亞胺薄膜生產(chǎn)線上都可以實(shí)現(xiàn)，操作人員可以任意選
擇。
3．3 橫向厚度均勻性的控制
實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，在流延一拉伸法傳統(tǒng)生產(chǎn)線上
加裝計(jì)量泵和薄膜擠出機(jī)頭，并與測(cè)厚系統(tǒng)組合成生
產(chǎn)線，通過(guò)這種系統(tǒng)組合可以調(diào)節(jié)計(jì)量泵轉(zhuǎn)速，提高
聚酰亞胺薄膜產(chǎn)品厚度均勻性，從而有效地提高流涎
聚酰亞胺薄膜產(chǎn)品質(zhì)量。
圖1(a)所示聚酰亞胺薄膜產(chǎn)品顯示值為24．5
m ， 與所需目標(biāo)值25．0 m相差0．5 m，可以將計(jì)
量泵的轉(zhuǎn)速提高一定轉(zhuǎn)數(shù)，通過(guò)這種改變，可以將產(chǎn)
品厚度目標(biāo)值從24．5 m調(diào)節(jié)至圖1(c)所示的目標(biāo)
值25．0 m，相反顯示值比所需目標(biāo)值大，則可以通
過(guò)降低計(jì)量泵轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)。
從圖1中可以看出，薄膜產(chǎn)品的橫向厚度均勻性
較差，通過(guò)對(duì)計(jì)量泵參數(shù)作相應(yīng)的調(diào)節(jié)，在一定范圍
內(nèi)(如0．2～0．6 r／min)提高計(jì)量泵轉(zhuǎn)速，產(chǎn)品厚度均
勻性就可以達(dá)到圖1(c)所示效果。從圖1中比較可
以看出，聚酰亞胺薄膜產(chǎn)品的厚度公差降低到3％～
5％，有效地控制了薄膜產(chǎn)品的厚度均勻性，明顯地改
善了聚酰亞胺薄膜的厚度公差。
4 結(jié)論
在生產(chǎn)聚酰亞胺薄膜過(guò)程中，計(jì)量泵主要功能一
是給樹(shù)脂增加輸送壓力，二是方便地調(diào)節(jié)其輸送量，
三是確保穩(wěn)定的輸送量，這些功能優(yōu)于各種類(lèi)型的空
壓法輸送樹(shù)脂。將它與壓力反饋控制裝置聯(lián)合使用
時(shí)，PI薄膜產(chǎn)品的厚度均勻性相對(duì)提高，從而提高產(chǎn)
品的質(zhì)量水平。實(shí)際應(yīng)用齒輪計(jì)量泵的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)
在：
(1)用于聚酰胺酸樹(shù)脂的特定計(jì)量泵，其特殊的
結(jié)構(gòu)使聚酰胺酸樹(shù)脂輸出時(shí)具有精度高、無(wú)脈動(dòng)、重
復(fù)性能好的特性。其精密的結(jié)構(gòu)同時(shí)使它在條件(如：
壓力、溫度等)變化的情況下仍能提供率和高精
度的流體輸出，滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝所需。
(2)計(jì)量泵應(yīng)用在聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)線上，工作
狀態(tài)不同于其他聚合物類(lèi)薄膜，生產(chǎn)是在常溫條件
下使用，而不是在較高溫度下進(jìn)行的，可以減小因溫
度波動(dòng)引起的影響。
(3)將流涎薄膜的尺寸公差降至zui小， 提高產(chǎn)品
性能。在流延薄膜的厚度公差要求較高時(shí)，使用齒輪
計(jì)量泵很有必要。
(4)在流涎系統(tǒng)生產(chǎn)線添加壓力反饋控制裝置與
計(jì)量泵組合，其流涎質(zhì)量比沒(méi)有使用計(jì)量泵的流涎生
產(chǎn)線大幅提高。
(5)在流涎一拉伸PI薄膜生產(chǎn)線上配置計(jì)量泵，
擠出樹(shù)脂量可隨意調(diào)節(jié)，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中操作方便，
并有效地控制了聚酰亞胺薄膜產(chǎn)品的厚度均勻性，明
顯地改善了聚酰亞胺薄膜的厚度公差，提高產(chǎn)品性
能。
在擠出生產(chǎn)線中增配計(jì)量泵系統(tǒng)輔助聚酰亞胺
薄膜的生產(chǎn)，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已日益廣泛，而國(guó)內(nèi)因
聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)工業(yè)發(fā)展水平所限，過(guò)去應(yīng)用則較
少。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，提高了對(duì)聚酰亞胺薄
膜品質(zhì)和精度的要求。通過(guò)在生產(chǎn)線中增配計(jì)量泵系
統(tǒng)輔助薄膜生產(chǎn)，可以使聚酰亞胺薄膜產(chǎn)品的厚度公
差從8％ ～10％降低到3％～5％，有效地控制了薄膜
產(chǎn)品的厚度均勻性，明顯地改善了聚酰亞胺薄膜的厚
度公差。
．
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