計量泵在聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)線中的應用研究
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，將計量泵應用于聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)線中，通過計量和調(diào)節(jié)
技巧等技術的靈活運用，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。
關鍵詞：聚酰亞胺薄膜；計量泵；厚度；均勻性
中圖分類號：TM215；TM930 文獻標志碼：A 文章編號：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
薄膜，長期使用溫度可達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，在拉伸過程中用加熱環(huán)化法制備PI薄膜。在生產(chǎn)
過程中，PAA膜的厚度均勻性對薄膜zui終的性能有
著顯著的影響。目前國內(nèi)生產(chǎn)的PI薄膜產(chǎn)品性能與
國外生產(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，如美國杜邦公司產(chǎn)品的指標為
5％，實測僅為2％，而國內(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
對聚酰亞胺薄膜的制造水平具有重要的實用意義，同
時伴隨而來的是經(jīng)濟效益。在聚酰亞胺(PI)薄膜生產(chǎn)
線中增加計量裝置及自動化在線測量裝置，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
作者簡介：任小龍(1982一)，男，陜西蒲城人，助理工程師．從事絕緣
材料開發(fā)研究工作．()0773—5888471。
擠出式)將樹脂流涎到鋼帶上成膜。但用壓縮空氣輸
送時壓力波動對擠出量的影響比較敏感，對流涎嘴中
樹脂液位或擠出量有直接影響，影響到流涎樹脂在鋼
帶上成膜的厚度均勻性。
在流涎法生產(chǎn)聚酰亞胺薄膜時，對于刮板式(也
稱重力式流涎嘴)，其樹脂液是靠樹脂的重力流向鋼
帶的，鋼帶上樹脂液膜的厚度受到流涎嘴里樹脂液位
高度、鋼帶運行速度的波動、鋼帶的厚度公差、流涎嘴
支撐點的振動、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，但除流涎嘴里樹脂液位高
度的因素之外，其他因素在生產(chǎn)過程中都是無法補償
的。而對于擠出式(也稱壓力式流涎嘴)而言，其液膜
的厚度同樣取決于擠出壓力的穩(wěn)定、鋼帶運行速度的
波動、鋼帶的厚度公差、流涎嘴支撐點的振動、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)薄膜時流涎嘴放在前鼓上，它
可以隨前鼓同步浮動，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脂液
位高低變化或機頭壓力變化會引起流量不恒定，不能
確保聚酰胺酸薄膜的厚度均勻性。所以刮板式流涎嘴
對樹脂液位的高度、擠壓式流涎嘴對擠出壓力的穩(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
酸樹脂恒量地流到鋼帶上，對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：計量泵在聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)線中的應用研究 37
3 計量泵的應用
流涎一雙向拉伸生產(chǎn)聚酰亞胺薄膜，關鍵問題之
一就是要保持聚酰胺酸樹脂輸出壓力均勻、穩(wěn)定，為
了實現(xiàn)樹脂的穩(wěn)定輸送，可以安裝一臺高精度的齒輪
計量泵。
3．1 工作原理
流體計量泵是一種高精度的齒輪泵，計量泵內(nèi)只
有3個運動部件(驅(qū)動齒輪、被動齒輪、驅(qū)動軸)，而且
齒輪是被高精度的驅(qū)動系統(tǒng)帶動。常用的齒輪泵為外
嚙合二齒輪的泵，其運轉(zhuǎn)時，齒輪嚙合脫開處為自由
空間，構(gòu)成泵的進料側(cè)，而進入的樹脂被齒輪強制帶
入泵體的嚙合區(qū)間， 此區(qū)的高壓液體只能壓入出料
管，不會帶入進料區(qū)。齒輪計量泵是一種容積計量泵，
可以通過實際操作，使計量泵處于*的工作狀態(tài)。
計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)速電機的傳動系統(tǒng)控制。
在使用齒輪泵計量的過程中，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。波動的大小與齒輪參數(shù)有關，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，但樹脂輸送過程中可以吸收這些微小的波動。
為了進一步提高計量精度，也可以采用三齒輪的
計量泵。三齒輪計量泵輸液量的波動較二齒輪要小
些。在實際生產(chǎn)使用過程中，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足生
產(chǎn)要求。
3．2 縱向厚度均勻性的控制
在實際生產(chǎn)應用過程中，通過調(diào)節(jié)計量泵，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壓縮空氣將聚酰胺酸
樹脂輸送到流涎嘴，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)。導致樹脂液位控制結(jié)果為目標液位值的
±12％ ，其結(jié)果會造成聚酰亞胺薄膜縱向的厚度公差
較大。但實際生產(chǎn)過程中應用計量泵裝置時，通過調(diào)
節(jié)計量泵轉(zhuǎn)速，可以有效的控制流涎嘴中樹脂液位的
高低，當樹脂液位在目標控制限之上，說明計量泵轉(zhuǎn)
數(shù)太高，這時可將計量泵轉(zhuǎn)數(shù)向低調(diào)整，相反當液位
在目標控制線之下，則可將計量泵的轉(zhuǎn)數(shù)向高調(diào)整，
重復調(diào)整數(shù)次，樹脂液位zui終可以穩(wěn)定控制在目標液
位值的±2％以內(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)線中使用擠出機頭時，
在唇口位置有時出現(xiàn)堆料現(xiàn)象，使聚酰胺酸薄膜留下
縱向拖痕，這時通過將計量泵轉(zhuǎn)數(shù)向高調(diào)整，就可以
在很短時間內(nèi)消除該現(xiàn)象，計量泵調(diào)整的大小與堆料
現(xiàn)象的消除時間長短成比例。
(3)在生產(chǎn)過程中，計量泵進出口的壓力是決定
擠出壓力穩(wěn)定性zui重要的因素。實踐證明只要計量泵
前壓力(P )基本穩(wěn)定，并且泵速穩(wěn)定，則進入機頭的
樹脂壓力(P：)的變化就十分平緩。根據(jù)這一原理，生
產(chǎn)中就可以通過觀察P 壓力值變化，實現(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)的測厚反饋系統(tǒng)，自動調(diào)節(jié)鋼帶的線速
度或計量泵的轉(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，一種是計量泵速度不變，調(diào)節(jié)鋼帶速度的方
式來達到調(diào)節(jié)厚度的目的。另一種方法是調(diào)節(jié)計量泵
的速度，保證進入流涎嘴的樹脂量要適合目標厚度的
要求。這兩種控制方法在自動化較高的雙向拉伸聚酰
亞胺薄膜生產(chǎn)線上都可以實現(xiàn)，操作人員可以任意選
擇。
3．3 橫向厚度均勻性的控制
實際應用過程中，在流延一拉伸法傳統(tǒng)生產(chǎn)線上
加裝計量泵和薄膜擠出機頭，并與測厚系統(tǒng)組合成生
產(chǎn)線，通過這種系統(tǒng)組合可以調(diào)節(jié)計量泵轉(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 ， 與所需目標值25．0 m相差0．5 m，可以將計
量泵的轉(zhuǎn)速提高一定轉(zhuǎn)數(shù)，通過這種改變，可以將產(chǎn)
品厚度目標值從24．5 m調(diào)節(jié)至圖1(c)所示的目標
值25．0 m，相反顯示值比所需目標值大，則可以通
過降低計量泵轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。
從圖1中可以看出，薄膜產(chǎn)品的橫向厚度均勻性
較差，通過對計量泵參數(shù)作相應的調(diào)節(jié)，在一定范圍
內(nèi)(如0．2～0．6 r／min)提高計量泵轉(zhuǎn)速，產(chǎn)品厚度均
勻性就可以達到圖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)聚酰亞胺薄膜過程中，計量泵主要功能一
是給樹脂增加輸送壓力，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)于各種類型的空
壓法輸送樹脂。將它與壓力反饋控制裝置聯(lián)合使用
時，PI薄膜產(chǎn)品的厚度均勻性相對提高，從而提高產(chǎn)
品的質(zhì)量水平。實際應用齒輪計量泵的主要優(yōu)點表現(xiàn)
在：
(1)用于聚酰胺酸樹脂的特定計量泵，其特殊的
結(jié)構(gòu)使聚酰胺酸樹脂輸出時具有精度高、無脈動、重
復性能好的特性。其精密的結(jié)構(gòu)同時使它在條件(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，滿足生產(chǎn)工藝所需。
(2)計量泵應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薄膜，生產(chǎn)是在常溫條件
下使用，而不是在較高溫度下進行的，可以減小因溫
度波動引起的影響。
(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，使用齒輪
計量泵很有必要。
(4)在流涎系統(tǒng)生產(chǎn)線添加壓力反饋控制裝置與
計量泵組合，其流涎質(zhì)量比沒有使用計量泵的流涎生
產(chǎn)線大幅提高。
(5)在流涎一拉伸PI薄膜生產(chǎn)線上配置計量泵，
擠出樹脂量可隨意調(diào)節(jié)，實際生產(chǎn)過程中操作方便，
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)線中增配計量泵系統(tǒng)輔助聚酰亞胺
薄膜的生產(chǎn)，在工業(yè)發(fā)達國家已日益廣泛，而國內(nèi)因
聚酰亞胺薄膜生產(chǎn)工業(yè)發(fā)展水平所限，過去應用則較
少。隨著市場競爭的日益激烈，提高了對聚酰亞胺薄
膜品質(zhì)和精度的要求。通過在生產(chǎn)線中增配計量泵系
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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