聚丙烯電工薄膜的生產(chǎn)與工藝改進(jìn)

楊鳳濱 滕悅 施衛(wèi)峰

中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司（遼陽 111003）

聚丙烯電工薄膜專用樹脂是制造有機(jī)薄膜電容器的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。聚丙烯電工膜是一種高科技產(chǎn)品，由于其具有介質(zhì)損耗小、耐壓強(qiáng)度高、比重小、耐熱性能好、化學(xué)性能穩(wěn)定、節(jié)能等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),在交流電容器、電力電子等方面受到廣泛運(yùn)用。根據(jù)AMI咨詢公司的研究報(bào)告表明，2010年全球?qū)郾╇姽つば枨罅窟_(dá)到600萬噸，而且每年都在以較快的速度增長，預(yù)計(jì)到2013年全球BOPP的需求量將達(dá)650萬噸，我國BOPP電工薄膜的產(chǎn)量也較高，2011年產(chǎn)能為360.8萬噸/年。盡管中國的BOPP薄膜總量供過于求，但對于技術(shù)含量較高的電容膜和煙膜，大部分還是依賴進(jìn)口，主要是由于BOPP電工膜對原料聚丙烯的要求較高，國內(nèi)生產(chǎn)的電工膜部分指標(biāo)參數(shù)達(dá)不到要求，業(yè)內(nèi)一些主要公司如河北海偉集團(tuán)、大東南、佛塑股份等正積極開拓高端產(chǎn)品。

1 電工薄膜聚丙烯生產(chǎn)工藝

中國石油遼陽石化分公司烯烴廠開發(fā)生產(chǎn)的電工薄膜聚丙烯（牌號為：61203），是在現(xiàn)有的聚丙烯生產(chǎn)裝置基礎(chǔ)上，進(jìn)行工藝改進(jìn)開發(fā)生產(chǎn)。中石油遼陽石化分公司聚丙烯采用的是連續(xù)漿液法聚合（丙烯以己烷為溶劑，氫氣為鏈反應(yīng)終止劑，在高效催化劑，70±1℃溫度下發(fā)生的聚合反應(yīng)），年產(chǎn)量5萬噸，主要生產(chǎn)均聚物聚丙烯，等規(guī)度 92%，熔融指數(shù)可根據(jù)產(chǎn)品調(diào)整。為滿足電工薄膜聚丙烯的生產(chǎn)，裝置進(jìn)行了工藝改造，聚合溫度從70±1℃調(diào)整為65±1℃，聚合壓力從1.2-2.0 MPa整為1.65±0.05 MPa，丙烯負(fù)荷調(diào)整為 11.5 m3/h，同時(shí)周期性引入乙烯，每個(gè)周期為60 min，每次加入時(shí)間為10 min，加入速度 15-20 kg/h，聚合釜的液位控制在75-90%，漿液濃度控制在 30%，聚丙烯粉末的熔融指數(shù)（MFR）為 2.4-2.8，為保證電工薄膜雜質(zhì)含量達(dá)標(biāo)，在聚丙烯擠壓造粒前采用 250目的過濾網(wǎng)，最大程度減少產(chǎn)品內(nèi)雜質(zhì)的含量，減少產(chǎn)品灰分和魚眼個(gè)數(shù)。

2 電工薄膜聚丙烯性能研究及存在問題

聚丙烯電工薄膜通過塑化擠出、冷卻成型、縱向拉伸、橫向拉伸、收卷成型后對其產(chǎn)品進(jìn)行性能測試，從前期的加工性能看，性能良好，優(yōu)于國內(nèi)其他廠家的電工膜料，但和國外同類產(chǎn)品相比仍有一定差距，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

產(chǎn)品灰分較高，產(chǎn)品灰分同國內(nèi)其他廠家比灰分最低，但相比于國外廠家灰分較高，正常產(chǎn)品要求灰分指標(biāo)≤30 ppm，國外北歐料灰分最好的在 8-10 ppm，而我廠產(chǎn)品灰分大多在 60 ppm-80 ppm之間，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

產(chǎn)品拉伸膜偏軟，延度不夠，熔融指數(shù)較低，北歐料MFR一般為3.2 g/10min，最高可達(dá)3.7 g/10min，我廠MFR一般在2.5-2.8 g/10min。

我廠等規(guī)指數(shù)為94%，廠家要求最低為94%，一般要求等規(guī)指數(shù)在 96%以上，雖滿足廠家要求，但等規(guī)度指數(shù)偏低。

抗電強(qiáng)度，國外產(chǎn)品最低點(diǎn)400 V，我廠產(chǎn)品最低點(diǎn)350 V，最低點(diǎn)抗電強(qiáng)度較低，對產(chǎn)品質(zhì)量有一定影響。

拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、熱收縮率、厚度與國外產(chǎn)品相比有一定差距，但滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。

3 工藝技術(shù)改進(jìn)

針對前期產(chǎn)品試驗(yàn)出現(xiàn)的問題，我廠結(jié)合工藝技術(shù)手段和現(xiàn)場生產(chǎn)條件，改進(jìn)了部分的工藝，調(diào)整了生產(chǎn)參數(shù)。

3.1 灰分控制

灰分對電工薄膜的性能和加工工藝的影響至關(guān)重要，主要影響B(tài)OPP電容膜的介電常數(shù)、擊穿電壓以及使用的壽命。遼陽石化聚丙烯工藝采用淤漿法，以己烷作溶劑，正是由于己烷溶劑的稀釋作用，對雜質(zhì)也起到了稀釋作用，相同條件下，相對其他工藝而言，淤漿法工藝的催化劑用量少，產(chǎn)品灰分小，同時(shí)己烷可以帶走部分殘余催化劑，減少鹵素吸收劑的用量，進(jìn)而減少產(chǎn)品的灰分，所以淤漿法丙烯聚合所得產(chǎn)品的灰分相對國內(nèi)同類其他產(chǎn)品的灰分小。生產(chǎn)中聚丙烯粉末的灰分最小為23 ppm，一般為60 ppm-80 ppm，雖然優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品，但和國外產(chǎn)品相比還有一定距離，產(chǎn)品要求灰分指標(biāo)≤30 ppm，國外北歐料灰分為8 ppm-10 ppm。通過與下游客戶的溝通以及借鑒國內(nèi)外兄弟裝置的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，為了最大限度降低聚丙烯產(chǎn)品的灰分，特別是降低顆粒產(chǎn)品的灰分，在整個(gè)的生產(chǎn)流程中必須進(jìn)行密封隔離。在聚合干燥過程中，主要運(yùn)用高純度氮?dú)庾鳛闅怏w保護(hù)，防止空氣雜質(zhì)進(jìn)入產(chǎn)品中；在造粒過程中，對混煉機(jī)、擠壓機(jī)和摻合器進(jìn)行改造，使整個(gè)過程密閉，減少空氣中的灰塵、雜質(zhì)進(jìn)入產(chǎn)品。

3.2 等規(guī)度控制

聚丙烯的等規(guī)度主要靠調(diào)整 OF/TK（硅烷/四氯化鈦）催化劑控制，增加OF/TK比例會(huì)提高等規(guī)度，但會(huì)增加產(chǎn)品的灰分含量。目前，BOPP膜主要用于卷煙膜、包裝膜、電工膜和食品等行業(yè)，其等規(guī)度一般控制在94.0%-97.0%。等規(guī)度高，結(jié)晶速率越快，薄膜產(chǎn)品的屈服強(qiáng)度和表面硬度會(huì)明顯增大；等規(guī)度低，樹脂的拉伸強(qiáng)度則低。產(chǎn)品中的無規(guī)物在加工過程中是良好的潤滑劑，可提高樹脂的延展性，有利于聚合物定向，有助于改善薄膜的光學(xué)性能。根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，在聚丙烯聚合的造粒過程中，產(chǎn)品等規(guī)度有所下降。所以，要想在不增加灰分的前提下提高等規(guī)度，就要提高催化劑的使用效率：首先，增加丙烯氣體和氫氣等原料的純度，減少催化劑的損耗量；其次，把聚合釜的液位由 85%控制提高到 90%控制，增加催化劑在聚合釜的停留時(shí)間，提高催化劑的利用率。

3.3 熔融指數(shù)控制

產(chǎn)品的熔融指數(shù)決定了其力學(xué)性能，也決定了其加工性能，熔融指數(shù)過大，膜的強(qiáng)度不高；過小，產(chǎn)品的流動(dòng)性變差，影響膜的拉伸速度，在吹膜過程中導(dǎo)致薄膜的厚度難以控制。在生產(chǎn)過程中，主要通過氫氣的濃度調(diào)整產(chǎn)品的熔融指數(shù)，聚丙烯粉末的熔融指數(shù)嚴(yán)格控制在 2.4 g/10min -2.8 g/10min，這樣可以提高成膜的穩(wěn)定性和成膜質(zhì)量。

3.4 魚眼控制

魚眼是產(chǎn)品在成膜過程中出現(xiàn)的氣泡，魚眼個(gè)數(shù)和魚眼的大小直接影響產(chǎn)品的成膜質(zhì)量、介電常數(shù)、擊穿電壓以及產(chǎn)品穩(wěn)定性，是聚丙烯電工薄膜關(guān)鍵的性能指標(biāo)。聚丙烯薄膜在成膜過程中，溫度、壓力、拉伸速度、冷卻速度以及造粒過程中添加劑的使用是魚眼出現(xiàn)的影響因素，在溫度、壓力、拉伸速度和冷卻速度一定的條件下，我們引進(jìn)了3M公司的PPA-FX9355添加劑，有效的減少了產(chǎn)品中的魚眼個(gè)數(shù)。

4 結(jié)論

聚丙烯電工薄膜是一種優(yōu)良的電力電容固體材料，市場前景寬廣。目前，國內(nèi)聚丙烯薄膜缺口非常大，雖然國內(nèi)聚丙烯產(chǎn)量高，但質(zhì)量達(dá)標(biāo)產(chǎn)品較少，開發(fā)生產(chǎn)符合電工薄膜指標(biāo)的聚丙烯產(chǎn)品具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[6]。中國石油遼陽石化開發(fā)的聚丙烯電工薄膜樹脂與國內(nèi)同類產(chǎn)品相當(dāng)，且產(chǎn)品灰分低于國內(nèi)同類產(chǎn)品，但與進(jìn)口產(chǎn)品相比存在差距。在今后的生產(chǎn)中，通過工藝技術(shù)改進(jìn)，對造粒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，選擇優(yōu)良的添加劑，會(huì)有效改進(jìn)聚丙烯電工薄膜的產(chǎn)品性能。

[1]王立新.我國聚丙烯電工膜的生產(chǎn)現(xiàn)狀及國產(chǎn)化建議.化工新型材料,2001. 29(8).

[2]李洋.2009年全球BOPP薄膜需求量達(dá)到547萬噸.印刷技術(shù),2011.(4).

[3]陳麗珍.世界 BOPP薄膜需求量猛增.國際化工信息,2005(5).

[4]北京水清木華研究中心.2010-2011年中國雙向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）行業(yè)研究報(bào)告.2011.

[5]楊洪軍.雙向拉伸聚丙烯雙面粗化電容器薄膜的生產(chǎn)研制.絕緣材料通訊,1995.(8).

[6]胡小忠.聚丙烯薄膜的雙向拉伸工藝研究.橡塑技術(shù)與裝備,2004.30(4).