计量泵在聚酰亚胺薄膜生产线中的应用研究

计量泵在聚酰亚胺薄膜生产线中的应用研究
为提高聚酰亚胺薄膜产品的厚度均匀性，提高其公差水平，将计量泵应用于聚酰亚胺薄膜生产线中，通过计量和调节
技巧等技术的灵活运用，结果表明，聚酰亚胺薄膜产品的厚度公差从8％～10％降低到3％～5％，有效地控制了薄膜产品
的厚度均匀性，明显地改善了聚酰亚胺薄膜的厚度公差。
关键词：聚酰亚胺薄膜；计量泵；厚度；均匀性

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
聚酰亚胺(PI)薄膜是目前耐热性能最好的有机
薄膜，长期使用温度可达200℃ 以上，其电气性能、耐
辐射性能和耐火性能也同样突出。在航空航天、电工
电器和信息产业的发展中发挥着重要作用。流涎拉伸
法是目前生产PI薄膜的主要加工工艺之一：将聚酰
胺酸(PAA)溶液流延到光滑的基材表面上，经脱溶
剂，在拉伸过程中用加热环化法制备PI薄膜。在生产
过程中，PAA膜的厚度均匀性对薄膜最终的性能有
着显著的影响。目前国内生产的PI薄膜产品性能与
国外生产的PI薄膜仍然有较大差异，主要体现在厚
度均匀性较差等方面，如美国杜邦公司产品的指标为
5％，实测仅为2％，而国内生产的均苯型PI薄膜厚
度公差约8％～10％。因此提高PI薄膜厚度均匀性
对聚酰亚胺薄膜的制造水平具有重要的实用意义，同
时伴随而来的是经济效益。在聚酰亚胺(PI)薄膜生产
线中增加计量装置及自动化在线测量装置，以此控制
PI薄膜厚度均匀性，有效地改善了PI薄膜的厚度公
差。
2 PI薄膜的生产方式
流涎法生产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
作者简介：任小龙(1982一)，男，陕西蒲城人，助理工程师．从事绝缘
材料开发研究工作．(电话)0773—5888471。
挤出式)将树脂流涎到钢带上成膜。但用压缩空气输
送时压力波动对挤出量的影响比较敏感，对流涎嘴中
树脂液位或挤出量有直接影响，影响到流涎树脂在钢
带上成膜的厚度均匀性。
在流涎法生产聚酰亚胺薄膜时，对于刮板式(也
称重力式流涎嘴)，其树脂液是靠树脂的重力流向钢
带的，钢带上树脂液膜的厚度受到流涎嘴里树脂液位
高度、钢带运行速度的波动、钢带的厚度公差、流涎嘴
支撑点的振动、前鼓的加工精度、流涎嘴唇口的平面
度和直线度等因素的影响，但除流涎嘴里树脂液位高
度的因素之外，其他因素在生产过程中都是无法补偿
的。而对于挤出式(也称压力式流涎嘴)而言，其液膜
的厚度同样取决于挤出压力的稳定、钢带运行速度的
波动、钢带的厚度公差、流涎嘴支撑点的振动、前鼓的
加工精度、流涎嘴唇口的平面度和直线度等因素的影
响，但主要是挤出压力的影响。
流涎一拉伸法生产薄膜时流涎嘴放在前鼓上，它
可以随前鼓同步浮动，宏观上保证了流涎嘴刮板与钢
带之间的距离恒定，但随着流涎嘴中聚酰胺酸树脂液
位高低变化或机头压力变化会引起流量不恒定，不能
确保聚酰胺酸薄膜的厚度均匀性。所以刮板式流涎嘴
对树脂液位的高度、挤压式流涎嘴对挤出压力的稳定
等要求都很高。
因此采用恒定压力挤出流涎系统可以使聚酰胺
酸树脂恒量地流到钢带上，对改善薄膜厚度均匀性起
重要的作用。
维普资讯 http://www.cqvip.com
绝缘材料2007，40(4) 任小龙等：计量泵在聚酰亚胺薄膜生产线中的应用研究 37
3 计量泵的应用
流涎一双向拉伸生产聚酰亚胺薄膜，关键问题之
一就是要保持聚酰胺酸树脂输出压力均匀、稳定，为
了实现树脂的稳定输送，可以安装一台高精度的齿轮
计量泵。
3．1 工作原理
流体计量泵是一种高精度的齿轮泵，计量泵内只
有3个运动部件(驱动齿轮、被动齿轮、驱动轴)，而且
齿轮是被高精度的驱动系统带动。常用的齿轮泵为外
啮合二齿轮的泵，其运转时，齿轮啮合脱开处为自由
空间，构成泵的进料侧，而进入的树脂被齿轮强制带
入泵体的啮合区间， 此区的高压液体只能压入出料
管，不会带入进料区。齿轮计量泵是一种容积计量泵，
可以通过实际操作，使计量泵处于最优的工作状态。
计量泵的输液量取决于齿轮的齿形间隙与泵的转
速。物料每转的挤出量都是恒定的，泵的转速可用变
频调速电机的传动系统控制。
在使用齿轮泵计量的过程中，瞬间输液量是由小
到大，再由大到小不停的变化着，即存在周期性微小
的波动。波动的大小与齿轮参数有关，例如与齿轮的
齿数、齿顶高系数、齿轮啮合角、重叠系数等因素有
关，但树脂输送过程中可以吸收这些微小的波动。
为了进一步提高计量精度，也可以采用三齿轮的
计量泵。三齿轮计量泵输液量的波动较二齿轮要小
些。在实际生产使用过程中，系统有着很大的阻力，可
以起到缓冲的作用，因此，二齿轮泵基本能够满足生
产要求。
3．2 纵向厚度均匀性的控制
在实际生产应用过程中，通过调节计量泵，提高
聚酰亚胺薄膜产品厚度均匀性：
(1)一般的流涎方法是通过压缩空气将聚酰胺酸
树脂输送到流涎嘴，靠空气压力维持刮板流涎嘴的液
位，所使用的压缩空气的压力控制维持在10％误差
范围内。导致树脂液位控制结果为目标液位值的
±12％ ，其结果会造成聚酰亚胺薄膜纵向的厚度公差
较大。但实际生产过程中应用计量泵装置时，通过调
节计量泵转速，可以有效的控制流涎嘴中树脂液位的
高低，当树脂液位在目标控制限之上，说明计量泵转
数太高，这时可将计量泵转数向低调整，相反当液位
在目标控制线之下，则可将计量泵的转数向高调整，
重复调整数次，树脂液位最终可以稳定控制在目标液
位值的±2％以内，从而大大改善聚酰亚胺薄膜产品
的纵向厚度均匀性。
(2)在聚酰亚胺薄膜生产线中使用挤出机头时，
在唇口位置有时出现堆料现象，使聚酰胺酸薄膜留下
纵向拖痕，这时通过将计量泵转数向高调整，就可以
在很短时间内消除该现象，计量泵调整的大小与堆料
现象的消除时间长短成比例。
(3)在生产过程中，计量泵进出口的压力是决定
挤出压力稳定性最重要的因素。实践证明只要计量泵
前压力(P )基本稳定，并且泵速稳定，则进入机头的
树脂压力(P：)的变化就十分平缓。根据这一原理，生
产中就可以通过观察P 压力值变化，实现P：值稳定
的目的。利用这种薄膜纵向厚度控制方法在体系阻力
不高的情况下使用，效果很好。
(4)为了提高双向拉伸聚酰亚胺薄膜纵向厚度均
匀性，在生产过程中，需要根据薄膜的厚度变化情况，
利用生产系统的测厚反馈系统，自动调节钢带的线速
度或计量泵的转速，从而调节薄膜厚度，在生产中是
行之有效的方法。
聚酰亚胺薄膜生产常常采用2种控制制膜厚度
的方法，一种是计量泵速度不变，调节钢带速度的方
式来达到调节厚度的目的。另一种方法是调节计量泵
的速度，保证进入流涎嘴的树脂量要适合目标厚度的
要求。这两种控制方法在自动化较高的双向拉伸聚酰
亚胺薄膜生产线上都可以实现，操作人员可以任意选
择。
3．3 横向厚度均匀性的控制
实际应用过程中，在流延一拉伸法传统生产线上
加装计量泵和薄膜挤出机头，并与测厚系统组合成生
产线，通过这种系统组合可以调节计量泵转速，提高
聚酰亚胺薄膜产品厚度均匀性，从而有效地提高流涎
聚酰亚胺薄膜产品质量。
图1(a)所示聚酰亚胺薄膜产品显示值为24．5
m ， 与所需目标值25．0 m相差0．5 m，可以将计
量泵的转速提高一定转数，通过这种改变，可以将产
品厚度目标值从24．5 m调节至图1(c)所示的目标
值25．0 m，相反显示值比所需目标值大，则可以通
过降低计量泵转速来实现。
从图1中可以看出，薄膜产品的横向厚度均匀性
较差，通过对计量泵参数作相应的调节，在一定范围
内(如0．2～0．6 r／min)提高计量泵转速，产品厚度均
匀性就可以达到图1(c)所示效果。从图1中比较可
以看出，聚酰亚胺薄膜产品的厚度公差降低到3％～
5％，有效地控制了薄膜产品的厚度均匀性，明显地改
善了聚酰亚胺薄膜的厚度公差。
4 结论
在生产聚酰亚胺薄膜过程中，计量泵主要功能一
是给树脂增加输送压力，二是方便地调节其输送量，
三是确保稳定的输送量，这些功能优于各种类型的空
压法输送树脂。将它与压力反馈控制装置联合使用
时，PI薄膜产品的厚度均匀性相对提高，从而提高产
品的质量水平。实际应用齿轮计量泵的主要优点表现
在：
(1)用于聚酰胺酸树脂的特定计量泵，其特殊的
结构使聚酰胺酸树脂输出时具有精度高、无脉动、重
复性能好的特性。其精密的结构同时使它在条件(如：
压力、温度等)变化的情况下仍能提供高效率和高精
度的流体输出，满足生产工艺所需。
(2)计量泵应用在聚酰亚胺薄膜生产线上，工作
状态不同于其他聚合物类薄膜，生产是在常温条件
下使用，而不是在较高温度下进行的，可以减小因温
度波动引起的影响。
(3)将流涎薄膜的尺寸公差降至最小， 提高产品
性能。在流延薄膜的厚度公差要求较高时，使用齿轮
计量泵很有必要。
(4)在流涎系统生产线添加压力反馈控制装置与
计量泵组合，其流涎质量比没有使用计量泵的流涎生
产线大幅提高。
(5)在流涎一拉伸PI薄膜生产线上配置计量泵，
挤出树脂量可随意调节，实际生产过程中操作方便，
并有效地控制了聚酰亚胺薄膜产品的厚度均匀性，明
显地改善了聚酰亚胺薄膜的厚度公差，提高产品性
能。
在挤出生产线中增配计量泵系统辅助聚酰亚胺
薄膜的生产，在工业发达国家已日益广泛，而国内因
聚酰亚胺薄膜生产工业发展水平所限，过去应用则较
少。随着市场竞争的日益激烈，提高了对聚酰亚胺薄
膜品质和精度的要求。通过在生产线中增配计量泵系
统辅助薄膜生产，可以使聚酰亚胺薄膜产品的厚度公
差从8％ ～10％降低到3％～5％，有效地控制了薄膜
产品的厚度均匀性，明显地改善了聚酰亚胺薄膜的厚
度公差。

PI黄金薄膜，PET保护膜，OCA光学光材，BOPP薄膜，锂电池隔膜等供料涂布计量。