具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

为了解决热致型液晶高分子材料在吹膜过程沿牵引方向高度取向，膜泡在吹胀过程中容易出现破裂，导致制备的薄膜具有高度各向异性的问题，对液晶高分子的结构和结晶固化行为进行了深入的研究，发现如何在膜泡吹胀阶段保证液晶高分子的可拉伸性能以及协同控制吹胀和冷却的工艺是增大液晶高分子吹膜吹胀比的关键。

由于液晶高分子的熔点较高，挤出的熔体如果直接接触低温空气将迅速固化，无法进行横向吹胀，因此吹胀过程需要在一定温度下的气氛氛围下，温度过低，膜泡的可拉伸性能下降，温度过高，液晶高分子的粘度低熔体强度差，无法牵引，利用惰性气体保护可以防止液晶高分子在长时间的高温条件下发生氧化。通过协同控制压缩气体的吹胀和风环吹气装置，可以使膜泡在获得大吹胀比的条件下，同时具有优异的膜泡稳定性，保证薄膜的平整度。本发明提供了一种实现液晶高分子横向吹胀的吹膜装置及薄膜制备方法，以增大熔点T_m为260～350℃的热致型液晶高分子材料在吹膜加工过程中的横向吹胀比。

本发明的实现液晶高分子横向吹胀的吹膜装置及薄膜制备方法，用于增大熔点T_m为260～350℃的热致型液晶高分子材料在吹膜加工过程中的横向吹胀，制备的薄膜具有良好的横向物理性能和较低的各向异性。从口模挤出的环状型胚在控温成型系统的控制下，在吹胀阶段保持可横向吹胀拉伸的状态，在冷却阶段逐步冷却固化减少起皱、分层缺陷；温控进气单元、温控风环吹气装置和膜泡直径检测装置共同决定液晶高分子的横向吹胀比，压缩空气通过进气芯棒进入膜泡内部，有效提高了吹胀膜泡的稳定性。

本发明公开了一种实现液晶高分子横向吹胀的制备方法，包括：

通过吹膜模头的液晶高分子熔体形成液晶高分子型胚；

液晶高分子型胚在温度为T_m-150℃～T_m-10℃的压缩气体的吹胀下形成膜泡，其中，T_m为液晶高分子的熔点；

膜泡经过冷却定型后形成液晶高分子薄膜。

在本发明的一些实施例中，所述吹胀步骤中的膜泡外侧的气氛为惰性保护气氛；所述惰性保护气氛的温度为T_m-30℃～T_m-5℃。

在本发明的一些实施例中，所述模头的温度为T_m-5℃～T_m+40℃，其中，Tm为液晶高分子的熔点。

在本发明的一些实施例中，所述冷却定型步骤中以冷却速率小于等于20℃/min的冷却速度逐步实现冷却至温度≤T_m-130℃。

在本发明的一些实施例中，所述液晶高分子的熔点T_m为260～350℃；

在本发明的一些实施例中，所述液晶高分子的吹胀比为1.5～8.5，牵引比为2～25；

在本发明的一些实施例中，所述液晶高分子薄膜的厚度为15～250μm。

本发明还公开了一种实现液晶高分子横向吹胀的吹膜设备，包括进入控温成型装置，所述进入控温成型装置包括：

吹胀单元，与挤出机的口模连接，用于吹胀液晶高分子型胚；

温控进气单元，套设在吹胀单元上，温控进气单元内的气体起支撑保护膜泡的作用；

加热单元，加热单元的加热元件设置在温控成型装置的侧壁上，用于控制膜泡横向吹胀时周围气氛的温度；

冷却单元，冷却单元的出气口设置在控温成型装置的侧壁上，用于冷却膜泡；以及

控制单元，控制上述各个单元根据预设条件运行。

在本发明的一些实施例中，所述吹胀单元包括进气芯棒；

在本发明的一些实施例中，进气芯棒沿远离口模的方向设有若干直径从小到大的出气孔，所述出气口的直径为进气芯棒进气口直径的1/15～1/3。

在本发明的一些实施例中，所述温控进气单元包括温控风环；

在本发明的一些实施例中，所述控制单元根据需要调节温控风环内气体的温度和流量。

在本发明的一些实施例中，所述冷却单元包括冷却风环；

在本发明的一些实施例中，所述冷却单元还包括循环风孔，循环风孔设置在控温成型装置的侧壁上部；

在本发明的一些实施例中，所述吹膜设备还包括膜泡直径检测装置，所述膜泡直径检测装置设置在控温成型装置的出口一侧。

在一个示例性实施例中，本发明提供一种实现液晶高分子横向吹胀的吹膜设备，所述吹膜设备包括挤出机和控温成型装置和膜泡直径检测装置，控温成型装置包括吹胀单元、温控进气单元、冷却单元和控制单元。吹胀单元、温控进气单元、冷却单元通过控制单元的调控，使得熔点T_m为260～350℃的热致型液晶高分子材料在吹胀阶段保持可拉伸形变的状态，增大压缩气体对液晶高分子型胚横向的吹胀，吹胀后的液晶高分子膜泡在冷却成型阶段可逐步冷却固化，减弱液晶高分子薄膜在快速冷却过程中产生的起皱、分层等缺陷。

在本发明的一些实施例中，吹胀单元包括进气芯棒和吹胀控制组件，进气芯棒与挤出机的口模连接，进气芯棒中吹出的气体用于吹胀液晶高分子型胚，吹胀控制组件可以控制进气芯棒内压缩气体温度、流速、进气量等，实现对压缩气体的可控调节，进气芯棒保证初始阶段压缩气体均匀稳定的进入膜泡内部。

在本发明的一些实施例中，进气芯棒从口模出口开始沿膜泡纵向分布有直径从小到大的出气孔，当进气芯棒的进气孔直径为D时，出气孔的直径为D/15～D/3，更优选为D/12～D/4。

在本发明的一些实施例中，进气芯棒下端与风环上端面相连，吹胀单元主要是调控膜泡在进行吹胀时周围气氛的温度，使液晶高分子仍处于可拉伸形变状态，因此该部分由控温组件及加热元件组成，吹胀成型装置的外观性能可以是圆筒形、长方体形、棱柱形等，膜泡的主体形状为圆柱状，从加热均匀性的角度考虑吹胀成型装置的外观形状设置为直径大于膜泡的圆筒状，加热元件包括不限于加热块、加热板、加热丝、加热管等，从实用性的角度考虑，这里采用加热丝或加热管缠绕在筒状吹胀成型装置的内壁上，通过控温系统控制加热元件的加热功率进行温度控制，由风环鼓入的氮气可以使吹胀成型装置内部的温度分布更加均匀。

在本发明的一些实施例中，温控进气单元包括温控风环和温控加热组件，温控加热组件可以实现对进入温控风环内部气体的温度、流速、进气量的可控调节，以实现对膜泡吹胀阶段周围环境温度的可控调节。温控风环吹出的气体支撑膜泡的作用，温控风环吹出的气体可以采用惰性气体，起到保护膜泡的作用。同时还可以调节温控风环的出风口以调节温控风环吹气的角度。

在本发明的一些实施例中，温控进气单元由压缩气体发生组件和温控加热组件组成，温控风环固定在模头的上端面，连接有无极调速风机和温控加热组件，温控加热组件位于温控风环和无极调速风机之间，用于加热气体，通过调节加热功率控制气体的温度，无极调速优先采用带有无极调速的离心风机。由压缩气体发生组件产生的压缩气体经过温控加热组件加热至设定温度进入进气芯棒的入口，本发明中不限定压缩气体发生组件的形式，包括不限于空气压缩机、高压氮气瓶等，从实用性的角度考虑，优先采用空气压缩机，通过控制气体压力大小和气动旋钮控制气体流速和气体进气量；本发明中不限定温控加热组件的形式，可以采用各种公知的加热形式，包括但不限于电加热、红外线加热、感应加热、电子束加热等，从实用性的角度考虑，优选采用电加热，加热元件包括但不限于加热块、加热板、加热丝、加热管等，通过调控加热元件的加热功率控制温度。

在本发明的一些实施例中，膜泡直径检测装置可以实现对膜泡直径的实时测量，并且可以通过控温成型装置实现对温控进气单元和温控风环吹气装置的反馈，从而获得目标所需的膜泡直径。

在本发明的一些实施例中，冷却单元包括冷却风环和冷却风环控制组件，冷却风环设置在温控风环的上方，冷却风环控制组件可以控制冷却风环中吹出的气体的温度和、流速、进气量等以实现膜泡周围环境温度的分段调节，对液晶高分子薄膜进行逐步冷却固化。

在本发明的一些实施例中，冷却单元包括还包括循环风孔，冷却风环连接有气流发生组件，气流发生组件向冷却风环鼓入冷却气流，冷却气流从风环吹风口吹向成型后的膜泡，热气流从循环风口排出控温成型装置，实现膜泡的冷却，气流发生组件与冷却风环之间连接有温控组件，可以控制鼓入冷却气流的温度，最终通过协同控制气流的温度和流速从而达到调控膜泡降温速率的目的，实现可控冷却。

在本发明的一些实施例中，与控温成型装置相连接的挤出机内可以是单层吹膜模头，也可以是两层或两层以上的共挤出吹膜模头。

在本发明的一些实施例中，通过控制进气芯棒内压缩气体温度、流速、进气量等实现述液晶高分子的吹胀比为1.5～8.5，例如为1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5；牵引比为2～25，例如为2、3、5、8、10、12、15、18、20、22、25。

在本发明的一些实施例中，所述液晶高分子薄膜的厚度为15～250μm，例如为15μm、20μm、30μm、50μm、80μm、100μm、120μm、150μm、180μm、200μm、220μm、250μm。

本发明实施例还提供一种液晶高分子薄膜的制备方法，按照以下步骤进行：

经挤出机熔融塑化后的液晶高分子熔体通过吹膜模头，模头的温度为T_m-5℃～T_m+40℃，更优选为T_m～T_m+30℃，经牵引辊的拉伸从环型口模中挤出进入控温成型装置，通过控制进气芯棒内压缩气体(的温度为T_m-150℃～T_m-10℃使得液晶高分子型胚仍处于可拉伸形变的状态，压缩气体从进气芯棒进入液晶高分子型胚内部使其横向吹胀，从控温风环出风口吹出的气体对吹胀后的膜泡起支撑、稳定的作用，吹胀成型后的膜泡在冷却风环中的气体冷却下逐步实现冷却固化，具体的，冷却风环中的气体以≤20℃/min的冷却速度逐步实现膜泡冷却固化至温度≤T_m-130℃，更优选为温度≤T_m-180℃，连接有超声波传感器的膜泡直径检测装置对膜泡的直径进行测量，当膜泡直径不在设定范围内时，对吹胀单元和温控温控进气单元进行反馈，调节膜泡直径，具有设定直径的膜泡经人字板进入牵引辊，再经导向辊等进入收卷系统或薄膜后处理系统，最终得到具有优良横向物理性能的液晶高分子薄膜。

进一步的，吹胀单元制膜泡周围环境的温度为T_m-30℃～T_m-5℃，更优选为T_m-20℃～T_m-5℃。

进一步的，吹胀单元及冷却单元内的气体为惰性气氛，使得膜泡周围的气氛氛围为惰性气氛，从经济和保护效果的角度考虑，惰性气氛优选为干燥氮气。

进一步的，所述液晶高分子的吹胀比为1.5～8.5，更优选为2.5～8.5，牵引比为2～25，更优选为2～15。

进一步的，所述液晶高分子薄膜的厚度为15～250μm。

以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。

请参考图1，本发明实施例提供了一种实现液晶高分子横向吹胀的吹膜设备及薄膜制备方法，经挤出机熔融塑化后的液晶高分子熔体3通过吹膜模头1，加热套2控制模头1的温度为T_m-5℃～T_m+40℃，经牵引辊18的拉伸从环型口模4中挤出进入控温成型装置，控温成型装置由控制单元16同时协调温控进气单元6、温控进气单元8、吹胀单元10、冷却单元14及膜泡直径检测装置15，型胚进入控温成型装置时，温控进气单元6对压缩氮气进行加热使其温度升至T_m-150℃～T_m-10℃，加热后的气体在温控进气单元6的控制下经进气芯棒5均匀进入熔体型胚内部，与此同时，温度控制组件9在吹胀单元10的控制下将吹胀成型阶段的气氛温度控制在T_m-30℃～T_m-5℃，同时有循环的干燥氮气作为保护气体，温控进气单元8将温度为T_m-30℃～T_m-5℃的干燥氮气经温控风环出风口7吹向正在吹胀的熔体型胚，随着熔体型胚内部气体压强的增加，膜泡逐渐被吹胀，吹胀后的膜泡在温控风环吹风的支撑下达到稳定，并逐渐被牵引至冷却，较低温度的干燥氮气在冷却单元14的控制下从冷却风环12被鼓入到吹胀后的膜泡11周围，膜泡11外部表面的高温氮气流经循环风孔13排除，膜泡的降温速率被冷却成型装置14控制为≤20℃/min，膜泡温度降至温度≤T_m-130℃离开控温成型装置，过快的降温速率会使液晶高分子薄膜产生起皱、分层等缺陷，同时也会加剧膜泡吹胀和冷却阶段的热对流，丧失对膜泡不同成型阶段的精确控制，成型后的膜泡11在经过装有超声波传感器的膜泡直径检测装置15时，获得膜泡的直径大小，经总控制单元16，向温控进气单元6和温控进气单元8发出反馈，调节进气量/排气量和气流速度，从而得到所需直径大小的膜泡，具有特定直径的膜泡11经人字板17进入牵引辊，再经历多个导向辊19获得液晶高分子薄膜，液晶高分子薄膜根据需要进入收卷或后处理系统20，直至完成液晶高分子薄膜的制备。

本发明使用万能试验机测试薄膜的力学性能，参照GB/T 1040.3-2006方法进行测试。

本发明使用机械接触式测厚仪测试薄膜厚度，参照ASTM D645方法进行测试。

本发明采用宽角X射线衍射技术对制备的液晶高分子薄膜的各向异性进行表征，通过液晶高分子(110)晶面的方位角积分计算其取向度。

本发明利用热机械分析技术(TMA)，参照GB/T 36800.2-2018方法进行液晶高分子薄膜纵、横向热膨胀系数的测量。

实施例1

利用上述具体实施方式中提供的实现液晶高分子横向吹胀的吹膜装置及薄膜制备方法，制备液晶高分子薄膜。液晶高分子材料为对羟基苯甲酸和2-羟基-6-萘甲酸的液晶共聚酯，熔点为280℃。加工前，将液晶高分子材料在真空干燥箱中进行干燥预处理，干燥温度为150℃，干燥时间为5小时。预处理之后的液晶高分子材料经挤出机充分熔融塑化进入到上述实施例提供的装置中。模头1的温度为310℃，压缩氮气的温度为260℃，膜泡吹胀成型阶段的温度为270℃，膜泡冷却阶段的降温速率为20℃/min，最终降至100℃时从控温成型系统中牵出；膜泡的吹胀比为1.5，牵引比为10，最终液晶高分子薄膜的厚度为90μm，并在250℃的烘箱中热处理5h。最终获得液晶高分子薄膜的参数和性能按照上述方法进行测试，结果如表1所示。

实施例2

使用与实施例1相同的方法，与实施例1的不同之处在于，膜泡的吹胀比为3.0。

实施例3

使用与实施例1相同的方法，与实施例1的不同之处在于，膜泡的吹胀比为4.0。

实施例4

使用与实施例1相同的方法，与实施例1的不同之处在于，膜泡的吹胀比为5.0。

实施例5

使用与实施例1相同的方法，与实施例1的不同之处在于，膜泡的吹胀比为6.0。

实施例6

使用与实施例4相同的方法，与实施例4的不同之处在于，膜泡的牵引比为8.5。

实施例7

使用与实施例6相同的方法，与实施例6的不同之处在于，膜泡吹胀成型阶段的温度为260℃。

实施例8

使用与实施例6相同的方法，与实施例6的不同之处在于，膜泡冷却阶段的降温速率为10℃/min。

表1

薄膜纵向是指平行于加工过程中的牵引方向，薄膜横向是指垂直于加工过程中的牵引方向。

从表1可以看出，利用本发明提供的吹膜装置可以实现膜泡在较大范围内的横向吹胀，液晶高分子横向吹胀的能力显著提升，由实施例1-5可知，随着吹胀比的增加，薄膜的各向异性逐渐降低，薄膜纵向和横向的力学性能、热膨胀系数逐渐接近，大吹胀比时，薄膜横向的力学性能优异；由实施例5和实施例6可知，吹膜加工过程中具有较为接近的牵引比和吹胀比可以得到各项异性较低的液晶高分子薄膜；由实施例7和实施例8可知，利用本发明提供的薄膜制备方法，可以制备具有较低各向异性、优良横向物理性能的液晶高分子薄膜。

从图2可以看出，当吹胀比较小时，其(110)晶面的衍射环向水平方向集中，呈现出对称的衍射弧，说明液晶高分子薄膜的各向异性较高，随着吹胀比的增加，(110)晶面呈现出各向同性的衍射环，说明液晶高分子薄膜的取向度显著降低。

综上所述，本发明提供的一种实现液晶高分子横向吹胀的吹膜装置及薄膜制备方法，可以增大熔点T_m为260～350℃的热致型液晶高分子材料在吹膜加工过程中的横向吹胀比，提高液晶高分子薄膜沿横向的力学强度；本发明制备的液晶高分子薄膜具有较低的各向异性和优异的横向物理性能；所述的装置及方法，加工工艺简单，适用范围广，自动化控制程度高。

本发明未详细阐述的部分属于本领域公知技术。

需要说明的是，尽管已经参照本发明的特定示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，本发明并不局限于上述实施方式，凡是对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意味着包含这些改动和变型。

特别地，在不脱离本发明精神和教导的情况下，本发明的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本发明中。所有这些组合和/或结合均在本发明的保护范围。因此，本发明的范围不仅由所附权利要求来进行确定，还应由所附权利要求的等同物来进行限定。