聚丙烯电工薄膜的生产与工艺改进

杨凤滨 滕悦 施卫峰

中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司（辽阳 111003）

聚丙烯电工薄膜专用树脂是制造有机薄膜电容器的关键基础材料。聚丙烯电工膜是一种高科技产品，由于其具有介质损耗小、耐压强度高、比重小、耐热性能好、化学性能稳定、节能等独特的优点,在交流电容器、电力电子等方面受到广泛运用。根据AMI咨询公司的研究报告表明，2010年全球对聚丙烯电工膜需求量达到600万吨，而且每年都在以较快的速度增长，预计到2013年全球BOPP的需求量将达650万吨，我国BOPP电工薄膜的产量也较高，2011年产能为360.8万吨/年。尽管中国的BOPP薄膜总量供过于求，但对于技术含量较高的电容膜和烟膜，大部分还是依赖进口，主要是由于BOPP电工膜对原料聚丙烯的要求较高，国内生产的电工膜部分指标参数达不到要求，业内一些主要公司如河北海伟集团、大东南、佛塑股份等正积极开拓高端产品。

1 电工薄膜聚丙烯生产工艺

中国石油辽阳石化分公司烯烃厂开发生产的电工薄膜聚丙烯（牌号为：61203），是在现有的聚丙烯生产装置基础上，进行工艺改进开发生产。中石油辽阳石化分公司聚丙烯采用的是连续浆液法聚合（丙烯以己烷为溶剂，氢气为链反应终止剂，在高效催化剂，70±1℃温度下发生的聚合反应），年产量5万吨，主要生产均聚物聚丙烯，等规度 92%，熔融指数可根据产品调整。为满足电工薄膜聚丙烯的生产，装置进行了工艺改造，聚合温度从70±1℃调整为65±1℃，聚合压力从1.2-2.0 MPa整为1.65±0.05 MPa，丙烯负荷调整为 11.5 m3/h，同时周期性引入乙烯，每个周期为60 min，每次加入时间为10 min，加入速度 15-20 kg/h，聚合釜的液位控制在75-90%，浆液浓度控制在 30%，聚丙烯粉末的熔融指数（MFR）为 2.4-2.8，为保证电工薄膜杂质含量达标，在聚丙烯挤压造粒前采用 250目的过滤网，最大程度减少产品内杂质的含量，减少产品灰分和鱼眼个数。

2 电工薄膜聚丙烯性能研究及存在问题

聚丙烯电工薄膜通过塑化挤出、冷却成型、纵向拉伸、横向拉伸、收卷成型后对其产品进行性能测试，从前期的加工性能看，性能良好，优于国内其他厂家的电工膜料，但和国外同类产品相比仍有一定差距，主要表现在以下几个方面。

产品灰分较高，产品灰分同国内其他厂家比灰分最低，但相比于国外厂家灰分较高，正常产品要求灰分指标≤30 ppm，国外北欧料灰分最好的在 8-10 ppm，而我厂产品灰分大多在 60 ppm-80 ppm之间，影响产品质量。

产品拉伸膜偏软，延度不够，熔融指数较低，北欧料MFR一般为3.2 g/10min，最高可达3.7 g/10min，我厂MFR一般在2.5-2.8 g/10min。

我厂等规指数为94%，厂家要求最低为94%，一般要求等规指数在 96%以上，虽满足厂家要求，但等规度指数偏低。

抗电强度，国外产品最低点400 V，我厂产品最低点350 V，最低点抗电强度较低，对产品质量有一定影响。

拉伸强度、断裂伸长率、热收缩率、厚度与国外产品相比有一定差距，但满足产品质量要求。

3 工艺技术改进

针对前期产品试验出现的问题，我厂结合工艺技术手段和现场生产条件，改进了部分的工艺，调整了生产参数。

3.1 灰分控制

灰分对电工薄膜的性能和加工工艺的影响至关重要，主要影响BOPP电容膜的介电常数、击穿电压以及使用的寿命。辽阳石化聚丙烯工艺采用淤浆法，以己烷作溶剂，正是由于己烷溶剂的稀释作用，对杂质也起到了稀释作用，相同条件下，相对其他工艺而言，淤浆法工艺的催化剂用量少，产品灰分小，同时己烷可以带走部分残余催化剂，减少卤素吸收剂的用量，进而减少产品的灰分，所以淤浆法丙烯聚合所得产品的灰分相对国内同类其他产品的灰分小。生产中聚丙烯粉末的灰分最小为23 ppm，一般为60 ppm-80 ppm，虽然优于国内同类产品，但和国外产品相比还有一定距离，产品要求灰分指标≤30 ppm，国外北欧料灰分为8 ppm-10 ppm。通过与下游客户的沟通以及借鉴国内外兄弟装置的先进经验，为了最大限度降低聚丙烯产品的灰分，特别是降低颗粒产品的灰分，在整个的生产流程中必须进行密封隔离。在聚合干燥过程中，主要运用高纯度氮气作为气体保护，防止空气杂质进入产品中；在造粒过程中，对混炼机、挤压机和掺合器进行改造，使整个过程密闭，减少空气中的灰尘、杂质进入产品。

3.2 等规度控制

聚丙烯的等规度主要靠调整 OF/TK（硅烷/四氯化钛）催化剂控制，增加OF/TK比例会提高等规度，但会增加产品的灰分含量。目前，BOPP膜主要用于卷烟膜、包装膜、电工膜和食品等行业，其等规度一般控制在94.0%-97.0%。等规度高，结晶速率越快，薄膜产品的屈服强度和表面硬度会明显增大；等规度低，树脂的拉伸强度则低。产品中的无规物在加工过程中是良好的润滑剂，可提高树脂的延展性，有利于聚合物定向，有助于改善薄膜的光学性能。根据生产数据表明，在聚丙烯聚合的造粒过程中，产品等规度有所下降。所以，要想在不增加灰分的前提下提高等规度，就要提高催化剂的使用效率：首先，增加丙烯气体和氢气等原料的纯度，减少催化剂的损耗量；其次，把聚合釜的液位由 85%控制提高到 90%控制，增加催化剂在聚合釜的停留时间，提高催化剂的利用率。

3.3 熔融指数控制

产品的熔融指数决定了其力学性能，也决定了其加工性能，熔融指数过大，膜的强度不高；过小，产品的流动性变差，影响膜的拉伸速度，在吹膜过程中导致薄膜的厚度难以控制。在生产过程中，主要通过氢气的浓度调整产品的熔融指数，聚丙烯粉末的熔融指数严格控制在 2.4 g/10min -2.8 g/10min，这样可以提高成膜的稳定性和成膜质量。

3.4 鱼眼控制

鱼眼是产品在成膜过程中出现的气泡，鱼眼个数和鱼眼的大小直接影响产品的成膜质量、介电常数、击穿电压以及产品稳定性，是聚丙烯电工薄膜关键的性能指标。聚丙烯薄膜在成膜过程中，温度、压力、拉伸速度、冷却速度以及造粒过程中添加剂的使用是鱼眼出现的影响因素，在温度、压力、拉伸速度和冷却速度一定的条件下，我们引进了3M公司的PPA-FX9355添加剂，有效的减少了产品中的鱼眼个数。

4 结论

聚丙烯电工薄膜是一种优良的电力电容固体材料，市场前景宽广。目前，国内聚丙烯薄膜缺口非常大，虽然国内聚丙烯产量高，但质量达标产品较少，开发生产符合电工薄膜指标的聚丙烯产品具有良好的经济效益和社会效益[6]。中国石油辽阳石化开发的聚丙烯电工薄膜树脂与国内同类产品相当，且产品灰分低于国内同类产品，但与进口产品相比存在差距。在今后的生产中，通过工艺技术改进，对造粒系统进行优化，选择优良的添加剂，会有效改进聚丙烯电工薄膜的产品性能。

[1]王立新.我国聚丙烯电工膜的生产现状及国产化建议.化工新型材料,2001. 29(8).

[2]李洋.2009年全球BOPP薄膜需求量达到547万吨.印刷技术,2011.(4).

[3]陈丽珍.世界 BOPP薄膜需求量猛增.国际化工信息,2005(5).

[4]北京水清木华研究中心.2010-2011年中国双向拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）行业研究报告.2011.

[5]杨洪军.双向拉伸聚丙烯双面粗化电容器薄膜的生产研制.绝缘材料通讯,1995.(8).

[6]胡小忠.聚丙烯薄膜的双向拉伸工艺研究.橡塑技术与装备,2004.30(4).