聚苯乙烯薄膜的制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种聚苯乙烯薄膜的制备方法及装置，该方法通过控制溶剂蒸汽排出速度的方式降低了溶剂的挥发速率，降低了“结皮”效应导致的薄膜表面起伏的程度。同时，采用了高粘度流体的溶剂蒸汽熏蒸流平技术，因此不会过于延长制备时间。高粘度流体本体流动性较弱，但其表层则在溶剂蒸汽的熏蒸下发生再溶解，从而粘度降低，流动性略有增强，可以发生短程迁移。通过长时间的动态再平衡，薄膜的表面质量获得提高。采用配套设计加工的热处理夹具提高了热处理效果，进一步提高了薄膜的表面质量。上述方法有效提高了薄膜的厚度均匀性，降低了厚度偏差。采用该方法成功制备了厚度为10μm～100μm，厚度均匀性达到80％以上、厚度偏差小于±20％的聚苯乙烯薄膜。

【技术实现步骤摘要】
聚苯乙烯薄膜的制备方法及装置
本专利技术属于聚合物加工成型领域，具体涉及一种制备聚苯乙烯薄膜的方法及装置。
技术介绍
在激光惯性约束聚变(ICF)研究中，常用聚苯乙烯薄膜制备各种类型的靶。在强场物理实验中，聚苯乙烯薄膜常用于研究激光与材料之间的相互作用。除了结构简单的平面聚苯乙烯薄膜靶外，还有一些设计结构更为复杂的靶型，如在聚苯乙烯靶的表面要求具有二维或三维正弦调制图纹的调制靶、聚苯乙烯薄膜-泡沫调制复合靶等，这些靶的制备均以聚苯乙烯薄膜的制备为基础。采用浇铸法制备的聚苯乙烯薄膜是目前ICF物理实验中最常用的聚合物薄膜之一。浇铸法是一种设备投资少且方便易行的聚合物薄膜制备方法。适合采用浇铸法制备的聚苯乙烯薄膜产品的特点是产量小、规格多，厚度一般在10微米至100微米之间。因为浇铸法制备的高纯度聚苯乙烯薄膜主要用于ICF研究领域，所以开展制备研究工作的主要是美国、中国等的ICF相关研究机构。美国GA公司在上世纪90年代初就开始采用浇铸法制备聚苯乙烯薄膜，用于制备Nike靶及OMEGA激光靶。GA公司采用的方法是将聚苯乙烯溶液浇注在抛光的硅基片上，然后将硅基片置于超声波清洗器中水的表面，通过超声振动流体加速溶液在硅基片表面的铺展，同时令溶剂挥发，最后得到薄膜。国内曾经采用的工艺方法是先将模具底面的模板用水平仪调整至水平，然后将聚苯乙烯溶液浇注在组合模具内的抛光模板表面，溶剂挥发后得到薄膜。为了提高薄膜的平整度，溶剂挥发的过程中会在模具上覆盖一张中速滤纸，以减小快速的溶剂挥发带来的表面扰动。但是这种工艺方法的重复性较差，可靠性较低，因此制备的薄膜合格率较低。专利
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种聚苯乙烯薄膜的制备装置，包括：底座，其上连接有调平螺栓和模具放置槽；用于容纳聚苯乙烯溶液的浇铸模具，其包括设置在模具放置槽内的浇铸模板、与浇铸模板相匹配的L型密封圈和可拆卸连接在底座上并套设于浇铸模板外的中筒；上盖，其与所述中筒的上端可拆卸连接以使浇铸模具形成密封空间；所述上盖与中筒的可拆卸连接处设置有密封圈Ⅰ；质量流量控制器，其通过所述上盖与密封空间连通；所述质量流量控制器上连接有用于将密封空间抽真空的真空泵。优选的是，所述可拆卸连接为螺栓连接。优选的是，所述装置还包括：聚苯乙烯薄膜热处理夹具装置，其包括：具有夹持槽的热处理底座，其夹持槽内设置有用于放置聚苯乙烯薄膜的热处理夹具模板；环形压块，其与所述热处理底座可拆卸连接以使聚苯乙烯薄膜压制在热处理夹具模板上；其中，所述聚苯乙烯薄膜的边缘设置有密封圈Ⅱ。优选的是，所述调平螺栓有四个，其均匀分布在底座的四周；所述L型密封圈内径为10cm～15cm。本专利技术还提供一种采用任一项上述的聚苯乙烯薄膜的制备装置制备聚苯乙烯薄膜的方法，包括以下步骤：步骤一、根据L型密封圈内径计算制备目标厚度的聚苯乙烯薄膜所需的聚苯乙烯的质量；然后配制并过滤聚苯乙烯溶液；采用电子水平仪测试浇铸模板的水平度，并调节底座上的调平螺栓使浇铸模板达到水平；将过滤后的聚苯乙烯溶液浇铸到浇铸模具的浇铸模板上，并在通风橱开启的状态下将浇铸模具敞开放置，直至聚苯乙烯溶液的粘度增大成为粘稠的聚苯乙烯流体；步骤二、将上盖与中筒的上端可拆卸连接，并在上盖上连通质量流量控制器，关闭质量流量控制器，使浇铸模具内形成密封空间，对聚苯乙烯流体进行溶剂蒸汽熏蒸流平处理12～14小时；步骤三、开启运行质量流量控制器，并开启真空泵抽真空；然后拆卸装置并将浇铸模板上的薄膜脱模，得到薄膜I；步骤四、将薄膜I置于聚苯乙烯薄膜热处理装置中，对薄膜I进行烘干和热处理，得到薄膜II，剪裁所需尺寸的薄膜，得到聚苯乙烯薄膜产品。优选的是，采用溴掺杂聚苯乙烯溶液、氯掺杂聚苯乙烯溶液、硅掺杂聚苯乙烯溶液和钛掺杂聚苯乙烯溶液中的任意一种代替聚苯乙烯溶液；所述配制聚苯乙烯溶液采用的聚苯乙烯的重均分子量为200000～500000；所述过滤聚苯乙烯溶液采用孔径为0.1微米、0.22微米或0.45微米的疏水滤膜；所述配制聚苯乙烯溶液采用的溶剂为三氯甲烷、苯或甲苯中的任意一种；配制聚苯乙烯溶液时的搅拌速度为50rpm～300rpm，时间为0.5h～1h。优选的是，所述步骤一中敞开放置的条件为：温度为15℃～30℃时敞开放置30分钟～10分钟。优选的是，其特征在于，所述聚苯乙烯的质量，采用以下公式计算：mPS＝ρPS·π·r2·t×10-4其中，mPS为聚苯乙烯的质量g；t理论膜厚μm；ρPS为聚苯乙烯的密度g/cm3；r为浇铸模板的有效半径，即L型密封圈的内径半径cm。优选的是，所述烘干和热处理的过程为：将热处理夹具模板安放在热处理底座的夹持槽，再将薄膜I平铺热处理夹具模板上，并用密封圈Ⅱ将薄膜I的边缘压住，将环型压块与热处理底座用螺栓紧固；将装夹在热处理夹具装置上的薄膜I放入鼓风烘箱进行烘干和热处理，处理条件为先50℃处理2h，然后100℃～150℃再处理2h，关闭烘箱，保持烘箱门关闭，使薄膜随烘箱降温至室温；拆除热处理夹具，得到薄膜II。优选的是，其特征在于，所述步骤三中，开启运行质量流量控制器的流速为3～7mL/min，质量流量控制器和真空泵的运行时间为330±30分钟。本专利技术至少包括以下有益效果：(1)本专利技术的制备聚苯乙烯薄膜的方法通过高粘度流体的溶剂蒸汽熏蒸流平技术和控制溶剂蒸汽排出速度的方式，既降低了溶剂的挥发速率，提高了薄膜的表面质量，又不会过于延长制备时间；采用配套设计加工的热处理夹具提高了热处理效果，进一步提高了薄膜的表面质量。该方法有效提高了薄膜的厚度均匀性，降低了厚度偏差。采用该方法成功制备了厚度为10μm～100μm，厚度均匀性达到80％以上、厚度偏差小于±20％的聚苯乙烯薄膜。(2)本专利技术的制备聚苯乙烯薄膜的方法可根据对目标薄膜的需求改变薄膜的厚度、直径、聚合物和溶剂的种类，并且薄膜质量对温度、洁净度等环境条件不敏感，方法的适用范围广，可有效解决目前浇铸法制备聚苯乙烯薄膜及掺杂聚苯乙烯薄膜的厚度均匀性和工艺重复性较差的问题。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明：图1为本专利技术聚苯乙烯薄膜的制备装置的结构示意图；图2为本专利技术聚苯乙烯薄膜的制备装置的装配结构示意图；图3为本专利技术聚苯乙烯薄膜热处理夹具装置的结构示意图；图4为本专利技术聚苯乙烯薄膜热处理夹具装置的装配结构示意图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。图1～2示出了一种聚苯乙烯薄膜的制备装置，包括：底座1，其上连接有调平螺栓8和模具放置槽13；用于容纳聚苯乙烯溶液的浇铸模具，其包括设置在模具放置槽13内的浇铸模板2、与浇铸模板2相匹配的L型密封圈3和可拆卸连接在底座1上并套设于浇铸模板2外的中筒4；浇铸模板2为带有凸台的圆形铜板，凸台直径与L型密封圈内径一致，凸台高度低于L型密封圈高度，并且L型密封圈上缘至凸台上表面的高度即为浇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚苯乙烯薄膜的制备装置，其特征在于，包括：底座，其上连接有调平螺栓和模具放置槽；用于容纳聚苯乙烯溶液的浇铸模具，其包括设置在模具放置槽内的浇铸模板、与浇铸模板相匹配的L型密封圈和可拆卸连接在底座上并套设于浇铸模板外的中筒；上盖，其与所述中筒的上端可拆卸连接以使浇铸模具形成密封空间；所述上盖与中筒的可拆卸连接处设置有密封圈Ⅰ；质量流量控制器，其通过所述上盖与密封空间连通；所述质量流量控制器上连接有用于将密封空间抽真空的真空泵。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯乙烯薄膜的制备装置，其特征在于，包括：底座，其上连接有调平螺栓和模具放置槽；用于容纳聚苯乙烯溶液的浇铸模具，其包括设置在模具放置槽内的浇铸模板、与浇铸模板相匹配的L型密封圈和可拆卸连接在底座上并套设于浇铸模板外的中筒；上盖，其与所述中筒的上端可拆卸连接以使浇铸模具形成密封空间；所述上盖与中筒的可拆卸连接处设置有密封圈Ⅰ；质量流量控制器，其通过所述上盖与密封空间连通；所述质量流量控制器上连接有用于将密封空间抽真空的真空泵。2.如权利要求1所述的聚苯乙烯薄膜的制备装置，其特征在于，所述可拆卸连接为螺栓连接。3.如权利要求1所述的聚苯乙烯薄膜的制备装置，其特征在于，还包括：聚苯乙烯薄膜热处理夹具装置，其包括：具有夹持槽的热处理底座，其夹持槽内设置有用于放置聚苯乙烯薄膜的热处理夹具模板；环形压块，其与所述热处理底座可拆卸连接以使聚苯乙烯薄膜压制在热处理夹具模板上；其中，所述聚苯乙烯薄膜的边缘设置有密封圈Ⅱ。4.如权利要求1所述的制备聚苯乙烯薄膜的装置，其特征在于，所述调平螺栓有四个，其均匀分布在底座的四周；所述L型密封圈内径为10cm～15cm。5.一种采用如权利要求1～4任一项所述的聚苯乙烯薄膜的制备装置制备聚苯乙烯薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据L型密封圈内径计算制备目标厚度的聚苯乙烯薄膜所需的聚苯乙烯的质量；然后配制并过滤聚苯乙烯溶液；采用电子水平仪测试浇铸模板的水平度，并调节底座上的调平螺栓使浇铸模板达到水平；将过滤后的聚苯乙烯溶液浇铸到浇铸模具的浇铸模板上，并在通风橱开启的状态下将浇铸模具敞开放置，直至聚苯乙烯溶液的粘度增大成为粘稠的聚苯乙烯流体；步骤二、将上盖与中筒的上端可拆卸连接，并在上盖上连通质量流量控制器，关闭质量流量控制器，使浇铸模具内形成密封空间，对聚苯乙烯流体进行溶剂蒸汽熏蒸流平处理12～14小时；步骤三、开启运行质量流量控制器，并开启真空泵抽真空；然后拆卸装置并将浇铸模板上的薄膜脱模，得到薄膜I；步骤四、将薄膜I置于聚苯乙烯薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇光，朱方华，张超，徐嘉靖，张伟，尹强，张帅，李娃，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：四川,51