CN116852831A - 一种超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜及其制备方法，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜包括上表层、芯层和下表层；按质量百分比计，所述上表层和下表层均由77.95‑93.48％的聚丙烯树脂、5‑15％的长链接枝聚丙烯、0.02‑0.05％的β成核剂、0.5‑2％的陶瓷填料和1‑5％的相容剂组成；所述芯层由84.9‑94.96％的聚丙烯树脂、5‑15％的长链接枝聚丙烯、0.02‑0.05％的α成核剂和0.02‑0.05％的β成核剂组成；该方法通过原料及助剂的选择，结合世界先进的磁悬浮同步双向拉伸技术，经本发明制得的超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜具有很好的介电性、耐温性、耐电压性、浸油性和加工适应性。
Description
技术领域
本发明属于薄膜电容器技术领域，具体涉及一种超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜及其制备方法。
背景技术
双向拉伸聚丙烯薄膜具有质轻、无毒、机械强度高、尺寸稳定性好、介电损耗小、电绝缘性、击穿强度高和自愈性强等优势，特别适用于薄膜电容器领域。随着电子信息产业和电力工业迅猛发展，薄膜电容器正在向大容量、微型化和高安全可靠性的方向发展，对薄膜电容器的体积、耐温和可靠性等指标提出了更高的要求。现有的聚丙烯电容器薄膜厚度大、耐温性差、热收率高，用此膜卷绕而成的电容器随着其工作时间的加长，其内部温升较快，导致电容器的稳定性急剧下降，甚至造成电容器失效，给电网带来严重的安全隐患。
为了减薄聚丙烯薄膜的厚度，申请号CN201310389997.X的专利公开了一种高性能超薄聚丙烯电容器薄膜及其制备方法，采用高纯度电工级聚丙烯原料，依次通过熔融挤出、铸片、再以40～50倍的拉伸比进行双向同步拉伸，然后依次经冷却定型、切边和电晕处理，得到厚度为2～4μm的成品的聚丙烯电容膜。但由于机械同步拉伸的拉伸轨道是固定的，拉伸比无法调节，且生产出的产品机械强度小；再则，上述专利是采用电晕处理的方式来提高表面极性和表面粗糙度，但在电晕处理过程中，薄膜与电晕辊之间易夹有空气或灰尘，这易导致超薄聚丙烯薄膜表面产生缺陷，影响使用效果。
此外，除了对薄膜厚度要求外，还需要薄膜具有很好的耐温性和抗电性，申请号CN202210906208.4的专利公开了一种超薄耐高温聚丙烯电容器薄膜及其制造方法，通过优选原材料、改性聚合物及复配添加物，同时提高耐温性和机械性能，通过双向拉伸协同光化学表面处理，使薄膜生产过程中可以有效控制薄膜两面的粗化程度，提高了薄膜的浸渍性能和抗电性能。由于α晶型的形成对薄膜耐温性、耐电压性和强度的提高效果更好，而上述专利通过制备过程中的温度控制来适度增大结晶度，这种方法对α晶型的转化有限，不能最大限度的实现聚丙烯薄膜的耐温性和耐电压性。
因此，对于表面粗化的超薄型聚丙烯薄膜而言，同时具备较好的耐高温、耐电压性及加工适应性是亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜及其制备方法，该超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜通过原料及助剂的选择，结合世界先进的磁悬浮同步双向拉伸技术，经本发明制得的超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜具有很好的介电性、耐温性、耐电压性、浸油性和加工适应性。
本发明采用以下技术方案：
一种超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜包括上表层、芯层和下表层；按质量百分比计，所述上表层和下表层均由77.95-93.48％的聚丙烯树脂、5-15％的长链接枝聚丙烯、0.02-0.05％的β成核剂、0.5-2％的陶瓷填料和1-5％的相容剂组成；所述芯层由84.9-94.96％的聚丙烯树脂、5-15％的长链接枝聚丙烯、0.02-0.05％的α成核剂和0.02-0.05％的β成核剂组成。
优选地，所述α成核剂为有机磷酸盐成核剂或山梨醇成核剂中的一种。
优选地，所述β成核剂为稀土类成核剂或芳香族二酰胺类成核剂的一种。
优选地，所述陶瓷填料为纳米二氧化钛或纳米二氧化锆中的一种。
优选地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
优选地，所述聚丙烯树脂的等规度≥96％，熔体流动速率为1～4g/10min，灰分≤20ppm。
优选地，所述长链接枝聚丙烯的分子量为(35～38)×104g/mol，熔体流动速率为1～3g/10min。
优选地，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的总厚度为2～6μm。
一种超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的制备方法，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的制备是在磁悬浮同步双向拉伸设备上实现的，具体包括以下步骤：
S1、按配方中的质量百分比，将芯层、上表层和下表层的原料分别加入主挤和两台辅挤中，在220～260℃下熔融、塑化、挤出，形成熔融厚片后，通过75～100℃的激冷辊和高压气到的作用冷却凝固成流延厚片；
S2：将流延厚片经预热、同步双向拉伸和热定型，得到双向拉伸聚丙烯电容器薄膜；其中，预热温度为120～145℃，拉伸温度为135～165℃，热定型温度为150～175℃，拉伸比为4×6～5×10；
S3：将步骤S2制得的双向拉伸聚丙烯电容器薄膜进行冷却、切边测厚，最终制备得到成品超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜。
采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：
1、本发明添加了长链接枝聚丙烯，这些柔性的长链官能团，在体系中，通过分子相互作用，形成网状结构，提高了薄膜的韧性；同时，长链接枝聚丙烯可以促进一定的异相成核，抑制分子链运动，从而提高薄膜的耐温性，以及高温下的介电性。
2、本发明在芯层、上表层和下表层均添加β成核剂，一方面，β成核剂促进了球晶晶粒细的β晶型的形成，对于冲击具有缓冲作用，提高了冲击强度，也使得材料的韧性显著提高，薄膜延展性提高，降低了薄膜厚度；另一方面，在上表层和下表层单独添加β成核剂，使聚丙烯在未进行α晶型转化的非晶区适度形成β晶型，以此调节薄膜的表面粗糙度，提高了薄膜的浸渍性能。
3、本发明在芯层添加α成核剂，一方面，使聚丙烯分子排列更加紧密，提高了聚丙烯的结晶度，有效提高了薄膜的耐电压性和介电强度，也提高了薄膜的刚性和拉伸强度，结合β晶型的作用，使薄膜具有很好的刚韧平衡性；另一方面，α成核剂的添加也可以避免β成核剂过度诱导转化形成β晶型，包装后续产品中有足够稳定的α晶体含量。
4、本发明采用了先进的磁悬浮同步拉伸技术，克服了机械线下同步拉伸轨道固定的缺陷，其拉伸轨道可自动化、智能化调节，生产时产品的宽度和拉伸比可以自动调节，对于生产超薄聚丙烯薄膜具有很大优势；再则，通过该方法生产出的产品机械强度高，均衡型更好。
附图说明
图1为本发明的超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1、上表层；2、芯层；3、下表层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的描述中，需要说明的是，本发明所使用的的术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义，不能理解为对本发明的限制；应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。
实施例1
如图1所示，一种超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜包括上表层1、芯层2和下表层3；按质量百分比计，所述上表层1和下表层3均由83.45％的聚丙烯树脂、15％的长链接枝聚丙烯、0.05％的β成核剂、0.5％的陶瓷填料和1％的相容剂组成；所述芯层2由84.9％的聚丙烯树脂、15％的长链接枝聚丙烯、0.05％的α成核剂和0.05％的β成核剂组成。
一种超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的制备方法，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的制备是在磁悬浮同步双向拉伸设备上实现的，具体包括以下步骤：
S1、按配方中的质量百分比，将芯层2、上表层1和下表层3的原料分别加入主挤和两台辅挤中，在240℃下熔融、塑化、挤出，形成熔融厚片后，通过90℃的激冷辊和高压气到的作用冷却凝固成流延厚片；
S2：将流延厚片经预热、同步双向拉伸和热定型，得到双向拉伸聚丙烯电容器薄膜；其中，预热温度为135℃，拉伸温度为165℃，热定型温度为175℃，拉伸比为6×8，即纵向6，横向8；
S3：将步骤S2制得的双向拉伸聚丙烯电容器薄膜进行冷却、切边测厚，最终制备得到成品超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜。
其中，所述α成核剂为山梨醇成核剂；所述β成核剂为稀土类成核剂；所述陶瓷填料为纳米二氧化钛，可以提高薄膜的结晶性能和力学性能的同时，赋予材料良好的介电强度；所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，改善纳米陶瓷填料的分散性，提高薄膜的力学性能；所述聚丙烯树脂的等规度为97％，熔体流动速率为3g/10min，灰分为18ppm；所述长链接枝聚丙烯的分子量为37×104g/mol，熔体流动速率为2g/10min；所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的总厚度为5μm。
实施例2
与实施例1相比，其区别在于，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜包括上表层1、芯层2和下表层3；按质量百分比计，所述上表层1和下表层3均由85.95％的聚丙烯树脂、10％的长链接枝聚丙烯、0.05％的β成核剂、1％的陶瓷填料和3％的相容剂组成；所述芯层2由89.9％的聚丙烯树脂、10％的长链接枝聚丙烯、0.05％的α成核剂和0.05％的β成核剂组成。
实施例3
与实施例1相比，其区别在于，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜包括上表层1、芯层2和下表层3；按质量百分比计，所述上表层1和下表层3均由87.95％的聚丙烯树脂、5％的长链接枝聚丙烯、0.05％的β成核剂、2％的陶瓷填料和5％的相容剂组成；所述芯层2由84.9％的聚丙烯树脂、5％的长链接枝聚丙烯、0.05％的α成核剂和0.05％的β成核剂组成。
对比例1
一种超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜膜层结构包括：上表层1、芯层2和下表层3；按质量百分比计，所述上表层1、芯层2和下表层3均由100％的聚丙烯树脂组成；所述聚丙烯树脂的等规度为97％，熔体流动速率为3g/10min，灰分为18ppm；所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的总厚度为5μm。
一种超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的制备方法，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的制备是在磁悬浮同步双向拉伸设备上实现的，具体包括以下步骤：
S1、按配方中的质量百分比，将芯层2、上表层1和下表层3的原料分别加入主挤和两台辅挤中，在240℃下熔融、塑化、挤出，形成熔融厚片后，通过90℃的激冷辊和高压气到的作用冷却凝固成流延厚片；
S2：将流延厚片经预热、同步双向拉伸和热定型，得到双向拉伸聚丙烯电容器薄膜；其中，预热温度为135℃，拉伸温度为165℃，热定型温度为175℃，拉伸比为6×8，即纵向6，横向8；
S3：将步骤S2制得的双向拉伸聚丙烯电容器薄膜进行冷却、切边测厚，最终制备得到成品超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜。
对比例2
与实施例1相比，其区别在于，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜包括上表层1、芯层2和下表层3；按质量百分比计，所述上表层1和下表层3均由85％的聚丙烯树脂和15％的长链接枝聚丙烯组成；所述芯层2由85％的聚丙烯树脂和15％的长链接枝聚丙烯组成。
实施例3
与实施例1相比，其区别在于，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜包括上表层1、芯层2和下表层3；按质量百分比计，所述上表层1和下表层3均由84.95％的聚丙烯树脂、15％的长链接枝聚丙烯和0.05％的β成核剂组成；所述芯层2由84.95％的聚丙烯树脂、15％的长链接枝聚丙烯和0.05％的β成核剂组成。
实施例4
与实施例1相比，其区别在于，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜包括上表层1、芯层2和下表层3；按质量百分比计，所述上表层1和下表层3均由84.95％的聚丙烯树脂、15％的长链接枝聚丙烯、0.05％的β成核剂；所述芯层2由84.9％的聚丙烯树脂、15％的长链接枝聚丙烯、0.05％的α成核剂和0.05％的β成核剂组成。
实施例5
与实施例1相比，其区别在于，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜包括上表层1、芯层2和下表层3；按质量百分比计，所述上表层1和下表层3均由98.45％的聚丙烯树脂、0.05％的β成核剂、0.5％的陶瓷填料和1％的相容剂组成；所述芯层2由99.9％的聚丙烯树脂、0.05％的α成核剂和0.05％的β成核剂组成。
本发明对上述实施例1-3和对比例1-5，参照GB/T13542.2-2009《电气绝缘用薄膜第2部分：试验方法》标准进行测试相关性能，相关检测数据如表1所示。
表1实施例1-3和对比例1-5性能测试表
| 测试项目 | 粗糙度(μm) | 击穿强度(V/μm) | 最高使用温度(℃) |
| 实施例1 | 0.30 | 618.6 | ≥130 |
| 实施例2 | 0.31 | 607.9 | ≥130 |
| 实施例3 | 0.29 | 602.4 | ≥130 |
| 对比例1 | 0.09 | 410.9 | 100～115 |
| 对比例2 | 0.11 | 489.5 | 110～120 |
| 对比例3 | 0.29 | 500.1 | 110～120 |
| 对比例4 | 0.28 | 587.3 | 110～120 |
| 对比例5 | 0.27 | 572.8 | 110～120 |
从表1中可知，采用本发明所生产的超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜具有耐高温、粗糙度较大与抗电强度良好等优点，能满足薄膜电容器技术领域的需求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜，其特征在于：所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜包括上表层(1)、芯层(2)和下表层(3)；按质量百分比计，所述上表层(1)和下表层(3)均由77.95-93.48％的聚丙烯树脂、5-15％的长链接枝聚丙烯、0.02-0.05％的β成核剂、0.5-2％的陶瓷填料和1-5％的相容剂组成；所述芯层(2)由84.9-94.96％的聚丙烯树脂、5-15％的长链接枝聚丙烯、0.02-0.05％的α成核剂和0.02-0.05％的β成核剂组成。
2.如权利要求1所述的超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜，其特征在于：所述α成核剂为有机磷酸盐成核剂或山梨醇成核剂中的一种。
3.如权利要求1所述的超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜，其特征在于：所述β成核剂为稀土类成核剂或芳香族二酰胺类成核剂的一种。
4.如权利要求1所述的超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜，其特征在于：所述陶瓷填料为纳米二氧化钛或纳米二氧化锆中的一种。
5.如权利要求1所述的超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
6.如权利要求1所述的超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜，其特征在于：所述聚丙烯树脂的等规度≥96％，熔体流动速率为1～4g/10min，灰分≤20ppm。
7.如权利要求1所述的超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜，其特征在于：所述长链接枝聚丙烯的分子量为(35～38)×104g/mol，熔体流动速率为1～3g/10min。
8.如权利要求1所述的超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜，其特征在于：所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的总厚度为2～6μm。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的制备方法，其特征在于，所述超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜的制备是在磁悬浮同步双向拉伸设备上实现的，具体包括以下步骤：
S1、按配方中的质量百分比，将芯层(2)、上表层(1)和下表层(3)的原料分别加入主挤和两台辅挤中，在220～260℃下熔融、塑化、挤出，形成熔融厚片后，通过75～100℃的激冷辊和高压气到的作用冷却凝固成流延厚片；
S2：将流延厚片经预热、同步双向拉伸和热定型，得到双向拉伸聚丙烯电容器薄膜；其中，预热温度为120～145℃，拉伸温度为135～165℃，热定型温度为150～175℃，拉伸比为4×6～5×10；
S3：将步骤S2制得的双向拉伸聚丙烯电容器薄膜进行冷却、切边测厚，最终制备得到成品超薄双向拉伸聚丙烯电容器薄膜。
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