[发明专利]电容器用超薄型双向拉伸聚丙烯粗化薄膜的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于仅用碳-碳不饱和键反应得到的高分子化合物的制备方法，涉及一种电容器用超薄型双向拉伸聚丙烯粗化薄膜的制造方法；特别适用于厚度为6μm-8μm的电容器用超薄型双向拉伸聚丙烯粗化薄膜的制造；制得的聚丙烯粗化薄膜产品适用于大容量、小体积、大功率的电力电容器产品的制造。

背景技术

双向拉伸聚丙烯薄膜由于是非极性介质材料，具有质轻、损耗小，稳定性好、电绝缘性和机械性能优良等特点，是高压电力电容器和低压电子电容器的理想介质材料，广泛应用于电容器各行业。随着社会的发展，科技的进步，电容器行业对电容器的尺寸大小要求越来越小，对容量的要求越来越大。从平板电容的公式可以得出，在相同的卷绕长度条件下，电容器的容量与其两个电极的间距d成反比，即极板间距越小，电容量越大。因此，在介质材料性能可以满足的情况下，电容器两个极板之间使用厚度较薄的薄膜作为介质材料，电容器极板间距变小，可以实现电力电容器电容量增大，尺寸减小。同时根据电容器行业电容计算公式C＝薄膜电容器薄膜耗用量×ε/d×d×ρ可以得出，同容量的电容器，10μm薄膜材料使用量是8μm的1.79倍，而8μm产品目前市场单价约是10μm的1.25倍，按此计算，使用8μm产品成本下降30％以上；因此，在产品各项性能保证的前提下，制造容量相同的电容器，使用相对较薄规格的电容薄膜，不仅其体积会减小，而且成本优势更加明显。

高、低压电力电容器由于其工艺和使用特点，要求聚丙烯薄膜介质不但要有较高的击穿电压值，同时还要求表面具有一定的粗糙度，以适应电力电容器浸油性能的要求，利于电容器油可以完全浸入到电容器元件芯子内部，排除芯子内残余气体，保证电容器良好的散热性及电绝缘性。表面粗糙度小，当空隙率小时，击穿电压提高，但不能满足电容器制造时浸油的需要；表面粗糙度大，当空隙率大时，能满足电容器制造时浸油的需要，但电容器的击穿电压会下降，电弱点增多，因此制造聚丙烯粗化膜这两项性能指标需要达到一个平衡(即击穿电压和表面粗糙度同时满足电容器要求的性能指标)。

现有技术中，双向拉伸聚丙烯粗化薄膜的生产一般是使用同一种材料、并采用一台挤出机，在230℃～250℃下通过加热、剪切、熔融挤出，在90℃～100℃冷却辊及铸片气刀的(铸片气刀气体没有加热，为自然环境温度)冷却下，形成带有不稳定、密度小(相对于α晶体)的β晶体厚片；厚片在125～150℃的温度条件下进行纵向拉伸，在热和力的作用下拉伸的同时，不稳定β晶体向稳定的、密度大(相对于β晶体)的α晶体转化，再经过横向拉伸后形成具有立体网状的相互连通的粗化结构的薄膜。

采用现有技术生产常规厚度10μm～18μm的粗化薄膜产品，按上述制造方法生产，薄膜平均粗糙度(平均粗糙度Ra指在测定长度内，被测轮廓线上各点至轮廓中线距离的和的平均值)一般为0.3μm～0.55μm，最大粗糙度(最大粗糙度Rmax指在测定长度内，轮廓线上最高峰与最低峰谷之间差值)将达到3.0μm～5.0μm；由于厚度较厚，最大粗糙度相对于整体厚度而言比例相对较小(20％～40％)，薄膜击穿电压可以满足电容器的性能要求。

采用现有技术生产厚度6μm-8μm超薄双向拉伸聚丙烯粗化膜产品，薄膜空隙率[空隙率＝(叠层法测试厚度-密度法测试厚度)/密度法测试厚度×100％，该指标表征两层薄膜之间的气隙率，主要因电力电容器制造过程中浸油的需要，国家标准及国际标准一般要求在8％左右]达到7～8％，但击穿电压和电弱点等电性能指标都难以符合要求。由于薄膜两面冷却条件不一致，造成薄膜的粗化结构不均匀，形成主粗糙面和次粗糙面。通过薄膜性能测试和分析发现，电性能指标不符合要求主要原因是薄膜主粗糙面(贴附冷却辊，后面简称CR面)平均粗糙度为0.25～0.40μm，而次粗糙面(后面简称AK面)只有0.10～0.15μm，薄膜两面的粗糙度差别较大，且CR面粗化结构不均匀，最大粗糙度较大，超过3.0μm。最大粗糙度与整体厚度比例已达50％以上，承载耐电压的有效厚度明显偏小，虽然薄膜的击穿电压中值指标达到国家标准，超出很小，但次低值击穿电压及电弱点这两项指标达不到国家标准要求，与高压电力电容器在高场强下对这两项性能的要求差距更大，薄膜测试数据见下表：

因此，采用现有技术生产的厚度6μm～8μm超薄双向拉伸聚丙烯粗化膜产品，产品质量及性能较差，难以满足电力电容器在高场强下击穿电压、电弱点等指标的要求。

发明内容