CN104130547A

CN104130547A - 一种大容量薄膜电容的绝缘封装材料

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Publication number: CN104130547A
Application number: CN201410347814.2A
Authority: CN
Inventors: 殷争艳; 张静
Original assignee: WUXI DONGRUN ELECTRONIC MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUXI DONGRUN ELECTRONIC MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2034-07-18
Also published as: CN104130547B

Abstract

一种大容量薄膜电容的绝缘封装材料，由A、B两种组分组成，其中A组分原料及各原料重量百分数为：环氧树脂20～40％，导热补强填料50～70％，自制柔顺性聚氨酯5～10％，消泡剂0.5～1.5％；B组分原料及各原料重量百分数为：酸酐25～35％，自制柔顺性聚氨酯2～5％，导热补强填料60～70％，固化促进剂0.5～1％，防沉降剂0.1～0.5％，抗氧剂0.1～1％；A、B组分按照重量比100∶90～100混合，搅拌均匀真空脱泡后灌注，于70～80℃固化2～3h，100～110℃老化6～8h即得固化封装材料。本发明封装材料具备优良的耐候性和耐冷热冲击性，与金属和塑料粘结力好，可以解决大容量薄膜电容的绝缘封装问题。

Description

一种大容量薄膜电容的绝缘封装材料

技术领域

本发明涉及封装材料技术领域，尤其是涉及一种制备大容量薄膜电容的绝缘封装材料的方法。

背景技术

世界各国都在着手研究开发双电层电容器，即超大容量电容。其通过极化电解质来储能，储能过程可逆。因此超级电容可反复充放电数十万次，被广泛应用于新能源汽车、电力系统及电网改造、仪器仪表、后备电源、高铁等各种领域。大容量薄膜电容体积较一般薄膜电容庞大，多个电容或串联或并联，分布情况复杂，应用领域广泛。因此大容量薄膜电容在不同的使用环境中需要封装材料对其进行有效的保护，使之性能稳定、寿命延长。

大电容工作在户外恶劣环境下，如果绝缘封装材料不耐高低温冲击而发生开裂，潮气就会进入电容，造成电性能的不稳定；或绝缘材料导热系数过低使大电容长期工作积聚大量的热，引起电容薄膜的失效都会造成大容量薄膜电容不能工作或减短大电容的工作寿命，造成极大的浪费。因此封装材料的电绝缘稳定性和可靠性决定了大容量电容的工作可靠性，在户外恶劣环境中的适应性。特别是在-55℃～105℃环境中，要求大容量电容保持正常的工作状态，这就对大电容的绝缘封装材料的电绝缘稳定性能、耐高低温冲击性及耐候性、降低电容量损耗提出了更为苛刻的要求。

传统使用的绝缘封装材料一般有环氧树脂、聚氨酯、有机硅树脂。加温固化的环氧树脂具有吸水率低、电性能稳定、耐高温等优点，但其固化后内应力较大，在低温环境下易开裂；聚氨酯封装材料耐低温性能优秀，在高低温冲击时其柔性链段能够释放积聚的应力而不易出现开裂现象，但异氰酸酯组分易于水汽发生反应产生气泡造成固化缺陷，工艺操作性受到限制；而有机硅树脂与外壳粘结不良易脱落，同样造成水汽进入的问题。因此需要开发一种新型的绝缘封装材料以适合大容量薄膜电容的工作要求。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本申请人提供了一种大容量薄膜电容用绝缘封装材料。本发明稳定的电绝缘性能可以确保大容量电容长期稳定的工作；高导热系数、低应力可以确保大容量电容在户外恶劣环境下使用，具备优良的耐候性和耐冷热冲击性，与金属和塑料粘结力好，可以解决大容量薄膜电容的绝缘封装问题。

本发明的技术方案如下：

一种大容量薄膜电容的绝缘封装材料，由A、B两种组分混合而成，A组分与B组分重量比为100:90～100；

所述A组分的原料及各原料的质量百分数为：

所述B组分的原料及各原料的质量百分数为：

一种大容量薄膜电容绝缘封装材料的制备方法，具体制备步骤如下：

(1)自制柔顺性的聚氨酯：将多元醇树脂85～95％除水后，与多异氰酸酯5～15％加入反应釜中，通氮气保护，于55～70℃反应至粘度不再增加为止，降温至30～40℃，过滤出料，得到自制羟基封端的柔顺性聚氨酯；

(2)制备A组分：将环氧树脂20～40％，导热补强填料50～70％，自制柔顺性聚氨酯5～10％，消泡剂0.5～1.5％，按照质量百分比混合，加入高速分散釜中，升温至70～90℃，搅拌90～120min，冷却至40～60℃，过滤放料得到A组分；

(3)制备B组分：将酸酐25～35％、自制柔顺性聚氨酯2～5％、导热补强填料60～70％，固化促进剂0.5～1％、防沉降剂0.1～0.5％、抗氧剂0.1～1％，按照质量百分比混合，加入高速反应釜中，升温至40～60℃，搅拌90～120min，过滤放料得到B组分；

步骤(2)所得的A组分与步骤(3)所得的B组分按照比例混合，搅拌均匀真空脱泡后灌注，于70～80℃固化2～3h，100～110℃老化6～8h即得固化封装材料；

步骤(1)中的多元醇树脂为聚乙二醇400、聚四氢呋喃醚二醇250中的至少一种；多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中的至少一种；

所述步骤(1)中的最佳反应时间为4～10小时，产物为均一稳定、无色至浅黄色透明液体；

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-51、脂环族环氧树脂ERL-4221中的至少一种；消泡剂为高分子聚硅氧烷类、丙烯酸酯类聚合物中的至少一种，优选BYK-A530、BYK-354中的至少一种；

所述导热补强填料为硅微粉、针状硅灰石粉、氧化铝、氧化镁中的至少一种；

所述的酸酐为甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、甲基纳迪克酸酐中的至少一种；促进剂为DMP-30、改性咪唑促进剂中的至少一种；所述防沉降剂为BYK-430、BYK-W995中的至少一种；所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、四(4-羟基-3,5-叔丁基苯基丙酸)季戊四醇酯、吩噻嗪中的至少一种。

本发明有益的技术效果在于：

(1)本发明绝缘封装材料，在双组份环氧树脂体系中，通过在刚性的环氧基团中引入柔顺性的聚氨酯链段来改性环氧树脂，本发明封装材料在配方中使用自制的柔顺性聚氨酯而不是一般的市售增韧剂来改性环氧树脂，自制柔顺性聚氨酯具有耐湿热性好、耐冷热冲击性佳的优点；

(2)本发明绝缘封装材料在B组分中添加大量导热补强填料，并且具有良好的流动性能，具备良好的工艺操作性；

(3)本发明绝缘封装材料在不降低环氧树脂体系强度和耐热稳定性的基础上降低了体系的内应力，提高了环氧树脂的耐低温冲击性，且双填充组分大大提高了封装体系的导热系数及耐高低温冲击性能(-55～150℃)，电绝缘性稳定优秀，保证了大电容运行的可靠性；

(4)本发明绝缘封装材料经国内多家知名电容制造商使用，各项性能指标和产品质量稳定性均满足了大容量薄膜电容的技术要求，目前本发明产品已经在大电容行业中得到了应用，具有广泛的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行具体描述。

实施例1

(1)首先制备柔顺性聚氨酯：将聚乙二醇400除水后，与TDI加入反应釜中，通氮气保护，于60℃反应7h至粘度不再增加为止，降温至30℃，过滤出料，得到自制羟基封端的柔顺性聚氨酯；

(2)制备A组分：将环氧树脂(其中双酚A环氧树脂E-51占75％，脂环族环氧树脂ERL-4221占25％)、自制柔顺性聚氨酯、针状硅灰石粉、消泡剂BYK-A530按照质量百分比混合，加入反应釜中，升温至90℃搅拌90min，冷却至60℃，过滤放料得到A组分；

(3)制备B组分：将甲基四氢苯酐、自制柔顺性聚氨酯、针状硅灰石粉、改性咪唑、BYK-430、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚按照质量百分比混合，加入高速分散釜中，升温至60℃搅拌100min，过滤出料得到B组分；

将A组分与B组分按照表2所示的比例混合，搅拌均匀真空脱泡后灌注，于75℃固化3h，105℃老化8h即得固化封装材料。

实施例2

(1)首先制备柔顺性聚氨酯：将聚四氢呋喃醚二醇250除水后，与IPDI加入反应釜中，通氮气保护，于65℃反应6h至粘度不再增加为止，降温至35℃，过滤出料，得到自制羟基封端的柔顺性聚氨酯；

(2)制备A组分：将双酚A环氧树脂E-51、自制柔顺性聚氨酯、硅微粉、消泡剂BYK-A530按照质量百分比混合，加入反应釜中，升温至90℃搅拌100min，冷却至55℃，过滤放料得到A组分；

(3)制备B组分：将甲基六氢苯酐和聚壬二酸酐混合物、自制柔顺性聚氨酯、硅微粉、DMP-30、BYK-430、四(4-羟基-3,5-叔丁基苯基丙酸)季戊四醇酯按照质量百分比混合，加入高速分散釜中，升温至60℃搅拌100min，过滤出料得到B组分；

将A组分与B组分按照表2所示的比例混合，搅拌均匀真空脱泡后灌注，于80℃固化2.5h，100℃老化8h即得固化封装材料。

实施例3

(1)首先制备柔顺性聚氨酯：将聚乙二醇400除水后，与HDI加入反应釜中，通氮气保护，于70℃反应4h至粘度不再增加为止，降温至40℃，过滤出料，得到自制羟基封端的柔顺性聚氨酯；

(2)制备A组分：将脂环族环氧树脂ERL-4221、自制柔顺性聚氨酯、氧化铝、消泡剂BYK-354按照质量百分比混合，加入反应釜中，升温至80℃搅拌120min，冷却至50℃，过滤放料得到A组分；

(3)制备B组分：将甲基四氢苯酐、自制柔顺性聚氨酯、硅微粉、改性咪唑、BYK-W995、吩噻嗪按照质量百分比混合，加入高速分散釜中，升温至50℃搅拌110min，过滤出料得到B组分；

将A组分与B组分按照表2所示的比例混合，搅拌均匀真空脱泡后灌注，于70℃固化3h，110℃老化7h即得固化封装材料。

实施例4

(1)首先制备柔顺性聚氨酯：将聚四氢呋喃醚二醇250除水后，与TDI加入反应釜中，通氮气保护，于55℃反应8h至粘度不再增加为止，降温至30℃，过滤出料，得到自制羟基封端的柔顺性聚氨酯；

(2)制备A组分：将环氧树脂(其中双酚A环氧树脂E-51占50％，脂环族环氧树脂ERL-4221占50％)、自制柔顺性聚氨酯、氧化铝、消泡剂BYK-A530按照质量百分比混合，加入反应釜中，升温至85℃搅拌110min，冷却至60℃，过滤放料得到A组分；

(3)制备B组分：将甲基六氢苯酐、自制柔顺性聚氨酯、硅微粉、固化促进剂DMP-30、防沉降剂BYK-430、四(4-羟基-3,5-叔丁基苯基丙酸)季戊四醇酯按照质量百分比混合，加入高速分散釜中，升温至55℃搅拌110min，过滤出料得到B组分；

将A组分与B组分按照表2所示的比例混合，搅拌均匀真空脱泡后灌注，于75℃固化2h，105℃老化8h即得固化封装材料。

实施例5

(1)首先制备柔顺性聚氨酯：将聚乙二醇400除水后，与IPDI加入反应釜中，通氮气保护，于60℃反应5h至粘度不再增加为止，降温至40℃，过滤出料，得到自制羟基封端的柔顺性聚氨酯；

(2)制备A组分：将环氧树脂(其中双酚A环氧树脂E-51占25％，脂环族环氧树脂ERL-4221占75％)、自制柔顺性聚氨酯、氧化镁、消泡剂BYK-354按照质量百分比混合，加入反应釜中，升温至75℃搅拌120min，冷却至50℃，过滤放料得到A组分；

(3)制备B组分：将甲基纳迪克酸酐、自制柔顺性聚氨酯、硅微粉、促进剂改性咪唑、防沉降剂BYK-W995、抗氧剂2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚按照质量百分比混合，加入高速分散釜中，升温至45℃搅拌120min，过滤出料得到B组分；

将A组分与B组分按照表2所示的比例混合，搅拌均匀真空脱泡后灌注，于75℃固化3h，105℃老化6h即得固化封装材料。

实施例1～5的原料及各原料的质量见下表1、2，单位均为Kg。

自制柔顺性聚氨酯的羟基含量按照苯酐-吡啶法测试；

A组分的环氧值按照盐酸丙酮法来检测；

B组分的酸酐含量按照酸碱滴定法来检测。

表1

表2

实施例1所得绝缘封装材料与现有封装材料XNR5002(Z)(长濑精细化工有限公司)、封装材料TCG1695(京瓷化学有限公司)按照表3所列的重量混合比混合，搅拌均匀真空脱泡后灌注，固化参数见表3，固化后的性能如表4所示。

表3

项目	实施例1	XNR5002(Z)	TCG1695
				重量混合比	100/92	100/100	100/28
混合粘度(mPa·s，60℃)	900	900	450
				固化温度/℃	75	75	75
固化时间/h	3	2.5	2
				老化温度/℃	105	105	105
老化时间/h	8	8	8

表4

①指在温度为85℃，湿度为85％的湿热老化箱中，电容值的损耗率。

②将A、B组分混合料灌注于8×8×3cm的铝外壳器件中，于150℃烘箱中放置2h后立即放入-55℃的冰箱中2h，为一个循环周期。

通过表4可以看出本发明实施例1所制备的本发明封装材料的拉伸强度、弯曲强度优于现有的封装材料，说明其力学性能较好；实施例1所制备的本发明封装材料的导热系数1.1优于现有材料的1.0和0.8，线膨胀系数较小，说明本发明封装材料传热性能较好且耐温性也较好；另外本发明封装材料的耐冷热冲击性、双85条件下的容量损耗性能都优于其他两种材料。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种大容量薄膜电容的绝缘封装材料，其特征在于，所述绝缘封装材料由A、B两种组分混合而成，A组分与B组分重量比为100:90～100；

所述A组分的原料及各原料的质量百分数为：

所述B组分的原料及各原料的质量百分数为：

2.一种大容量薄膜电容绝缘封装材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：

(3)制备B组分：将酸酐25～35％、自制柔顺性聚氨酯2～5％、导热补强填料60～70％，固化促进剂0.5～1％、防沉降剂0.1～0.5％、抗氧剂0.1～1％，按照质量百分比混合，加入高速反应釜中，升温至40～60℃，搅拌90～120min，过滤放料得到B组分。

3.根据权利要求1所述的大容量薄膜电容的绝缘封装材料，其特征在于所述步骤(2)所得的A组分与步骤(3)所得的B组分按照比例混合，搅拌均匀真空脱泡后灌注，于70～80℃固化2～3h，100～110℃老化6～8h即得固化封装材料。

4.根据权利要求2所述的大容量薄膜电容的绝缘封装材料，其特征在于所述步骤(1)中的多元醇树脂为聚乙二醇400、聚四氢呋喃醚二醇250中的至少一种；多异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。

5.根据权利要求2所述的大容量薄膜电容的绝缘封装材料，其特征在于所述步骤(1)中的最佳反应时间为4～10小时，产物为均一稳定、无色至浅黄色透明液体。

6.根据权利要求1或2所述的大容量薄膜电容的绝缘封装材料，其特征在于所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-51、脂环族环氧树脂ERL-4221中的至少一种；消泡剂为高分子聚硅氧烷类、丙烯酸酯类聚合物中的至少一种。

7.根据权利要求1或2或6所述的大容量薄膜电容的绝缘封装材料，其特征在于所述消泡剂为BYK-A530、BYK-354中的至少一种。

8.根据权利要求1或2所述的大容量薄膜电容的绝缘封装材料，其特征在于所述导热补强填料为硅微粉、针状硅灰石粉、氧化铝、氧化镁中的至少一种。

9.根据权利要求1或2所述的大容量薄膜电容的绝缘封装材料，其特征在于所述酸酐为甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐、甲基纳迪克酸酐中的至少一种。

10.根据权利要求1或2所述的大容量薄膜电容的绝缘封装材料，其特征在于所述促进剂为DMP-30、改性咪唑促进剂中的至少一种；所述防沉降剂为BYK-430、BYK-W995中的至少一种；所述抗氧剂为2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、四(4-羟基-3,5-叔丁基苯基丙酸)季戊四醇酯、吩噻嗪中的至少一种。