CN105914035A - 一种大功率薄膜电容器的制备方法 - Google Patents

一种大功率薄膜电容器的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大功率薄膜电容器的制备方法，将塑料薄膜置于真空高温环境中，真空高温环境的温度为1080～1120℃，真空高温环境的气压为0.20～0.35Pa，接着将复合陶瓷粉熔融蒸镀覆于基层薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于复合陶瓷层表面得到金属化薄膜电极，然后将金属化薄膜电极卷绕得到大功率薄膜电容器；其中塑料薄膜的原料按重量份包括：聚丙烯55～60，环氧树脂35～38，三聚氰胺甲醛树脂22～25，氯磺化聚乙烯13～16，苯醚撑硅橡胶16～19，氧化铜11～14，二硼化钛5～8，硫酸钡12～15，玻璃纤维6～9，氧化锆晶须3～6，钛酸钾纤维2～5，硅烷偶联剂5～5.5等。

Description

一种大功率薄膜电容器的制备方法
技术领域
本发明涉及薄膜电容器技术领域，尤其涉及一种大功率薄膜电容器的制备方法。
背景技术
薄膜电容器是以金属箔当电极，将其和聚乙酯，聚丙烯，聚笨乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜，从两端重叠后，卷绕成圆筒状的构造之电容器；在所有的塑料薄膜电容当中，聚丙烯(PP)电容和聚苯乙烯(PS)电容的特性最为显著，当然这两种电容器的价格也比较高，电容器的薄膜质量直接影响电容器的使用寿命和产品性能，电容器薄膜的需求量大、种类多，采用单一原料生产的薄膜很难适应市场的要求，但每种原料都有其不足之处，所以生产出来的薄膜很难满足各种情况的需求。
发明内容
本发明提出了一种大功率薄膜电容器的制备方法，所得大功率薄膜电容器体积小，耐压高，无极性，能长期承受反向脉冲电压，能承受高有效电流和高峰值电流，电感量小，而且抗浪涌能力强，介质损耗小，使用寿命长。
本发明提出的一种大功率薄膜电容器的制备方法，将塑料薄膜置于真空高温环境中，真空高温环境的温度为1080～1120℃，真空高温环境的气压为0.20～0.35Pa，接着将复合陶瓷粉熔融蒸镀覆于基层薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于复合陶瓷层表面得到金属化薄膜电极，然后将金属化薄膜电极卷绕得到大功率薄膜电容器；其中塑料薄膜的原料按重量份包括：聚丙烯55～60份，环氧树脂35～38份，三聚氰胺甲醛树脂22～25份，氯磺化聚乙烯13～16份，苯醚撑硅橡胶16～19份，氧化铜11～14份，二硼化钛5～8份，硫酸钡12～15份，玻璃纤维6～9份，氧化锆晶须3～6份，钛酸钾纤维2～5份，硅烷偶联剂5～5.5份，3,3-双-(叔戊基过氧)丁酸乙酯1.9～2.1份，硫磺2.9～3.1份，2-巯基苯并噻唑锌盐1.4～1.7份，二苯胍1.2～1.5份，氧化镁4～5份，油酸钠1.1～1.6份，磷酸甲苯二苯酯12～15份，二硫化钼3～4份，三聚氰胺氰尿酸盐2.5～3.5份，防老剂2～3份。
上述塑料薄膜按常规技术手段挤出吹塑得到。
优选地，塑料薄膜原料中，聚丙烯、环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂的质量之和为a，氯磺化聚乙烯、苯醚撑硅橡胶的质量之和为b，则3.48＜a/b＜3.84。
优选地，塑料薄膜原料中，氧化铜、二硼化钛、硫酸钡、玻璃纤维、氧化锆晶须、钛酸钾纤维的重量比为12～13：6～7：13～14：7～8：4～5：3～4。
优选地，塑料薄膜原料中，2-巯基苯并噻唑锌盐、二苯胍、氧化镁、油酸钠的重量比为1.5～1.6：1.3～1.4：4.2～4.6：1.3～1.4。
优选地，复合陶瓷粉按重量份包括：聚乙二醇4～8份，微硅粉50～60份，氧化硅15～20份，铝碳化硅15～18份，氮化锰20～25份，氮化钛15～20份，氧化铝25～35份，氧化镍15～18份，氧化硼10～15份，氧化钇3～5份，氧化钪1～2份，氧化铈2～3份。
优选地，复合陶瓷粉中，铝碳化硅、氮化锰、氮化钛、氧化铝、氧化镍、氧化硼的重量比为16～17：22～24：18～19：27～33：16～17：12～13。
优选地，复合陶瓷粉中，氧化铝、氧化镍的质量之和为c，氧化钇、氧化钪、氧化铈的质量之和为d，则4.72＜c/d＜6.85。
优选地，复合陶瓷粉的制备工艺如下：将氧化硅、铝碳化硅、氮化锰、氮化钛、氧化铝、氧化硼、氧化镍、氧化钇、氧化钪和氧化铈混合后，球磨46～50h，然后加入聚乙二醇混合均匀得到。
本发明在塑料薄膜先蒸镀复合陶瓷粉，首先塑料薄膜受热形成凹坑，由于聚乙二醇熔点低，率先进行塑料薄膜表面析出，而且聚乙二醇结构中含有大量活性羟基，易于在凹坑中接枝形成核，从而均匀沉积在塑料薄膜表面，而后复合陶瓷粉其余物料开始在聚乙二醇表面析出，然后复合陶瓷粉析出后烧结形成整体，蒸镀复合陶瓷粉使电容可以工作在高温高压环境下仍能保持高的介电常数，由于电容容量公式为C＝εs/d(ε为介电常数，s为电极重合有效面积，d为两极极板间距)，电容同体积外形实现的容量大小取决于电介质的介电常数大小，介电常数越大，同体积的电容量越大，提高了介质介电常数，相同容量的电容就可以缩小体积。
本发明的塑料薄膜采用聚丙烯、环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂作为主料，以氯磺化聚乙烯和苯醚撑硅橡胶作为增韧剂，并以3,3-双-(叔戊基过氧)丁酸乙酯和硫磺作为硫化剂，使聚丙烯、环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂和氯磺化聚乙烯、苯醚撑硅橡胶彼此发生交联，提高了塑料薄膜的拉伸性能，而且在吹塑过程中含硅基团、含氯基团、羟基可向表面迁移，从而可以为后续蒸镀陶瓷粉提供结合基团，提高了陶瓷粉与塑料薄膜之间的附着力，而且使陶瓷粉均匀沉积在塑料薄膜表面，减少两者之间的孔隙，提高了本发明所得电容器的介电性能；而加入氧化铜、二硼化钛、硫酸钡、玻璃纤维、氧化锆晶须、钛酸钾纤维作为填充剂，以磷酸甲苯二苯酯、二硫化钼为增塑剂，使填充剂在主料中均匀分散性提高，改善塑料薄膜的界面状态，由于填充剂、增塑剂、硅烷偶联剂相互配合，使塑料薄膜难以发生极化，从而进一步提高本发明所得电容器的介电性能，降低介质损耗；三聚氰胺甲醛树脂、氯磺化聚乙烯、二苯胍、三聚氰胺氰尿酸盐和磷酸甲苯二苯酯相互配合，提高了本发明的耐压性能和抗浪涌能力，而且适用温度范围高，提高阻燃性能。
本发明在塑料薄膜具有高介电性能的基础上，通过真空烧结形成致密的陶瓷层进一步提高本发明介电性能，而复合陶瓷粉由微硅粉、氧化硅、铝碳化硅、氮化锰、氮化钛、氧化铝、氧化镍、氧化硼、氧化钇、氧化钪和氧化铈组成，在真空蒸镀过程中不仅通过蒸发或升华，然后在聚乙二醇表面析出，而且在真空高温环境中烧结，其中氧化钇、氧化钪和氧化铈作为稀土氧化物，与氮化钛配合，有效控制晶粒生长速度，有利于促进粘合陶瓷层的致密性，提高粘合陶瓷层介质抗电强度，采用微硅粉和铝碳化硅相互配合，大大提高了抗氧化能力，弥补金属化薄膜与空气接触容易氧化导致电容早期击穿失效的缺陷；再将锌铝复合金属蒸镀覆于粘合陶瓷层表面得到金属化薄膜电极，电极中的锌与陶瓷粉接触后，随着锌被氧化成氧化锌的成分增加，陶瓷的介电常数、击穿强度都随着增大，介电损耗减小，提高电容器的寿命。
本发明所得大功率薄膜电容器耐压高，电压范围可达800～3000Vdc，无极性，能长期承受反向脉冲电压，还能承受1.5倍于额定电压的过压，能承受脉冲宽度上升沿和下生沿比为1.2μs:50μs或8μs:20μs的2.5KV尖峰电压；其容量范围为1000～20000μF，能承受高有效电流，可达300mA/μF，也能承受高峰值电流，dv/dt达100V/μs，电感量小，而且抗浪涌能力强，能承受1000V/S的浪涌电压1000次，介质损耗小，介质损耗角正切≤0.003，温度特性好，能在120℃下长期工作，使用寿命可达100000h以上；同时本发明所得大功率薄膜电容器体积小，不产生酸污染，可长时间存储。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种大功率薄膜电容器的制备方法，将塑料薄膜置于真空高温环境中，真空高温环境的温度为1080℃，真空高温环境的气压为0.35Pa，接着将复合陶瓷粉熔融蒸镀覆于基层薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于复合陶瓷层表面得到金属化薄膜电极，然后将金属化薄膜电极卷绕得到大功率薄膜电容器；其中塑料薄膜的原料按重量份包括：聚丙烯55份，环氧树脂38份，三聚氰胺甲醛树脂22份，氯磺化聚乙烯16份，苯醚撑硅橡胶16份，氧化铜14份，二硼化钛5份，硫酸钡15份，玻璃纤维6份，氧化锆晶须6份，钛酸钾纤维2份，硅烷偶联剂5.5份，3,3-双-(叔戊基过氧)丁酸乙酯1.9份，硫磺3.1份，2-巯基苯并噻唑锌盐1.4份，二苯胍1.5份，氧化镁4份，油酸钠1.6份，磷酸甲苯二苯酯12份，二硫化钼4份，三聚氰胺氰尿酸盐2.5份，防老剂3份。
复合陶瓷粉按重量份包括：聚乙二醇4份，微硅粉60份，氧化硅15份，铝碳化硅18份，氮化锰20份，氮化钛20份，氧化铝25份，氧化镍18份，氧化硼10份，氧化钇5份，氧化钪1份，氧化铈3份。
复合陶瓷粉的制备工艺如下：将氧化硅、铝碳化硅、氮化锰、氮化钛、氧化铝、氧化硼、氧化镍、氧化钇、氧化钪和氧化铈混合后，球磨46h，然后加入聚乙二醇混合均匀得到。
实施例2
本发明提出的一种大功率薄膜电容器的制备方法，将塑料薄膜置于真空高温环境中，真空高温环境的温度为1120℃，真空高温环境的气压为0.2Pa，接着将复合陶瓷粉熔融蒸镀覆于基层薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于复合陶瓷层表面得到金属化薄膜电极，然后将金属化薄膜电极卷绕得到大功率薄膜电容器；其中塑料薄膜的原料按重量份包括：聚丙烯60份，环氧树脂35份，三聚氰胺甲醛树脂25份，氯磺化聚乙烯13份，苯醚撑硅橡胶19份，氧化铜11份，二硼化钛8份，硫酸钡12份，玻璃纤维9份，氧化锆晶须3份，钛酸钾纤维5份，硅烷偶联剂5份，3,3-双-(叔戊基过氧)丁酸乙酯2.1份，硫磺2.9份，2-巯基苯并噻唑锌盐1.7份，二苯胍1.2份，氧化镁5份，油酸钠1.1份，磷酸甲苯二苯酯15份，二硫化钼3份，三聚氰胺氰尿酸盐3.5份，防老剂2份。
复合陶瓷粉按重量份包括：聚乙二醇8份，微硅粉50份，氧化硅20份，铝碳化硅15份，氮化锰25份，氮化钛15份，氧化铝35份，氧化镍15份，氧化硼15份，氧化钇3份，氧化钪2份，氧化铈2份。
复合陶瓷粉的制备工艺如下：将氧化硅、铝碳化硅、氮化锰、氮化钛、氧化铝、氧化硼、氧化镍、氧化钇、氧化钪和氧化铈混合后，球磨50h，然后加入聚乙二醇混合均匀得到。
实施例3
本发明提出的一种大功率薄膜电容器的制备方法，将塑料薄膜置于真空高温环境中，真空高温环境的温度为1100℃，真空高温环境的气压为0.25Pa，接着将复合陶瓷粉熔融蒸镀覆于基层薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于复合陶瓷层表面得到金属化薄膜电极，然后将金属化薄膜电极卷绕得到大功率薄膜电容器；其中塑料薄膜的原料按重量份包括：聚丙烯58份，环氧树脂36份，三聚氰胺甲醛树脂24份，氯磺化聚乙烯14份，苯醚撑硅橡胶18份，氧化铜12份，二硼化钛7份，硫酸钡13份，玻璃纤维8份，氧化锆晶须4份，钛酸钾纤维4份，硅烷偶联剂5.2份，3,3-双-(叔戊基过氧)丁酸乙酯2份，硫磺3份，2-巯基苯并噻唑锌盐1.6份，二苯胍1.3份，氧化镁4.6份，油酸钠1.3份，磷酸甲苯二苯酯14份，二硫化钼3.3份，三聚氰胺氰尿酸盐3.2份，防老剂2.3份。
复合陶瓷粉按重量份包括：聚乙二醇7份，微硅粉52份，氧化硅18份，铝碳化硅16份，氮化锰24份，氮化钛18份，氧化铝33份，氧化镍16份，氧化硼13份，氧化钇3.5份，氧化钪1.8份，氧化铈2.6份。
复合陶瓷粉的制备工艺如下：将氧化硅、铝碳化硅、氮化锰、氮化钛、氧化铝、氧化硼、氧化镍、氧化钇、氧化钪和氧化铈混合后，球磨48h，然后加入聚乙二醇混合均匀得到。
实施例4
本发明提出的一种大功率薄膜电容器的制备方法，将塑料薄膜置于真空高温环境中，真空高温环境的温度为1100℃，真空高温环境的气压为0.3Pa，接着将复合陶瓷粉熔融蒸镀覆于基层薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于复合陶瓷层表面得到金属化薄膜电极，然后将金属化薄膜电极卷绕得到大功率薄膜电容器；其中塑料薄膜的原料按重量份包括：聚丙烯56份，环氧树脂37份，三聚氰胺甲醛树脂23份，氯磺化聚乙烯15份，苯醚撑硅橡胶17份，氧化铜13份，二硼化钛6份，硫酸钡14份，玻璃纤维7份，氧化锆晶须5份，钛酸钾纤维3份，硅烷偶联剂5.3份，3,3-双-(叔戊基过氧)丁酸乙酯2份，硫磺3份，2-巯基苯并噻唑锌盐1.5份，二苯胍1.4份，氧化镁4.2份，油酸钠1.4份，磷酸甲苯二苯酯13份，二硫化钼3.6份，三聚氰胺氰尿酸盐2.8份，防老剂2.7份。
复合陶瓷粉按重量份包括：聚乙二醇5份，微硅粉58份，氧化硅16份，铝碳化硅17份，氮化锰22份，氮化钛19份，氧化铝27份，氧化镍17份，氧化硼12份，氧化钇4.5份，氧化钪1.2份，氧化铈2.8份。
复合陶瓷粉的制备工艺如下：将氧化硅、铝碳化硅、氮化锰、氮化钛、氧化铝、氧化硼、氧化镍、氧化钇、氧化钪和氧化铈混合后，球磨47h，然后加入聚乙二醇混合均匀得到。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大功率薄膜电容器的制备方法，其特征在于，将塑料薄膜置于真空高温环境中，真空高温环境的温度为1080～1120℃，真空高温环境的气压为0.20～0.35Pa，接着将复合陶瓷粉熔融蒸镀覆于基层薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于复合陶瓷层表面得到金属化薄膜电极，然后将金属化薄膜电极卷绕得到大功率薄膜电容器；其中塑料薄膜的原料按重量份包括：聚丙烯55～60份，环氧树脂35～38份，三聚氰胺甲醛树脂22～25份，氯磺化聚乙烯13～16份，苯醚撑硅橡胶16～19份，氧化铜11～14份，二硼化钛5～8份，硫酸钡12～15份，玻璃纤维6～9份，氧化锆晶须3～6份，钛酸钾纤维2～5份，硅烷偶联剂5～5.5份，3,3-双-(叔戊基过氧)丁酸乙酯1.9～2.1份，硫磺2.9～3.1份，2-巯基苯并噻唑锌盐1.4～1.7份，二苯胍1.2～1.5份，氧化镁4～5份，油酸钠1.1～1.6份，磷酸甲苯二苯酯12～15份，二硫化钼3～4份，三聚氰胺氰尿酸盐2.5～3.5份，防老剂2～3份。
2.根据权利要求1所述大功率薄膜电容器的制备方法，其特征在于，塑料薄膜原料中，聚丙烯、环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂的质量之和为a，氯磺化聚乙烯、苯醚撑硅橡胶的质量之和为b，则3.48＜a/b＜3.84。
3.根据权利要求1或2所述大功率薄膜电容器的制备方法，其特征在于，塑料薄膜原料中，氧化铜、二硼化钛、硫酸钡、玻璃纤维、氧化锆晶须、钛酸钾纤维的重量比为12～13：6～7：13～14：7～8：4～5：3～4。
4.根据权利要求1-3任一项所述大功率薄膜电容器的制备方法，其特征在于，塑料薄膜原料中，2-巯基苯并噻唑锌盐、二苯胍、氧化镁、油酸钠的重量比为1.5～1.6：1.3～1.4：4.2～4.6：1.3～1.4。
5.根据权利要求1-4任一项所述大功率薄膜电容器的制备方法，其特征在于，复合陶瓷粉按重量份包括：聚乙二醇4～8份，微硅粉50～60份，氧化硅15～20份，铝碳化硅15～18份，氮化锰20～25份，氮化钛15～20份，氧化铝25～35份，氧化镍15～18份，氧化硼10～15份，氧化钇3～5份，氧化钪1～2份，氧化铈2～3份。
6.根据权利要求1-5任一项所述大功率薄膜电容器的制备方法，其特征在于，复合陶瓷粉中，铝碳化硅、氮化锰、氮化钛、氧化铝、氧化镍、氧化硼的重量比为16～17：22～24：18～19：27～33：16～17：12～13。
7.根据权利要求1-6任一项所述大功率薄膜电容器的制备方法，其特征在于，复合陶瓷粉中，氧化铝、氧化镍的质量之和为c，氧化钇、氧化钪、氧化铈的质量之和为d，则4.72＜c/d＜6.85。
8.根据权利要求1-7任一项所述大功率薄膜电容器的制备方法，其特征在于，复合陶瓷粉的制备工艺如下：将氧化硅、铝碳化硅、氮化锰、氮化钛、氧化铝、氧化硼、氧化镍、氧化钇、氧化钪和氧化铈混合后，球磨46～50h，然后加入聚乙二醇混合均匀得到。
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