CN106133035B - 电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于,提供具有高耐电压性的、介质击穿特性优异的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜。本发明的进一步的目的在于,提供能够适用于高温下施加高电压的高容量的电容器、优选厚度薄的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜。本发明涉及一种电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜,对于构成该聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂而言,数均分子量为4万以上且10万以下,Z均分子量为95万以上且150万以下,分子量分布曲线中,由对数分子量Log(M)=4.5时的微分分布值减去Log(M)=6.0时的微分分布值得到的差为‑15%以上且11%以下。
Description
技术领域
本专利申请主张基于日本国专利申请第2014-73192号(2014年3月31日申请)和日本国专利申请第2014-132997号(2014年6月27日申请)的巴黎公约上的优先权,通过引用于此,将上述申请中记载的全部内容引进到本说明书中。
本发明涉及具有高温下的高耐电压性的、介质击穿特性优异的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜。进而更具体而言,涉及能够适用于高温下施加高电压的高容量型电容器、优选厚度薄的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜。
背景技术
双轴拉伸聚丙烯薄膜充分发挥聚丙烯薄膜的耐电压性和低的介电损耗特性等优异的电特性、以及高耐湿性,在电子和电气设备中,例如优选用作高电压电容器、各种开关电源、换流器和逆变器等过滤器用电容器和平滑用电容器等电容器用电介质膜。聚丙烯薄膜也开始用作近年需求提高的电动汽车和混合动力车等的控制驱动电动机的逆变器电源机器用电容器。
对于这种汽车等中使用的逆变器电源机器用的电容器,随着车辆的小型化和轻量化,要求电容器自身的进一步小型化和轻量化。为了将电容器小型化以及轻量化,考虑到使用具有高拉伸性能的聚丙烯薄膜作为电容器用薄膜,例如超薄化到1~6μm的厚度。另一方面,即使是超薄化了的薄膜,也需要在更高温度下施加更高电压时不会被介质击穿的高耐电压性,另外对于基于这种薄膜的电容器而言,要求在-40℃~90℃的宽的温度范围、特别是高温下施加高电压时也具有高耐电压性,特别是具有高的初始耐电压性和长期耐电压性。
关于聚丙烯薄膜,例如专利文献1中,为了得到电绝缘性、抗粘连性和机械特性优异的电容器薄膜,提出了将形成了规定的数均分子量(Mn)、分子量分布(Mw/Mn或Mz/Mn)、熔体流动速率的聚丙烯树脂双轴拉伸,得到聚丙烯薄膜。但是,专利文献1中记载的薄膜,并非假定用作电容器用的电介质膜,关于对高温下的耐电压性造成的影响没有进行任何研究。
专利文献2中,为了得到卷缠加工适性优异的超薄的表面粗糙化双轴拉伸聚丙烯薄膜,提出了由在具有特定的熔体流动指数(MFR)的等规聚丙烯的均聚物(A)添加MFR比该树脂(A)大1~30g/10分钟的等规聚丙烯的均聚物(B)1质量%以上且30质量%以下而成的树脂混合物形成的双轴拉伸聚丙烯薄膜。但是,由低分子量成分的构成大的树脂形成的该聚丙烯薄膜对于关于电容器元件自身的进一步小型化和高温下的高的初始耐电压性和长期耐用性的近年源自市场的高度需求而言,有可能未必充分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-175932号公报
专利文献2:日本特开2010-254794号公报
发明内容
发明要解决的问题
对于高温下施加高电压的高容量型电容器而言,难以得到充分满足关于进一步小型化、以及高温下的进一步高耐电压性、特别是初始耐电压性和长期耐电压性的近年源自市场的高度需求的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜。
因此,本发明的目的在于,提供具有高温下的耐电压性的、介质击穿特性优异的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜。进而,提供能够适用于高温下施加高电压的高容量的电容器、优选厚度薄的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜。进而提供对上述的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜实施金属蒸镀而得到的电容器用金属化聚丙烯薄膜、以及使用这种聚丙烯薄膜制造的具有高温下的耐电压性的电容器。
用于解决问题的方案
本发明人等进行深入研究,结果发现通过以下记载的手段可以达成上述目的,从而完成了本发明。
即,本发明包含以下的优选方式。
[1]一种电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜,对于构成该聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂而言,
·数均分子量为4万以上且10万以下,
·Z均分子量为95万以上且150万以下,
·分子量分布曲线中,由对数分子量Log(M)=4.5时的微分分布值减去Log(M)=6.0时的微分分布值得到的差为-15%以上且11%以下。
[2]根据前述[1]所述的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜,其中,前述聚丙烯薄膜的微晶尺寸是:使用谢乐(Scherrer)公式由利用广角X射线衍射法测得的α晶(040)面反射峰的半峰宽算出为12.2nm以下。
[3]根据前述[1]或[2]所述的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜,其中,前述聚丙烯薄膜为将聚丙烯树脂组合物双轴拉伸而成的,该聚丙烯树脂组合物基于该聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的总量以1质量%以上且70质量%以下的量含有熔体流动速率为4g/10分钟以下的聚丙烯树脂。
[4]根据前述[1]~[3]中任一项所述的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜,其中,前述聚丙烯薄膜为将聚丙烯树脂组合物双轴拉伸而成的,该聚丙烯树脂组合物基于该聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的总量以1质量%以上且70质量%以下的量含有数均分子量(Mn)为4万以上且15万以下、Z均分子量为120万以上且260万以下的聚丙烯树脂。
[5]一种电容器用金属化聚丙烯薄膜,其为对前述[1]~[4]中任一项所述的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜的单面或两面实施金属蒸镀而成的。
[6]一种电容器,其为使用前述[5]所述的电容器用金属化聚丙烯薄膜制造的。
发明的效果
根据本发明,可以提供具有高温下的高耐电压性的、介质击穿特性优异的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜。另外,可以提供能够适用于高温下施加高电压的高容量的电容器、优选厚度薄的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜。另外,根据本发明,可以得到具有高温下的高耐电压性的电容器。
具体实施方式
构成本发明的聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂的数均分子量(Mn)为4万以上且10万以下。聚丙烯树脂的数均分子量(Mn)从薄膜的热-机械特性、拉伸性的观点考虑,优选为4.1万以上、更优选为4.2万以上。聚丙烯树脂的数均分子量(Mn)从薄膜的厚度精度的观点考虑,优选为8万以下、更优选为6万以下。
构成本发明的聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂的Z均分子量(Mz)为95万以上且150万以下。聚丙烯树脂的Z均分子量(Mz)从耐电压性的观点考虑,优选为96万以上、更优选为98万以上。聚丙烯树脂的Z均分子量(Mz)从拉伸性的观点考虑,优选为145万以下、更优选为140万以下。
聚丙烯树脂的数均分子量(Mn)和Z均分子量(Mz)可以通过凝胶渗透色谱(GPC)法测定。对GPC法中使用的GPC装置没有特别限制,可以使用能够进行聚烯烃类的分子量分析的市售的高温型GPC测定仪、例如TOSOH CORPORATION制造的内装差示折射计(RI)型高温GPC测定仪、HLC-8121GPC-HT等。此时,例如作为GPC色谱柱,使用三根TOSOH CORPORATION制造的TSKgel GMHHR-H(20)HT连接而成的色谱柱,色谱柱温度设定于140℃,作为洗脱液,使用三氯苯,以流速1.0ml/分钟进行测定。通常使用标准聚苯乙烯制作标准曲线,通过聚苯乙烯换算得到数均分子量(Mn)和Z均分子量(Mz)。另外,如此得到的重均分子量的对数值称为对数分子量(“Log(M)”)。
对于构成本发明的聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂而言,由分子量微分分布曲线中的对数分子量Log(M)=4.5时的微分分布值减去Log(M)=6.0时的微分分布值得到的差为-15%以上且11%以下。上述差优选为-10%以上且11%以下、更优选为-8%以上且11%以下。这种聚丙烯树脂相对于分子量100万左右的高分子量成分以规定比率含有分子量1万~10万左右的成分。其结果,保持薄膜的厚度精度的同时,微晶尺寸进一步减小,容易得到所希望的取向性和粗糙化了的表面。
在此,上述的微分分布值之差指的是,作为与聚丙烯树脂所具有的数均分子量(Mn)的值(4万~10万)接近的分子量1万~10万的成分(以下也称为“低分子量成分”)的代表性的分布值,使用对数分子量Log(M)=4.5的微分分布值,作为与聚丙烯树脂所具有的Z均分子量(Mz)的值(95万~150万)接近的分子量100万左右的成分(以下也称为“高分子量成分”)的代表性的分布值,使用Log(M)=6.0的微分分布值,对数分子量Log(M)为4~5之间(低分子量成分)的分布值与对数分子量Log(M)为6左右(高分子量成分)的分布值相比,形成规定的比率。在此,例如即使规定分子量分布Mz/Mn等的范围,也只不过表示分子量分布宽度,并非能够表示出其中的高分子量成分与低分子量成分的量的关系。构成本发明的聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂,具有上述的规定的数均分子量和Z均分子量的同时,如上所述相对于分子量100万的成分,以上述规定的范围的比率含有分子量1万~10万的成分。
这种微分分布值可以用以下的方法测定。首先利用使用上述标准聚苯乙烯制作的标准曲线,将使用GPC的差示折射检测仪(RI检测仪)检出的强度分布的时间曲线(通常也称为“溶出曲线”)变换为对于标准聚苯乙烯的分子量M(Log(M))的分布曲线。接着,得到分布曲线的总面积设为100%时的对于Log(M)的积分分布曲线,将该积分分布曲线用Log(M)微分,由此得到对于Log(M)的微分分布曲线。由该微分分布曲线读取Log(M)=4.5和Log(M)=6.0时的微分分布值。需要说明的是,直至得到上述微分分布曲线为止的一系列的操作,可以使用内装于GPC测定装置的分析软件进行。
构成聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂的重均分子量(Mw)优选为25万以上且45万以下。若使用这种聚丙烯树脂则在双轴拉伸时得到适当的树脂流动性,铸塑原卷片材的厚度的控制变得容易,例如容易得到适于小型且高容量型的电容器用的超薄化了的双轴拉伸聚丙烯薄膜,所以优选。另外,不易产生铸塑原卷片材和双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度不均,所以优选。从双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度的均匀性、力学特性、热-机械特性等观点考虑,聚丙烯树脂的重均分子量(Mw)更优选为27万以上、进一步优选为29万以上。聚丙烯树脂的重均分子量(Mw)从聚丙烯树脂组合物的流动性和得到超薄化了的双轴拉伸聚丙烯薄膜时的拉伸性的观点考虑,更优选为40万以下。
构成聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂的作为重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)之比算出的分子量分布(Mw/Mn)优选为6以上且12以下。分子量分布(Mw/Mn)更优选为7以上、进一步优选为7.5以上。分子量分布(Mw/Mn)更优选为11以下、进一步优选为10以下。若使用这种聚丙烯树脂则在双轴拉伸时得到适当的树脂流动性,容易得到没有厚度不均的超薄化了的双轴拉伸丙烯薄膜,所以优选。另外,这种聚丙烯树脂组合物从双轴拉伸聚丙烯薄膜的耐电压性的观点考虑也优选。
优选含有构成聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂的作为Z均分子量(Mz)与数均分子量(Mn)之比算出的分子量分布(Mz/Mn)为20以上且70以下的聚丙烯树脂。分子量分布(Mz/Mn)更优选为24以上。分子量分布(Mz/Mn)更优选为60以下、进一步优选为50以下。若使用这种聚丙烯树脂则在双轴拉伸时得到适当的树脂流动性,容易得到没有厚度不均的超薄化了的双轴拉伸丙烯薄膜,所以优选。另外,这种聚丙烯树脂组合物从双轴拉伸聚丙烯薄膜的耐电压性的观点考虑也优选。
需要说明的是,聚丙烯树脂的重均分子量(Mw)与上述的数均分子量(Mn)和Z均分子量(Mz)同样地可以通过凝胶渗透色谱(GPC)法测定。另外,分子量分布(Mw/Mn)作为重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)之比、重均分子量(Mw)/数均分子量(Mn)算出,分子量分布(Mz/Mn)作为Z均分子量(Mz)与数均分子量(Mn)之比、Z均分子量(Mz)/数均分子量(Mn)算出。
构成聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂可列举出例如等规聚丙烯、间规聚丙烯等聚丙烯的均聚物、以及聚丙烯和聚乙烯的共聚物。从耐热性的观点考虑,聚丙烯树脂优选为等规聚丙烯、更优选为在烯烃聚合用催化剂的存在下将聚丙烯均聚而得到的等规聚丙烯。
本发明的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜可以通过将聚丙烯树脂组合物双轴拉伸来得到。
作为聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂,可列举出例如等规聚丙烯、间规聚丙烯等聚丙烯的均聚物、以及聚丙烯和聚乙烯的共聚物。从耐热性的观点出发,聚丙烯树脂优选为等规聚丙烯、更优选为在烯烃聚合用催化剂的存在下将聚丙烯均聚而得到的等规聚丙烯。
对于聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂,只要构成本发明的聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂具有上述的数均分子量(Mn)、Z均分子量(Mz)和微分分布值之差则没有特别限定,例如可以为通过多级聚合等得到的一种聚丙烯树脂,也可以为将两种以上的聚丙烯树脂组合而得到的聚丙烯树脂的混合物。
作为构成本发明的聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂的数均分子量(Mn)、Z均分子量(Mz)和微分分布值之差等的调整方法,可列举出例如调节聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的聚合条件来调整分子量分布的方法、使用分解剂的方法、选择性地将高分子量成分分解处理的方法、将不同分子量的树脂混合的方法等。
通过聚合条件调整数均分子量(Mn)、Z均分子量(Mz)和微分分布值之差等的情况下,使用后述的聚合催化剂从调整容易程度的观点考虑优选。通过多级聚合反应得到聚丙烯树脂的情况下,可例示出例如以下的方法。在催化剂的存在下,通过高分子量成分用的聚合反应器和低分子量或中分子量成分用的反应器的多个反应器进行聚合反应。多个反应器例如可以串联或并联使用。首先向反应器中供给丙烯和催化剂。为了达成所要求的聚合物的分子量,将必要量的分子量调整剂、例如氢与这些成分一起混合来进行第一聚合反应。反应温度例如淤浆聚合的情况下为70~100℃左右、停留时间为20分钟~100分钟左右。将通过第一聚合反应得到的产物与追加的丙烯、催化剂、分子量调整剂一起依次或连续地送到以下的反应器,以得到与第一聚合反应相比低分子量或高分子量的产物的方式进行调整,进行第二聚合反应。通过调整利用第一和第二聚合反应得到的收量(产量),可以调整高分子量成分和低分子量成分的组成(构成)。
例如可以在前一级的聚合中制造相对而言为高分子量的聚丙烯,在后一级的聚合中制造相对而言为低分子量的聚丙烯。具体而言,在两级聚合的情况下,优选在第一级中,以最终得到的聚丙烯树脂中的含量为0.5~40质量%的量制造特性粘度[η1st]为2.5~10dl/g、优选2.5~7dl/g的聚丙烯,接着在第二级中以最终得到的聚丙烯树脂中的含量为99.5~60质量%的量制造特性粘度[η2nd]为0.1~5dl/g、优选0.3~3dl/g的聚丙烯。
另外,在三级聚合的情况下,优选在第一级中,以最终得到的聚丙烯树脂中的含量为0.5~40质量%的量制造特性粘度[η1st]为2.5~10dl/g、优选2.5~7dl/g的聚丙烯,接着在第二级中以最终得到的聚丙烯树脂中的含量为20~99质量%的量制造特性粘度[η2nd]为0.1~5dl/g、优选0.3~3dl/g的聚丙烯,接着在第三级中以最终得到的聚丙烯树脂中的含量为0.5~40质量%的量制造特性粘度[η3rd]为0.001~5dl/g、优选0.05~3dl/g的聚丙烯。
作为催化剂,合适地使用通常的齐格勒-纳塔催化剂。另外,所使用的催化剂可以含有助催化剂成分、供体(donor)。通过适当调整催化剂、聚合条件,可以控制分子量分布。
通过过氧化分解来调整聚丙烯原料树脂的高分子量成分和低分子量成分的组成(构成)的情况下,优选采用使用过氧化氢、有机过氧化物等分解剂进行过氧化处理的方法。已知若向聚丙烯等裂变型聚合物添加过氧化物则产生自聚合物的夺氢反应,所产生的聚合物自由基一部分再键合,也产生交联反应,但是大部分的自由基产生二次分解(β断裂),分为分子量更小的两种聚合物。因此,由高分子量成分的分解以高概率进行,其结果低分子量成分增大,由此可以调整分子量分布的构成。作为通过过氧化分解而得到适当含有低分子量成分的树脂的方法,可例示出例如以下的方法。即,可列举出考虑到成为目标的高分子量成分和低分子量成分的组成(构成)的同时调整添加通过聚合反应得到的聚丙烯树脂的粉末或颗粒、和作为有机过氧化物的例如1,3-双-(过氧化叔丁基异丙基)-苯等0.001质量%~0.5质量%左右,利用熔融混炼机器,在180℃~300℃左右的温度下进行熔融混炼的方法。
通过树脂的混合来调整上述的数均分子量(Mn)、Z均分子量(Mz)和微分分布值之差的情况下,将具有不同分子量的至少两种以上的树脂干式混合或以熔融状态混合来得到聚丙烯树脂组合物从调整容易程度的观点考虑优选。
通过树脂的混合来得到聚丙烯树脂组合物的本发明的一实施方式中,聚丙烯树脂组合物优选含有以下记载的聚丙烯树脂A。聚丙烯树脂A的重均分子量优选为25万以上且45万以下、更优选为25万以上且40万以下。若使用含有这种聚丙烯树脂A的聚丙烯树脂组合物则树脂流动性适当,铸塑原卷片材的厚度控制容易,能够容易地制作薄的拉伸薄膜。进而片材和薄膜的厚度不易产生不均,片材能够具有适当的拉伸性,所以优选。
聚丙烯树脂A的作为重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)之比算出的分子量分布(Mw/Mn)优选为7.0以上且12.0以下。分子量分布(Mw/Mn)更优选为7.0以上且11.0以下、进一步优选为7.2以上且10.0以下。若使用含有这种聚丙烯树脂A的聚丙烯树脂组合物则在双轴拉伸时得到适当的树脂流动性,容易得到没有厚度不均的超薄化了的双轴拉伸丙烯薄膜,所以优选。另外,这种聚丙烯树脂组合物从双轴拉伸聚丙烯薄膜的耐电压性的观点考虑也优选。
聚丙烯树脂A的作为Z均分子量(Mz)与数均分子量(Mn)之比算出的分子量分布(Mz/Mn)优选为20以上且70以下。分子量分布(Mz/Mn)更优选为25以上且60以下、进一步优选为25以上且50以下。若使用含有这种聚丙烯树脂A的聚丙烯树脂组合物则在双轴拉伸时得到适当的树脂流动性,容易得到没有厚度不均的超薄化了的双轴拉伸丙烯薄膜,所以优选。另外,这种聚丙烯树脂组合物从双轴拉伸聚丙烯薄膜的耐电压性的观点考虑也优选。
需要说明的是,聚丙烯树脂A的重均分子量(Mw)、数均分子量(Mn)和Z均分子量(Mz)与上述的聚丙烯树脂的重均分子量(Mw)等同样地可以通过凝胶渗透色谱(GPC)法测定。另外,分子量分布(Mw/Mn)作为重均分子量(Mw)与数均分子量(Mn)之比、重均分子量(Mw)/数均分子量(Mn)算出,分子量分布(Mz/Mn)作为Z均分子量(Mz)与数均分子量(Mn)之比、Z均分子量(Mz)/数均分子量(Mn)算出。
另外,作为平均分子量的基准,也可以使用熔体流动速率(MFR)。此时,聚丙烯树脂A的MFR从拉伸性的观点考虑优选为7g/10分钟以下、更优选为6g/10分钟以下。另外,从提高本发明的双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度精度的观点考虑,优选为4g/10分钟以上、更优选为4.5g/10分钟以上。
聚丙烯树脂A的全同立构五单元组分数([mmmm])优选为94.0%以上且98.0%以下。全同立构五单元组分数更优选为95.0%以上且97.0%以下。若使用含有聚丙烯树脂A的聚丙烯树脂,则通过适当高的立构规整性,树脂的结晶性适当提高,初始耐电压性和经过长时间的耐电压性提高,另一方面,通过将铸塑原卷片材成型时的适当的固化(结晶化)速度,可以得到所希望的拉伸性。
全同立构五单元组分数([mmmm])为可以通过高温核磁共振(NMR)测定来得到的立构规整性的指标。具体而言,例如可以利用日本电子株式会社制造的高温型傅里叶变换核磁共振装置(高温FT-NMR)、JNM-ECP500测定。观测核为13C(125MHz)、测定温度为135℃、溶解聚丙烯树脂的溶剂可以使用邻二氯苯(ODCB:ODCB和氘代ODCB的混合溶剂(混合比=4/1)。利用高温NMR的测定方法例如可以参照“日本分析化学·高分子分析研究恳谈会编、新版高分子分析手册(高分子分析ハンドブック)、纪伊国屋书店、1995年、第610页”中记载的方法进行。
测定模式为单脉冲质子宽带解耦、脉冲宽度为9.1μsec(45°脉冲)、脉冲间隔为5.5秒、累积次数为4500次、偏移基准可以设为CH3(mmmm)=21.7ppm。
表示立构规整度的五单元组分数是基于源自同方向排列的单元组“全同立构(m)”和不同方向排列的单元组“间同立构(r)”的5单元组(Pentad)的组合(mmmm和mrrm等)的各信号的强度的积分值以百分率计算的。源自mmmm和mrrm等的各信号例如可以参照“T.Hayashi et al.,Polymer,29卷,138页(1988)”等进行归属。
对于聚丙烯树脂组合物,基于聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的总量,优选含有55质量%以上且90质量%以下、更优选含有60质量%以上且85质量%以下、特别优选含有60质量%以上且80质量%以下的聚丙烯树脂A。
本发明的一实施方式中,从减小微晶尺寸、得到耐电压性高的电容器薄膜的观点考虑,聚丙烯树脂组合物优选含有数均分子量(Mn)为4万以上且15万以下、Z均分子量为120万以上且260万以下的聚丙烯树脂B1。
聚丙烯树脂B1的数均分子量(Mn)从拉伸性的观点考虑优选为4万以上且15万以下、更优选为4.5万以上且13万以下。聚丙烯树脂B1的Z均分子量从提高本发明的双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度精度的观点考虑,优选为120万以上且260万以下、更优选为120万以上且240万以下、进一步优选为120万以上且200万以下、特别优选为125万以上且190万以下。
从减小微晶尺寸、得到耐电压性高的电容器薄膜的观点考虑,基于聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的总量,具有上述范围的数均分子量(Mn)和Z均分子量的聚丙烯树脂B1优选的是以优选为1质量%以上、更优选为5质量%以上、进一步优选为10质量%以上,且优选为70质量%以下、更优选为60质量%以下、进一步优选为50质量%以下的量含有。
另外,作为平均分子量的基准,也可以使用熔体流动速率(MFR)。此时,从减小微晶尺寸、得到耐电压性高的电容器薄膜的观点考虑,聚丙烯树脂组合物优选含有熔体流动速率为4g/10分钟以下的聚丙烯树脂B2。
从减小微晶尺寸、得到耐电压性高的电容器薄膜的观点考虑,聚丙烯树脂B2的熔体流动速率优选为4g/10分钟以下、更优选为3.5g/10分钟以下、特别优选为2.0g/10分钟以下。从提高本发明的双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度精度的观点考虑,上述的熔体流动速率优选为0.1g/10分钟以上、更优选为0.2g/10分钟以上、进一步优选为0.3g/10分钟以上。
从减小微晶尺寸、得到耐电压性高的电容器薄膜的观点考虑,基于聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的总量,具有上述范围的熔体流动速率的聚丙烯树脂B2优选的是以优选为1质量%以上、更优选为5质量%以上、进一步优选为10质量%以上,且优选为70质量%以下、更优选为60质量%以下、进一步优选为50质量%以下的量含有。
通过树脂的混合来调整高分子量成分的含量的情况下,优选相对于上述的聚丙烯树脂A,干式混合或以熔融状态混合具有更高的分子量的聚丙烯树脂B1、或具有更低的MFR的聚丙烯树脂B2来得到聚丙烯树脂组合物。例如相对于作为主要成分的聚丙烯树脂A 100质量%,以优选1~70质量%、更优选5~60质量%、进一步优选10~50质量%的量混合聚丙烯树脂B1或B2,得到作为两种聚丙烯树脂混合系的聚丙烯树脂组合物的方法,由于容易调整高分子量成分量而被优选采用。在此,这些树脂可以根据包括将其聚合粉或颗粒利用混合机等干式混合的方法、将其聚合粉或颗粒利用混炼机熔融混炼而得到混合树脂的方法等的非限定性的任意混合方法来混合。
本发明中,在聚丙烯树脂组合物中,可以在不会损害本发明效果的范围内混合聚丙烯树脂以外的其它树脂(以下也称为“其它树脂”)。在此,对“其它树脂”没有特别限定,本发明中也可以适当使用聚丙烯树脂以外的、适于电容器用途的以往公知的树脂。作为其它树脂,可列举出例如聚乙烯、聚(1-丁烯)、聚异丁烯、聚(1-戊烯)、聚(1-甲基戊烯)等聚丙烯以外的其它聚烯烃,乙烯-丙烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物等α-烯烃之间的共聚物,苯乙烯-丁二烯无规共聚物等乙烯基单体-二烯单体无规共聚物,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等乙烯基单体-二烯单体-乙烯基单体无规共聚物等。对于这种其它树脂的配混量,基于聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的总量,优选为10质量份以下、更优选为5质量份以下。
聚丙烯树脂组合物除了聚丙烯树脂之外,根据需要可以还含有至少一种添加剂。添加剂只要为通常聚丙烯树脂中使用的添加剂则没有特别限制。这种添加剂中例如包含抗氧化剂、氯吸收剂、紫外线吸收剂等稳定剂,润滑剂、增塑剂、阻燃剂、抗静电剂、着色剂等。这种添加剂可以在不会损害本发明效果的范围内添加于聚丙烯树脂组合物中。
“抗氧化剂”只要是对于聚丙烯而言通常使用的抗氧化剂则没有特别限制。抗氧化剂通常以两种目的使用。目的之一为抑制挤出机内的热劣化和氧化劣化,其它目的为有助于作为薄膜电容器的长期使用中的劣化抑制和电容器性能的提高。抑制挤出机内的热劣化和氧化劣化的抗氧化剂也称为“一次剂”,有助于提高电容器性能的抗氧化剂也称为“二次剂”。可以使用两种抗氧化剂以实现这两种目的,也可以使用一种抗氧化剂以实现两种目的。
以两种目的使用抗氧化剂的情况下,聚丙烯树脂组合物例如相对于以聚丙烯树脂为基准(100质量份),可以含有1000ppm~4000ppm左右的2,6-二叔丁基-对甲酚(一般名称:BHT)作为一次剂。这种目的的抗氧化剂在挤出机内的成型工序中大部分被消耗,在制膜成型后的薄膜中几乎不残留(通常残留量少于100ppm)。
作为二次剂,可以使用具有羰基的受阻酚系抗氧化剂。作为本发明中可以使用的具有羰基的受阻酚系抗氧化剂,没有特别限制,可列举出例如三甘醇-双[3-(3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基)丙酸酯](商品名:IRGANOX 245)、1,6-己二醇-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](商品名:IRGANOX 259)、季戊四醇·四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](商品名:IRGANOX 1010)、2,2-硫基-二亚乙基双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](商品名:IRGANOX 1035)、十八烷基-3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯(商品名:IRGANOX 1076)、N,N’-六亚甲基双(3,5-二叔丁基-4-羟基-氢化肉桂酰胺)(商品名:IRGANOX 1098)等。其中,最优选为高分子量的、与聚丙烯的相容性充分、低挥发性且耐热性优异的季戊四醇·四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯。
考虑到具有羰基的受阻酚系抗氧化剂在挤出机内被消耗很多,基于聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的总量,以优选2000ppm以上且7000ppm以下、更优选3000ppm以上且7000ppm以下的量含有于聚丙烯树脂组合物中。
聚丙烯树脂组合物不含有一次剂的情况下,可以使用更多的具有羰基的受阻酚系抗氧化剂。此时,从挤出机内的具有羰基的受阻酚系抗氧化剂的消耗量增多的观点考虑,具有羰基的受阻酚系抗氧化剂,以聚丙烯树脂100质量份作为基准,优选以3000ppm以上且8000ppm以下的量添加。
本发明中,为了抑制双轴拉伸聚丙烯薄膜的长期使用时的经时进行的劣化,可以含有一种以上的具有羰基的受阻酚系抗氧化剂(二次剂)。对于薄膜中的该受阻酚系抗氧化剂的含量,基于聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的总量,优选为1000ppm以上且6000ppm以下、更优选为1500ppm以上且6000ppm以下。
含有最合适的特定范围的量的与聚丙烯以分子水平相容性良好的具有羰基的受阻酚系抗氧化剂的薄膜电容器,在维持高耐电压性能的状态下,即使在非常高温的寿命试验中经过长时间、静电容量也不会降低(不会进行劣化),长期耐用性提高,所以优选。
聚丙烯树脂组合物也可以含有磷系抗氧化剂作为抗氧化剂。磷系抗氧化剂可以抑制有机过氧化物的均裂、抑制树脂的劣化。作为磷系抗氧化剂,可列举出例如三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(商品名:Irgafos 168)、双(2,4-二叔丁基-6-甲基苯基)乙基亚磷酸酯(商品名:Irgafos 38)等。对于磷系抗氧化剂,以聚丙烯树脂100质量份为基准,优选以1000ppm~2000ppm左右的量添加。
对于聚丙烯树脂组合物,作为抗氧化剂,可以单独含有上述抗氧化剂,例如也可以将BHT和受阻酚系抗氧化剂组合来含有,也可以将磷系抗氧化剂和BHT和/或受阻酚系抗氧化剂组合来含有。磷系抗氧化剂和受阻酚系抗氧化剂的组合使用由于得到强的协同效应而优选。
“氯吸收剂”只要是对于聚丙烯而言通常使用的氯吸收剂则没有特别限制。作为氯吸收剂,可例示出例如硬脂酸钙等金属皂等。
“紫外线吸收剂”只要是对于聚丙烯而言通常使用的“紫外线吸收剂”则没有特别限制。作为紫外线吸收剂,可例示出例如苯并三唑(BASF制Tinuvin 328等)、二苯甲酮(Cytec制Cysorb UV-531等)、羟基苯甲酸酯(Ferro制UV-CHEK-AM-340等)等。
“润滑剂”只要是对于聚丙烯而言通常使用的润滑剂则没有特别限制。作为润滑剂,可例示出例如伯酰胺(硬脂酰胺等)、仲酰胺(N-硬脂基硬脂酰胺等)、亚乙基双酰胺(N,N’-亚乙基双硬脂酰胺等)等。
“增塑剂”只要是对于聚丙烯而言通常使用的增塑剂则没有特别限制。作为增塑剂,可例示出例如PP无规共聚物等。
“阻燃剂”只要是对于聚丙烯而言通常使用的阻燃剂则没有特别限制。作为阻燃剂,可例示出例如卤化合物、氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸盐、硼酸盐(酯)、锑氧化物等。
“抗静电剂”只要是对于聚丙烯而言通常使用的抗静电剂则没有特别限制。作为抗静电剂,可例示出例如甘油单酯(甘油单硬脂酸酯等)、经过乙氧基化的仲胺等。
“着色剂”只要是对于聚丙烯而言通常使用的着色剂则没有特别限制。作为着色剂,可例示出例如由含有镉、铬的无机化合物至偶氮、喹吖啶酮有机颜料的范围。
本发明中,聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂可以使用以往公知的方法制造,作为聚合方法,可列举出例如气相聚合法、本体聚合法和淤浆聚合法。聚合可以为使用一个聚合反应机的一级聚合,也可以为使用两个以上的聚合反应器的多级聚合。另外,可以向反应器中添加氢或共聚用单体作为分子量调整剂进行聚合。作为聚合催化剂,可以使用以往公知的齐格勒-纳塔催化剂,聚合催化剂中可以含有助催化剂成分、供体。聚丙烯树脂的分子量、分子量分布和立构规整性等可以通过适当调整聚合催化剂及其它聚合条件来控制。
本发明的一方式中,将多种聚丙烯原料树脂混合来作为聚丙烯树脂组合物使用的情况下,对混合方法没有特别限制,可列举出例如将粉末状或颗粒状的各树脂利用混合机等干式混合的方法、通过将粉末状或颗粒状的各树脂在混炼机内熔融混炼而得到混合树脂的方法等。
对可以使用的混合机没有特别限制,可以使用亨舍尔混合机、螺条混合机、班伯里密炼机等。另外,对可以使用的混炼机也没有特别限制,可以使用单螺杆类型、双螺杆类型、或更多螺杆的多螺杆类型中的任意一种。双螺杆以上的螺杆类型的情况下,可以使用同方向或不同方向旋转中的任意一种混炼类型。
通过熔融混炼进行的混合的情况下,只要能够进行良好的混炼则对混炼温度没有特别限制,通常为200℃~300℃的范围内,优选为230℃~270℃。若在过高的温度下进行混炼则有可能导致树脂的劣化,所以不优选。为了抑制树脂的混炼混合时的劣化,可以向混炼机中吹扫氮气等非活性气体。对于进行了熔融混炼的树脂,通过使用已知的造粒机造粒为适当的尺寸,可以得到混合聚丙烯原料树脂颗粒。
起因于本发明中的聚丙烯原料树脂中含有的聚合催化剂残渣等的总灰分,为了提高电特性而优选尽可能少。对于总灰分,以聚丙烯树脂作为基准(100质量份),优选为200ppm以下、更优选为100ppm以下、特别优选为75ppm以下。
本发明的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜为将上述的聚丙烯树脂组合物双轴拉伸而成的聚丙烯薄膜。本发明的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜从耐电压性的观点考虑,优选具有使用Scherrer公式由利用广角X射线衍射法测得的α晶(040)面反射峰的半峰宽算出的为12.2nm以下的微晶尺寸。
本发明中,聚丙烯薄膜的“微晶尺寸”指的是:使用后述的Scherrer公式由利用广角X射线衍射法(XRD法)测得的聚丙烯薄膜的α晶(040)面的衍射反射峰的半峰宽算出的微晶尺寸。
聚丙烯薄膜的微晶尺寸更优选为12.0nm以下。若使用微晶尺寸小、处于上述范围内的聚丙烯薄膜则泄漏电流减小,由于焦耳发热所导致的结构破坏的产生得到抑制,因此从耐热性、耐电压性以及长期的耐热性和耐电压性的观点考虑优选。聚丙烯薄膜的微晶尺寸从维持聚丙烯薄膜的机械强度和熔点的观点考虑,优选为10.0nm以上、更优选为10.5nm以上。
本发明的聚丙烯薄膜的“微晶尺寸”具体而言可以如以下所述求出。首先,进行双轴拉伸聚丙烯薄膜或其金属化薄膜的广角X射线衍射,求出所得到的α晶(040)面的衍射反射峰的半峰宽。接着由所得到的α晶(040)面的衍射反射峰的半峰宽,使用下述(1)式所示的Scherrer公式求出微晶尺寸。需要说明的是,本发明中,形状因子常数K使用0.94。
D=K×λ/(β×Cosθ) (1)
[在此,D为微晶尺寸(nm)、K为常数(形状因子)、λ为使用X射线波长(nm)、β为所求出的半峰宽、θ为衍射布拉格角]。
本发明的双轴拉伸聚丙烯薄膜可以通过根据通常的方法将上述的聚丙烯树脂组合物双轴拉伸来得到。本发明中,优选首先使用公知方法将用于制造双轴拉伸聚丙烯薄膜的“拉伸前的铸塑原卷片材”成型。例如将聚丙烯树脂颗粒、进行了干式混合的聚丙烯树脂颗粒和/或粉末、或者预先熔融混炼制作的混合聚丙烯树脂颗粒类供给到挤出机,进行加热熔融,通过过滤器后,加热熔融到170℃~320℃、优选200℃~300℃,由T模头熔融挤出,用通常保持于80℃~140℃、优选90℃~120℃、更优选90℃~105℃的至少一个以上的金属鼓进行冷却、固化,由此可以将未拉伸的铸塑原卷片材成型。上述铸塑原卷片材的厚度优选为0.05mm~2mm、更优选为0.1mm~1mm。
双轴拉伸聚丙烯薄膜可以通过对前述聚丙烯铸塑原卷片材进行拉伸处理来制造。对于拉伸,进行沿纵和横使其在双轴取向的双轴拉伸,作为拉伸方法,可列举出同时或依次的双轴拉伸方法,但是优选为依次双轴拉伸方法。作为依次双轴拉伸方法,例如首先将铸塑原卷片材保持于100~160℃的温度,通过设置有速度差的辊间,在流通方向拉伸到3~7倍,立即冷却到室温。接着,将该拉伸薄膜引导到拉幅机,在160℃以上的温度下在宽度方向拉伸到3~11倍后,实施松弛、热固定,进行卷取。对于所卷取的薄膜在20~45℃左右的气氛中实施熟化处理后,可以裁切为所希望的产品宽度。
对于金属化聚丙烯薄膜的制作中使用的双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度,从得到小型且大容量型的电容器元件的观点考虑,优选为1~6μm。更优选使用厚度1.5μm以上的双轴拉伸聚丙烯薄膜。另外,所使用的双轴拉伸聚丙烯薄膜优选超薄化,其厚度优选为5μm以下、更优选为4μm以下、进一步优选为3μm以下。例如可以使用纸厚测定仪、测微计(JIS-B7502)等根据JIS-C2330测定薄膜的厚度。
通过这种拉伸工序,形成机械强度、刚性优异的薄膜,而且形成表面的凹凸也更明确化、表面微细粗糙化了的拉伸薄膜。对于双轴拉伸聚丙烯薄膜的表面优选赋予提高卷缠适性的同时使得电容器特性也良好的适当的表面粗糙度。
双轴拉伸聚丙烯薄膜在至少一表面中,其表面粗糙度按中心线平均粗糙度(Ra)计优选为0.03μm以上且0.08μm以下、并且按最大高度(Rz、旧JIS定义中的Rmax)计优选表面微细粗糙化到0.3μm以上且0.8μm以下。Ra和Rz处于上述优选范围内的情况下,表面能够形成微细粗糙化了的表面,在进行电容器加工时,在元件卷缠加工中不易产生卷缠皱折,可以理想地卷起。进而薄膜彼此之间也能够实现均匀的接触,因此也能够提高耐电压性和长期的耐电压性。
在此,“Ra”和“Rz”(旧JIS定义的Rmax)指的是例如通过JIS-B0601:2001等中规定的方法,使用通常广泛使用的触针式表面粗糙度计(例如利用金刚石触针等的触针式表面粗糙度计)测定得到的值。对于“Ra”和“Rz”,更具体而言例如可以使用东京精密株式会社制、三维表面粗糙度计SURFCOM 1400D-3DF-12型,根据JIS-B0601:2001中规定的方法求出。
作为对薄膜表面赋予微细的凹凸的方法,可以采用压花法、蚀刻法等公知的各种表面粗糙化方法,其中,优选为无需混入杂质等的使用β晶的表面粗糙化法。β晶的生成比率通常可以通过变更铸塑温度和铸塑速度来控制。另外,通过纵拉伸工序的辊温度,可以控制β晶的熔解/转变比率,通过对于这些β晶生成和其熔解/转变的两个参数,选择最合适的制造条件,可以得到微细的表面粗糙性。
对于双轴拉伸聚丙烯薄膜,为了提高金属蒸镀加工工序等后工序中的粘接特性,在拉伸和热固定工序结束后,可以以在线或离线进行电晕放电处理。电晕放电处理可以使用公知方法进行。作为气氛气体,优选使用空气、二氧化碳、氮气、和它们的混合气体。
制作金属化聚丙烯薄膜的工序中,在进行了双轴拉伸的聚丙烯薄膜的单面形成金属蒸镀膜。作为在双轴拉伸聚丙烯薄膜设置金属蒸镀膜的方法,可列举出例如真空蒸镀法、溅射法等,从生产率、经济性等观点考虑优选为真空蒸镀法。通过真空蒸镀法设置金属蒸镀膜的情况下,由坩埚方式、金属丝(wire)方式等公知的方式适当选择来进行。作为构成金属蒸镀膜的金属,可以使用锌、铅、银、铬、铝、铜、镍等单质金属,包含选自这些金属中的多种金属的混合物或合金等。从环境方面、经济性和薄膜电容器性能、特别是静电容量、绝缘电阻的温度特性以及频率特性等观点考虑,作为构成金属蒸镀膜的金属,优选采用选自锌和铝中的单质金属、金属混合物或合金。
金属蒸镀膜的膜电阻从电容器的电特性的观点考虑,优选为1~100Ω/□。从自愈(自身修复)特性的观点考虑优选在该范围内为高的值,膜电阻更优选为5Ω/□以上、进一步优选为10Ω/□以上。另外,从作为电容器元件的安全性的观点考虑,膜电阻更优选为50Ω/□以下、进一步优选为20Ω/□以下。金属蒸镀膜的膜电阻例如可以通过对于本领域技术人员而言已知的二端子法在金属蒸镀中测定。金属蒸镀膜的膜电阻例如可以通过调整蒸发源的输出功率、调整蒸发量来调节。
在薄膜的单面形成金属蒸镀膜时,为了在将薄膜缠绕时形成电容器,由薄膜的一端部的一定宽度不蒸镀而形成绝缘边缘。进而为了使得金属化聚丙烯薄膜与金属喷镀电极的接合牢固,优选在与绝缘边缘相反的端部形成加厚边缘(heavy edge)结构,加厚边缘的膜电阻通常为2~8Ω/□、优选为3~6Ω/□。
对所形成的金属蒸镀膜的边缘图案没有特别限制,但是从薄膜电容器的安全性等观点考虑,优选形成包含鱼网图案、T边缘图案等所谓的特殊边缘的图案。若以包含特殊边缘的图案将金属蒸镀膜形成于双轴拉伸聚丙烯薄膜的单面,则所得到的薄膜电容器的安全性提高,可以抑制薄膜电容器的破坏、短路,所以优选。作为形成边缘的方法,可以没有任何限制地使用蒸镀时通过带来实施掩蔽的带法、通过油的涂布来实施掩蔽的油法等公知方法。
设置有金属蒸镀膜的双轴拉伸聚丙烯薄膜,经过沿着薄膜的长度方向卷缠的卷缠加工,加工为金属化聚丙烯薄膜电容器。即,将如上所述制作的金属化聚丙烯薄膜两块作为一对,以金属蒸镀膜和聚丙烯薄膜交替层叠的方式重叠并缠绕后,对于两端面通过金属喷镀,形成一对的金属喷镀电极,从而制作薄膜电容器元件。
制作薄膜电容器元件的工序中,进行薄膜的卷缠加工。例如以金属蒸镀部和聚丙烯薄膜交替层叠的方式、进而以绝缘边缘部形成倒角的方式将两块一对的金属化聚丙烯薄膜重叠并缠绕。此时,优选将两块一对的金属化聚丙烯薄膜错开1~2mm来层叠。对于所使用的缠绕机没有特别限制,例如可以利用株式会社皆藤制作所制的自动卷取机3KAW-N2型等。
缠绕后,通常对于所得到的缠绕物施加压力的同时实施热处理(以下有时称为“热压”)。若通过热压、适当产生薄膜电容器元件的卷紧、晶体结构变化则可得到机械的以及热的稳定。但是,若由于热压而产生过度的元件的卷紧、晶体结构的变化,则薄膜经受不了热而收缩,有可能产生热皱折、印花等成型不良等问题。从这种观点考虑,所施加的压力根据聚丙烯薄膜的厚度等,其最合适值变化,但是优选为10×104~450×104Pa、更优选为30×104~300×104Pa、进一步优选为40×104~150×104Pa。另外,热处理的温度优选为100~120℃。实施热处理的时间从得到机械的以及热的稳定的观点考虑,优选为5小时以上、更优选为10小时以上,但是从防止热皱折、印花等成型不良的观点考虑,优选为20小时以下、更优选为15小时以下。
接着,对于缠绕物的两端面喷镀金属,设置金属喷镀电极,由此制作薄膜电容器元件。在金属喷镀电极通常焊接引线。另外,为了赋予耐候性、特别是防止湿度劣化,优选将电容器元件封入到壳体并且用环氧树脂封装。
对于通过上述方法制作的金属化聚丙烯薄膜电容器元件,进一步实施规定的热处理。即,对于薄膜电容器元件,在80~115℃的温度下实施1小时以上的热处理(以下有时称为“热熟化”)。
在对于薄膜电容器元件实施热处理的上述工序中,热处理的温度为80℃以上、优选为90℃以上,另一方面为115℃以下、优选为110℃以下。通过在上述温度下实施热处理,可得到热熟化的效果,具体而言,构成基于金属化聚丙烯薄膜的电容器元件的薄膜之间的空隙减少,电晕放电得到抑制,并且金属化聚丙烯薄膜的内部结构变化而进行结晶化,其结果,认为耐电压性提高。热处理的温度低于规定温度的情况下,不能充分得到通过热熟化实现的上述效果。另一方面,热处理的温度高于规定温度的情况下,聚丙烯薄膜有可能产生热分解、氧化劣化等。
作为对于薄膜电容器元件实施热处理的方法,例如可以由包括在大气气氛下、真空气氛下、或非活性气体气氛下使用恒温槽的方法,使用高频感应加热的方法等的公知方法适当选择,但是优选采用使用恒温槽的方法。
通过上述方法得到的电容器元件为基于金属化聚丙烯薄膜的小型且大容量型的薄膜电容器元件,具有高温下的高耐电压性和高温下的长期耐用性。作为调查电容器元件的耐用性的试验方法,可列举出“升压试验”、“寿命(life)试验”等,它们都为评价100℃以上的高温下的耐用性的试验方法。“升压试验”为一点一点升高电压值的同时重复进行对电容器元件的恒定时间(短时间)、恒定电压的电压施加的试验方法,为从电压极限(高电压)的观点考虑评价电容器元件的耐用性的方法。另一方面,“寿命试验”为对电容器元件长时间进行恒定电压的电压施加的试验方法,为从没有静电容量的减小、也不会产生失控等的时间的观点考虑评价长期的耐电压性、即电容器元件的耐用性的方法。各试验方法的详细内容如后文所述。
本发明的电容器元件虽然取决于薄膜厚度,但是例如2.5μm厚度的情况下,根据“升压试验”评价的容量变化率ΔC=-5%时的电压优选超过1100V、更优选为1120V以上、进一步优选为1150V以上、特别优选为1180V以上。另外,根据“升压试验”评价的容量变化率ΔC=-95%时的电压优选超过1450V、更优选为1460V以上、进一步优选为1470V以上、特别优选为1480V以上。
另外,对于本发明的电容器元件,根据“寿命试验”评价的电压施加后的容量变化率ΔC(200小时后)优选为-10%以上、更优选为-8%以上、进一步优选为-6%以上、特别优选为-5%以上。混合动力车用高电压类型的电容器的额定电压通常为400~800VDC,例如可以将施加电压设为600VDC来进行“寿命试验”。
实施例
接着通过实施例对本发明进行更具体说明,但是这些例子用于说明本发明,对本发明没有任何限定。另外,只要没有特别说明,则“份”和“%”的记载分别表示“质量份”和“质量%”。
[树脂的各特性值的测定]
(1)重均分子量(Mw)、数均分子量(Mn)、Z均分子量(Mz)和微分分布值
使用GPC(凝胶渗透色谱)在以下的条件下测定聚丙烯树脂的平均分子量和分布曲线的微分分布值。
测定仪:TOSOH CORPORATION制、内装差示折射计(RI)的高温GPC装置、HLC-8121GPC-HT型
色谱柱:TOSOH CORPORATION制、TSKgel GMHHR-H(20)HT三根连接
色谱柱温度:140℃
洗脱液:三氯苯
流速:1.0ml/分钟
需要说明的是,标准曲线的制作使用TOSOH CORPORATION制的标准聚苯乙烯,通过聚苯乙烯换算得到测定结果。但是,分子量使用Q-因子换算为聚丙烯的分子量。
微分分布值通过以下的方法得到。首先,将使用RI检测仪检出的强度分布的时间曲线(溶出曲线),利用使用上述标准聚苯乙烯制作的标准曲线,变换为对于标准聚苯乙烯的分子量M(Log(M))的分布曲线。接着,得到分布曲线的总面积设为100%时的对于Log(M)的积分分布曲线后,将该积分分布曲线用Log(M)微分,由此可以得到对于Log(M)的微分分布曲线。由该微分分布曲线读取Log(M)=4.5和Log(M)=6.0时的微分分布值。需要说明的是,直至得到微分分布曲线为止的一系列的操作,使用内装于所使用的GPC测定装置的分析软件进行。
(2)熔体流动速率
根据JIS K 7210-1999在230℃下测定。
[聚丙烯树脂]
实施例和比较例的聚丙烯薄膜的制造中使用具有下述表1所示的数均分子量(Mn)、重均分子量(Mw)、Z均分子量(Mz)、分子量分布(Mw/Mn)、分子量分布(Mz/Mn)和MFR的聚丙烯树脂。需要说明的是,这些值为以原料树脂颗粒的形态根据上述测定方法测定得到的值。
需要说明的是,PP-4为将Mw=30万、Mw/Mn=5.2、MFR=4.0g/10分钟的等规聚丙烯树脂(Prime Polymer Co.,Ltd.制)80质量%、MFR=10.0g/10分钟的等规聚丙烯树脂(Prime Polymer Co.,Ltd.制)20质量%混合而得到的。
[表1]
聚丙烯树脂PP-1:等规聚丙烯(Prime Polymer Co.,Ltd.制)
聚丙烯树脂PP-2:等规聚丙烯(Japan Polypropylene Corporation制)
聚丙烯树脂PP-3:等规聚丙烯(大韩油化株式会社制)
聚丙烯树脂PP-4:等规聚丙烯
聚丙烯树脂PP-5:等规聚丙烯(Prime Polymer Co.,Ltd.制)
聚丙烯树脂PP-6:等规聚丙烯(大韩油化株式会社制)
聚丙烯树脂PP-7:等规聚丙烯(Prime Polymer Co.,Ltd.制)
聚丙烯树脂PP-8:等规聚丙烯(Prime Polymer Co.,Ltd.制)
聚丙烯树脂PP-1~PP-8都含有选自由作为抗氧化剂(一次剂)的2,6-二叔丁基-对甲酚(一般名称:BHT)2000ppm、作为具有羰基的受阻酚系抗氧化剂(二次剂)的季戊四醇·四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯](商品名:IRGANOX 1010)3000~6500ppm、和作为磷系抗氧化剂的三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(商品名:Irgafos 168)1000~2000ppm组成的组中的至少一种抗氧化剂。
使用上述聚丙烯树脂,根据以下所示的方法制造表2和表3所示组成的聚丙烯树脂组合物。将所得到的聚丙烯树脂组合物双轴拉伸,制造实施例1~6和比较例1~4的聚丙烯薄膜。构成各薄膜的聚丙烯树脂的物性根据上述测定方法测定。另外,对于所得到的聚丙烯薄膜,利用以下所示的方法评价介质击穿电压和微晶尺寸。所得到的结果如表2和表3所示。
[表2]
[表3]
*1由于不能拉伸而未测定
实施例1
将树脂PP-1(作为抗氧化剂添加IRGANOX 10105000ppm)和树脂PP-2(作为抗氧化剂添加IRGANOX 10105000ppm)以PP-1/PP-2=80/20(质量比)连续地计量混合而成的干式混合体供给到挤出机。将干式混合体在250℃的温度下熔融后,由T模头挤出,卷缠于表面温度保持于92℃的金属鼓进行固化,制造厚度约125μm的铸塑原卷片材。将该铸塑原卷片材在140℃的温度下在流通方向拉伸到5倍,立即冷却至室温后,用拉幅机在165℃的温度下在横方向拉伸到10倍,得到厚度2.3μm的非常薄的双轴拉伸聚丙烯薄膜。
实施例2
树脂PP-1和树脂PP-2以PP-1/PP-2=65/35(质量比)计量混合,除此之外与实施例1同样地得到双轴拉伸聚丙烯薄膜。
实施例3
树脂PP-1和树脂PP-3以PP-1/PP-3=65/35(质量比)计量混合,除此之外与实施例1同样地得到双轴拉伸聚丙烯薄膜。
实施例4
树脂PP-1和树脂PP-6以PP-1/PP-6=65/35(质量比)计量混合,除此之外与实施例1同样地得到双轴拉伸聚丙烯薄膜。
实施例5
树脂PP-1和树脂PP-7以PP-1/PP-7=65/35(质量比)计量混合,除此之外与实施例1同样地得到双轴拉伸聚丙烯薄膜。
实施例6
树脂PP-1和树脂PP-8以PP-1/PP-8=65/35(质量比)计量混合,除此之外与实施例1同样地得到双轴拉伸聚丙烯薄膜。
比较例1
单独使用树脂PP-1,除此之外与实施例1同样地得到双轴拉伸聚丙烯薄膜。
比较例2
单独使用树脂PP-2,除此之外与实施例1同样地制造铸塑原卷片材。尝试与实施例1同样地将该铸塑原卷片材双轴拉伸,但是在拉伸工序断裂,不能得到双轴拉伸聚丙烯薄膜。
比较例3
单独使用树脂PP-4,除此之外与实施例1同样地得到双轴拉伸聚丙烯薄膜。
比较例4
单独使用树脂PP-5,除此之外与实施例1同样地得到双轴拉伸聚丙烯薄膜。
[薄膜的各特性值的测定]
(1)薄膜的厚度
薄膜的厚度例如可以使用纸厚测定仪、测微计(JIS-B7502)等,根据JIS-C2330测定。
(2)微晶尺寸
双轴拉伸聚丙烯薄膜的微晶尺寸使用XRD(广角X射线衍射)装置根据以下测定。
测定仪:Rigaku Corporation制的桌面(desktop)X射线衍射装置“MiniFlex300”
X射线产生输出:30KV、10mA
照射X射线:单色仪单色化CuKα射线(波长0.15418nm)
检测器:闪烁计数器
测角器扫描:2θ/θ联动扫描
由所得到的数据,使用分析电子计算机,使用装置标准附属的综合粉末X射线分析软件PDXL,算出α晶(040)面的衍射反射峰的半峰宽。
使用下述(1)式的Scherrer公式由所得到的α晶(040)面的衍射反射峰的半峰宽求出微晶尺寸。需要说明的是,本发明中,形状因子常数K使用0.94。
D=K×λ/(β×Cosθ) (1)
[在此,D为微晶尺寸(nm)、K为常数(形状因子)、λ为使用X射线波长(nm)、β为所求出的半峰宽、θ为衍射布拉格角]。
(3)介质击穿电压
根据JIS C2330(2001)7.4.11.2B法(平板电极法),使用直流电源,在100℃下测定介质击穿电压值。12次测定的平均介质击穿电压值(VDC)除以薄膜的厚度(μm),除了2次最高值和2次最低值的值之外的8次的平均值作为介质击穿电压(VDC/μm)。
[电容器元件的制作]
对于上述的实施例1~3中得到的双轴拉伸聚丙烯薄膜,以特殊边缘蒸镀图案、蒸镀电阻15Ω/□实施铝蒸镀,得到金属化薄膜。切成窄幅后,将两块金属化薄膜重叠,使用株式会社皆藤制作所制的自动卷取机3KAW-N2型,进行1100转缠绕。
对于元件卷缠而成的元件进行加压的同时在120℃下实施热处理后,对于元件端面喷镀锌金属,得到扁平型电容器。做好的电容器的静电容量为75μF(±2μF)。
[电容器元件的各特性值的测定]
(1)电容器元件的寿命试验(长期的耐电压性)
将上述电容器元件预先在105℃预热后,对于试验前的初始的静电容量利用日置电机株式会社制的LCR测试器3522-50在室温下进行评价。接着在105℃的高温槽中,对电容器元件连续负荷直流600V的电压200小时。对于经过200小时后的元件的容量利用LCR测试器在室温下进行测定,算出电压负荷前后的容量变化率。经过200小时后的容量变化率通过3个元件的平均值评价。经过200小时后的容量变化率,对于实施例1而言为-1.9%、对于实施例2而言为-1.0%、对于实施例3而言为-3.0%。需要说明的是,经过200小时后的容量变化率优选为-5%以上。
如实施例1~6所示可知,本发明的双轴拉伸聚丙烯薄膜具有优异的介质击穿电压、具有高温下的优异的耐电压性。另外确认了,虽然为厚度2.3μm的非常薄的双轴拉伸聚丙烯薄膜,但是具有上述优异的耐电压性,作为要求高耐电压性的小型且高容量型的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜是极其合适的。
与此相对,比较例1及3的聚丙烯薄膜并非由具有规定范围的微分分布值之差的聚丙烯树脂构成,无法得到充分的耐电压性。特别是对于由高分子量成分的构成少、不具有规定的Z均分子量的聚丙烯树脂形成的比较例3及4的聚丙烯薄膜而言,得到介质击穿电压非常低的结果。另外,比较例2的聚丙烯薄膜不能拉伸为薄膜。
产业上的可利用性
本发明的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜由于介质击穿电压优异,估计通过使用该薄膜制造电容器,高温下的耐电压性、特别是初始耐电压性和长期耐电压性提高。进而,本发明的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜由于介质击穿电压优异的同时可以使得厚度变薄,因此能够优选利用于要求高耐电压性的小型且高容量型的电容器。
Claims (5)
1.一种电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜,对于构成该聚丙烯薄膜的聚丙烯树脂而言,
·数均分子量为4万以上且10万以下,
·Z均分子量为95万以上且150万以下,
·分子量分布曲线中,由对数分子量Log(M)=4.5时的微分分布值减去Log(M)=6.0时的微分分布值得到的差为-15%以上且11%以下,
所述聚丙烯薄膜的微晶尺寸是:使用谢乐公式由利用广角X射线衍射法测得的α晶(040)面反射峰的半峰宽算出为12.2nm以下。
2.根据权利要求1所述的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜,其中,所述聚丙烯薄膜为将聚丙烯树脂组合物双轴拉伸而成的,该聚丙烯树脂组合物基于该聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的总量以1质量%以上且70质量%以下的量含有熔体流动速率为4g/10分钟以下的聚丙烯树脂。
3.根据权利要求1所述的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜,其中,所述聚丙烯薄膜为将聚丙烯树脂组合物双轴拉伸而成的,该聚丙烯树脂组合物基于该聚丙烯树脂组合物中含有的聚丙烯树脂的总量以1质量%以上且70质量%以下的量含有数均分子量(Mn)为4万以上且15万以下、Z均分子量为120万以上且260万以下的聚丙烯树脂。
4.一种电容器用金属化聚丙烯薄膜,其为对权利要求1~3中任一项所述的电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜的单面或两面实施金属蒸镀而成的。
5.一种电容器,其为使用权利要求4所述的电容器用金属化聚丙烯薄膜制造的。
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