CN106206015B - 一种高温聚丙烯金属化薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高温聚丙烯金属化薄膜，包括聚丙烯膜和导电层，导电层的左右两侧分别设置有空白留边，导电层包括多片石墨烯导电薄膜，相邻的石墨烯导电薄膜之间设置有金属区，金属区包括两条横金属带和多条纵金属带，纵金属带设置在两条横金属带之间，横金属带与石墨烯导电薄膜电气连接，相邻的纵金属带之间设置有空白隔带，纵金属带与横金属带电气连接。该高温聚丙烯金属化薄膜制作工艺简单，其导热性好，耐高温，在120℃下仍能正常工作，绝缘缺陷少，不易发生击穿，自愈性试验后电容量变化小，使用寿命高。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温聚丙烯金属化薄膜，属于电容器技术领域。
背景技术
能源短缺和环境恶化已经成为威胁人类生存的全球化问题，发展新能源是实现人类可持续发展的必经之路，中国应该加快开发利用新能源的步伐，大力发展新能源，逐步实现从常规能源向清洁能源转变。
用新能源逐步取代传统能源进行发电将是今后电力工业发展的趋势，新能源发电主要包括太阳能发电、风力发电、生物质能发电、地热发电、潮汐发电等方面。
城市轨道交通是指具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点的交通方式，包括地铁、轻轨、磁悬浮、快轨、有轨电车、新交通系统等。因此，在城市轨道交通技术领域中综合利用新能源也成为未来城市轨道交通的发展需求。
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源，新能源汽车包括混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车等各类别产品。
无论是新能源发电、新能源汽车还是城市轨道交通等领域，最终都是要电力设备来驱动、转换或实现，在电力设备中，电容器作为储能元件是其中的重要部件，尤其是在新能源作为非常规能源，在其综合利用过程中，对传统的电力设备尤其是电容器在体积、耐压、耐温、耐电流冲击、可靠性、使用时间上有很高的要求，目前国际上以金属化薄膜电容器最符合其要求，这方面最关键性的材料就是金属化薄膜。
现有金属化薄膜的工作温度为-10～85℃，工作温度一旦超过85℃时就会发生变形，并且现有金属化薄膜易在蒸镀过程中易产生绝缘缺陷，每平米金属化薄膜的绝缘缺陷为1～3个，使得现有金属化薄膜易发生击穿。
石墨烯是一种新型二维晶体材料，它独特的单原子层结构显示出许多优异的物理化学性质。石墨烯的热导率为5300W/(m·K)，并且石墨烯是在石墨中提取分离出来的，因此以石墨烯为原料制备的石墨烯导电薄膜继承了石墨烯的优点，与金属化薄膜相比，不但具有更好的导热性能，并且石墨烯导电薄膜不存在绝缘缺陷；但是，现有的石墨烯导电薄膜不但成本高，例如，中国科学院宁波工业技术研究院在2015年的中国(宁波)国际新材料科技及产业博览会上展出的“千米级连续成卷的石墨烯薄膜”，该石墨烯薄膜导电性能优良，其制作成本在50元/平方米左右，成本比金属化薄膜高的多，并且石墨烯导电薄膜结构致密，其与聚丙烯薄膜之间非常难结合。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种高温聚丙烯金属化薄膜，具体技术方案如下：
一种高温聚丙烯金属化薄膜，包括聚丙烯膜和导电层，导电层的左右两侧分别设置有空白留边，所述导电层包括多片石墨烯导电薄膜，相邻的石墨烯导电薄膜之间设置有金属区，所述金属区包括两条横金属带和多条纵金属带，纵金属带设置在两条横金属带之间，横金属带与石墨烯导电薄膜电气连接，相邻的纵金属带之间设置有空白隔带，纵金属带与横金属带电气连接。
作为上述技术方案的改进，所述石墨烯导电薄膜的内侧面经过表面处理后，石墨烯导电薄膜的内侧面和聚丙烯膜之间利用聚丙烯酸酯压敏胶固定连接；所述石墨烯导电薄膜的内侧面表面处理过程如下：将质量分数为1％的钛酸四丁酯的乙醇溶液和四氯化钛按照质量比150:(1～1.1)的比例混合均匀制成处理剂，将处理剂涂覆在石墨烯导电薄膜的内侧面后，在20～25℃的室内干燥2～3h即成，干燥过程中室内的相对湿度保持在40～50％。
作为上述技术方案的改进，所述横金属带和纵金属带为一体式结构。
作为上述技术方案的改进，所述横金属带的厚度大于纵金属带的厚度。
作为上述技术方案的改进，所述横金属带的宽度为a，所述纵金属带的宽度为b，b＜a。
本发明所述高温聚丙烯金属化薄膜制作工艺简单，其导热性好，耐高温，在120℃下仍能正常工作，绝缘缺陷少，不易发生击穿，自愈性试验后电容量变化小，使用寿命高。
附图说明
图1为本发明所述高温聚丙烯金属化薄膜结构示意图；
图2为本发明所述导电层结构示意图。
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。
如图1～2所示，所述高温聚丙烯金属化薄膜，包括聚丙烯膜10和导电层20，导电层20的左右两侧分别设置有空白留边11，所述导电层20包括多片石墨烯导电薄膜21，相邻的石墨烯导电薄膜21之间设置有金属区22，所述金属区22包括两条横金属带221和多条纵金属带222，纵金属带222设置在两条横金属带221之间，横金属带221与石墨烯导电薄膜21电气连接，相邻的纵金属带222之间设置有空白隔带223，纵金属带222与横金属带221电气连接。
横金属带221和纵金属带222是利用金属铝或金属锌在聚丙烯膜10的表面蒸镀形成，为简化工艺，所述横金属带221和纵金属带222为一体式结构。其中，铝的热导率为217W/(m·K)，锌的热导率为112W/(m·K)，石墨烯导电薄膜21的导热效果比横金属带221和纵金属带222高的多，在石墨烯导电薄膜21的作用下，所述高温聚丙烯金属化薄膜的导热性能显著提高，使其能在120℃下仍能正常工作；并且，石墨烯导电薄膜21不存在绝缘缺陷，该高温聚丙烯金属化薄膜的绝缘缺陷主要其中在金属区22，该高温聚丙烯金属化薄膜的导电层20不全部使用石墨烯导电薄膜21的原因是，一方面连续成卷的石墨烯导电薄膜21的成本非常高，采用多片石墨烯导电薄膜21串联的方式不但降低了石墨烯导电薄膜21的原料成本，利用金属区22来填充和连接相邻的石墨烯导电薄膜21的制作方式还降低了石墨烯导电薄膜21的使用量，进一步降低了生产成本。横金属带221作为连接石墨烯导电薄膜21的过渡区，当所述横金属带221的厚度大于纵金属带222的厚度时，不但所述横金属带221的制作工艺难度下降，而且在横金属带221上不易出现绝缘缺陷，横金属带221的耐电压性能提升；纵金属带222的厚度小，纵金属带222具有保险熔丝的作用，当其中一个纵金属带222被击穿，该纵金属带222自愈后发生断路，在空白隔带223的隔离下，该纵金属带222从整个金属区22中隔开，不影响所述高温聚丙烯金属化薄膜的正常使用，其电容量略微下降。为保证纵金属带222能正常发挥其保险熔丝的作用，避免横金属带221被熔断，在蒸镀过程中必须保证纵金属带222的宽度要足够小，即所述横金属带221的宽度为a，所述纵金属带222的宽度为b，b＜a。采用多个纵金属带222的作用是，一方面避免其中一个纵金属带222熔断后影响整个导电层20的导电能力，纵金属带222为带状，即保证其电荷在纵金属带222上的流通性，还保证纵金属带222在过载或击穿时能顺利及时的熔断。
可利用聚丙烯酸酯压敏胶将石墨烯导电薄膜21粘结在聚丙烯膜10上，该固定连接方式工艺简单，方便耗能少，方便连续化生产，但是由于石墨烯导电薄膜21结构致密，必须对石墨烯导电薄膜21的内侧面进行表面处理才能保证石墨烯导电薄膜21和聚丙烯膜10结合紧密。所述石墨烯导电薄膜21的内侧面表面处理过程如下：将质量分数为1％的钛酸四丁酯的乙醇溶液和四氯化钛按照质量比150:(1～1.1)的比例混合均匀制成处理剂，将处理剂涂覆在石墨烯导电薄膜21的内侧面后，在20～25℃的室内干燥2～3h即成，干燥过程中室内的相对湿度保持在40～50％。
实施例1
将质量分数为1％的钛酸四丁酯的乙醇溶液(乙醇为溶剂)和四氯化钛按照质量比150:1的比例混合均匀制成处理剂，将处理剂涂覆在石墨烯导电薄膜21的内侧面，放在20℃的室内干燥2h即成，干燥过程中室内的相对湿度保持在50％。
其中，石墨烯导电薄膜21的内侧面经过表面处理后，涂覆一层聚丙烯酸酯压敏胶，再利用压辊将石墨烯导电薄膜21粘结在聚丙烯膜10上，压辊对石墨烯导电薄膜21和聚丙烯膜10的压力为0.1kg/cm2。聚丙烯酸酯压敏胶固化后，石墨烯导电薄膜21和聚丙烯膜10之间的剥离强度为12.6N/mm；而对石墨烯导电薄膜21的内侧面未进行表面处理时石墨烯导电薄膜21和聚丙烯膜10之间的剥离强度为0.6N/mm。
实施例2
将质量分数为1％的钛酸四丁酯的乙醇溶液(乙醇为溶剂)和四氯化钛按照质量比150:1.08的比例混合均匀制成处理剂，将处理剂涂覆在石墨烯导电薄膜21的内侧面，放在23℃的室内干燥2.5h即成，干燥过程中室内的相对湿度保持在45％。
其中，石墨烯导电薄膜21的内侧面经过表面处理后，涂覆一层聚丙烯酸酯压敏胶，再利用压辊将石墨烯导电薄膜21粘结在聚丙烯膜10上，压辊对石墨烯导电薄膜21和聚丙烯膜10的压力为0.1kg/cm2。聚丙烯酸酯压敏胶固化后，石墨烯导电薄膜21和聚丙烯膜10之间的剥离强度为13.5N/mm；而对石墨烯导电薄膜21的内侧面未进行表面处理时石墨烯导电薄膜21和聚丙烯膜10之间的剥离强度为0.6N/mm。
实施例3
将质量分数为1％的钛酸四丁酯的乙醇溶液(乙醇为溶剂)和四氯化钛按照质量比150:1.1的比例混合均匀制成处理剂，将处理剂涂覆在石墨烯导电薄膜21的内侧面，放在25℃的室内干燥3h即成，干燥过程中室内的相对湿度保持在40％。
其中，石墨烯导电薄膜21的内侧面经过表面处理后，涂覆一层聚丙烯酸酯压敏胶，再利用压辊将石墨烯导电薄膜21粘结在聚丙烯膜10上，压辊对石墨烯导电薄膜21和聚丙烯膜10的压力为0.1kg/cm2。聚丙烯酸酯压敏胶固化后，石墨烯导电薄膜21和聚丙烯膜10之间的剥离强度为12.9N/mm；而对石墨烯导电薄膜21的内侧面未进行表面处理时石墨烯导电薄膜21和聚丙烯膜10之间的剥离强度为0.6N/mm。
钛酸四丁酯易吸收空气中的水分从而水解生成极薄的氧化钛膜，使石墨烯导电薄膜21的表面能提高，在氧化钛膜作为载体的作用下，显著提高石墨烯导电薄膜21和聚丙烯膜10之间的结合力。其中，四氯化钛不但吸水与空气中的水反应生成氧化钛和氯化氢，四氯化钛水解产生的氧化钛为母粒，会进一步促进钛酸四丁酯水解，促使钛酸四丁酯水解出的氧化钛围绕着母粒形成氧化钛膜；而生成的氯化氢会迅速吸收更多的水，使得钛酸四丁酯的水解加速，通过控制环境中的相对湿度来控制氧化钛膜的形成速度，避免氧化钛膜的均匀性和稳定性受到影响。聚丙烯酸酯压敏胶具有良好的耐低温、耐高温性能，可凝挥发物和质量损失率低，因此其热稳定性高，利用聚丙烯酸酯压敏胶来粘接石墨烯导电薄膜21和聚丙烯膜10，不但能保证该高温聚丙烯金属化薄膜各项性能不受影响，并且其粘结工艺简单方便，使得该高温聚丙烯金属化薄膜的制作工艺难度降低，实施效果好。
综上所述，由于普通金属化薄膜的导电层全为金属化镀膜，绝缘缺陷较多，而该高温聚丙烯金属化薄膜相对于普通金属化薄膜来说，其导热性好，耐高温，在120℃下仍能正常工作，绝缘缺陷为：0～0.3个/m2，自愈性试验后电容量变化＜0.2％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种高温聚丙烯金属化薄膜，包括聚丙烯膜和导电层，导电层的左右两侧分别设置有空白留边，其特征在于：所述导电层包括多片石墨烯导电薄膜，相邻的石墨烯导电薄膜之间设置有金属区，所述金属区包括两条横金属带和多条纵金属带，纵金属带设置在两条横金属带之间，横金属带与石墨烯导电薄膜电气连接，相邻的纵金属带之间设置有空白隔带，纵金属带与横金属带电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种高温聚丙烯金属化薄膜，其特征在于：所述石墨烯导电薄膜的内侧面经过表面处理后，石墨烯导电薄膜的内侧面和聚丙烯膜之间利用聚丙烯酸酯压敏胶固定连接；所述石墨烯导电薄膜的内侧面表面处理过程如下：将质量分数为1％的钛酸四丁酯的乙醇溶液和四氯化钛按照质量比150:(1～1.1)的比例混合均匀制成处理剂，将处理剂涂覆在石墨烯导电薄膜的内侧面后，在20～25℃的室内干燥2～3h即成，干燥过程中室内的相对湿度保持在40～50％。
3.根据权利要求1所述的一种高温聚丙烯金属化薄膜，其特征在于：所述横金属带和纵金属带为一体式结构。
4.根据权利要求1所述的一种高温聚丙烯金属化薄膜，其特征在于：所述横金属带的厚度大于纵金属带的厚度。
5.根据权利要求1所述的一种高温聚丙烯金属化薄膜，其特征在于：所述横金属带的宽度为a，所述纵金属带的宽度为b，b＜a。
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