CN107531924A - 聚丙烯膜、金属膜层叠膜和膜电容器以及它们的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供,即使在高温环境下也显示高绝缘击穿电压,在制成电容器后在高温环境下能够表现耐电压性和可靠性的聚丙烯膜、使用该聚丙烯膜的金属膜层叠膜和膜电容器、以及它们的制造方法。为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:一种聚丙烯膜,通过广角X射线衍射测定的α晶(110)面的结晶取向度为0.78以上,120℃下加热处理10分钟后宽度方向和长度方向的热收缩率之和为4.0%以下。此外还提供了一种聚丙烯膜,长度方向上的厚度不均为0.1~6.0%,长度方向上的最大点强度和宽度方向上的最大点强度之和为400MPa以上。
Description
技术领域
本发明涉及聚丙烯膜、金属膜层叠膜和膜电容器以及它们的制造方法。
背景技术
聚丙烯膜的透明性、机械特性、电特性等优异,因此可用于包装用途、带(tape)用途、电缆包装、以电容器为代表的电气用途等各种各样的用途。
其中,关于电容器用途,由于其优异的耐电压特性、低损耗特性,因此不限于直流用途、交流用途,还特别是可以很好地用于高电压电容器。
最近,各种电气设备不断被逆变器化,与此相伴,对电容器的小型化、大容量化的要求进一步提高。受到这样的市场要求、特别是汽车用途(包含混合动力汽车用途)、太阳能发电、风力发电用途的要求的影响,目前现状为必须提高聚丙烯膜的绝缘击穿电压,维持生产性、加工性,同时进一步薄膜化。
这样的聚丙烯膜,从绝缘击穿电压的提高、生产性、加工性和耐热性的观点,需要进行膜面内高倍率拉伸,这对于提高膜的强度、结晶取向度特别重要。这里,从耐热性的观点,在考虑到将来使用SiC的功率半导体用途时,都认为使用环境的温度为高温。作为电容器要求进一步的耐热化和耐电压性,所以要求提高在高于110℃的高温环境下的绝缘击穿电压。但是,如非专利文献1的记载,聚丙烯膜的使用温度上限被认为是约110℃,要在这样的温度环境下稳定维持绝缘击穿电压是非常困难的。
迄今为止,对于聚丙烯膜,作为获得厚度薄且具有在高温环境下的性能的膜的方法,已经提出了例如,通过控制微晶尺寸和面取向度来提高绝缘击穿电压(例如,专利文献1)。此外还提出了,通过将微晶尺寸控制在特定的尺寸以下,将相对于厚度方向的复折射值控制在特定的范围,来提高长期的耐热性和绝缘击穿电压(例如,专利文献2)。
此外,作为强度或耐热性优异的聚丙烯膜,在专利文献3中公开了具有高拉伸断裂强度等的聚丙烯膜。专利文献4公开了耐热性、尺寸稳定性优异、高刚性且在高温下的载荷下伸长少、150℃下收缩率低的聚丙烯膜。专利文献5中作为外观良好、手撕性优异的丙烯系树脂层叠膜,公开了规定长度方向的拉伸断裂点强度等的丙烯系树脂层叠膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平2-129905号公报
专利文献2:日本特开2014-231584号公报
专利文献3:日本特开平11-188790号公报
专利文献4:日本特开2014-51657号公报
专利文献5:日本特开平9-262945号公报
非专利文献
非专利文献1:河合基伸、“フィルムコンデンサ躍進、クルマからエネルギーへ”、日経エレクトロニクス、日経BP社、2012年9月17日号,第57-62页。
发明内容
发明要解决的课题
但是,专利文献1~5中记载的聚丙烯膜,都在高温环境下的绝缘击穿电压的提高不充分,进而制成电容器后的高温环境下的耐电压性和可靠性也难以说是充分的。
因而,本发明的目的是提供,即使在高温环境下也显示高绝缘击穿电压,在制成电容器后在高温环境下能够表现耐电压性和可靠性的聚丙烯膜、使用该聚丙烯膜的金属膜层叠膜和膜电容器、以及它们的制造方法。
解决课题的手段
本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究,结果认为,专利文献1~5中记载的聚丙烯膜的高温环境下的绝缘击穿电压、以及制成电容器后的耐电压性和可靠性不充分的理由如下。
即认为,专利文献1和2中记载的聚丙烯膜,虽然通过控制微晶尺寸、面取向和复折射能够表现绝缘击穿电压的提高效果,但使用立体规则性低的聚丙烯树脂、拉伸倍率低、以及在拉伸后使结构稳定化的热处理是不合适的,这是理由。
此外认为,专利文献3中记载的聚丙烯膜,由于原料中含有乙烯成分,在横向拉伸后没有松弛和热处理工序,所以高温环境下分子链取向大大收缩,导致热收缩率不能充分低,这是理由。
进而、专利文献4中记载的聚丙烯膜,由于横向拉伸后的热处理温度高,所以用于使分子链取向结构稳定化的热处理是不合适的,这是理由。
而且,专利文献5中记载的聚丙烯膜,原料中含有乙烯成分,在横向拉伸后没有松弛和热处理工序,所以高温环境下分子链取向大大收缩,所以热收缩率不能充分低,这是理由。
基于以上考察,本发明人进入反复研究,结果发现,通过以下方式能够解决上述课题:1)使聚丙烯膜的结晶取向度为一定值以上,并且使在规定的条件下加热处理后的宽度方向和长度方向的热收缩率之和为一定值以下,或2)使聚丙烯膜的长度方向上的厚度不均在特定的范围,并且使长度方向和宽度方向上的最大点强度之和为一定值以上。因此,本发明的技术方案如下。即:
(1)一种聚丙烯膜,通过广角X射线衍射测定的α晶(110)面的结晶取向度为0.78以上,120℃下加热处理10分钟后宽度方向和长度方向的热收缩率之和为4.0%以下(第1方案)。
(2)一种聚丙烯膜,长度方向上的厚度不均为0.1~6.0%,长度方向上的最大点强度和宽度方向上的最大点强度之和为400MPa以上(第2方案)。
发明效果
本发明能够提供即使在高温环境下也显示高绝缘击穿电压,在制成电容器后即使在高温环境下也表现出耐电压性和可靠性的聚丙烯膜,使用该聚丙烯膜的金属膜层叠膜和膜电容器、以及它们的制造方法。
附图说明
图1是显示体积电阻测定电路的概略图。
具体实施方式
本发明的第1方案的聚丙烯膜,通过广角X射线衍射测定的α晶(110)面的结晶取向度为0.78以上,120℃下加热处理10分钟后宽度方向和长度方向的热收缩率之和为4.0%以下。再者,本发明中有时将聚丙烯膜称作“膜”。
本发明的第1方案的聚丙烯膜,通过广角X射线衍射测定的聚丙烯膜的α晶(110)面的结晶取向度为0.78以上。上述结晶取向度优选为0.80以上、更优选为0.81以上。虽然对上限没有特殊限定,但取0.95。上述结晶取向度小于0.78时,构成膜的结晶结构的取向秩序性为混乱状态,所以局部性存在容易绝缘击穿的位置,在制成电容器后有时在高温环境下发生容量降低、短路破坏,导致耐电压性降低,有损可靠性。
此外,本发明的第1方案的聚丙烯膜,从膜在高温环境下具有尺寸稳定性、制成电容器后得到高可靠性的观点,宽度方向和长度方向的120℃下加热处理10分钟后的热收缩率之和为4.0%以下。本发明的第1方案的聚丙烯膜的上述热收缩率之和优选为3.6%以下、更优选为3.3%以下。对下限没有特殊限定,但由于有时会由于电容器制造工序、使用工序中的热使元件卷绕状态变松,所以下限取1%。上述热收缩率之和大于4.0%时,有时电容器制造工序和使用工序的热造成膜本身收缩,与元件端部熔喷金属的接触不良,造成耐电压性降低或元件卷得紧,引起容量降低、短路破坏。
这里本发明的第1方案和第2方案的聚丙烯膜的“长度方向”是指,与膜制造工序中膜流动方向对应的方向(后文中有时记作“MD”),“宽度方向”是指与所述膜的制造工序中膜流动方向正交的方向(后文中有时记作“TD”)。对于制造工序中流动方向不清楚的聚丙烯膜,如下那样通过广角X射线测定聚丙烯膜的α晶(110)面的结晶取向,定义MD和TD。具体而言,相对于膜表面以垂直方向入射X射线,在2θ=约14°(α晶(110)面)下在圆周方向上扫描结晶峰,将得到的衍射强度分布的衍射强度最高的方向作为MD、将与MD正交的方向作为TD。
本发明人进行了深入研究,结果发现,同时控制聚丙烯膜的结晶取向度和热收缩率,这从提高聚丙烯膜在高温环境下的绝缘击穿电压的观点、和从特别是在高电压用电容器用途中、得到高温环境下的耐电压性和可靠性的观点是重要的。这里将聚丙烯膜的结晶取向度和热收缩率分别控制在各自的上述范围内可以通过以下方式实现:使用后述的高全同立构五单元组分率、高熔点的聚丙烯原料,将熔融片冷却固化时的冷却温度等的条件控制在优选范围内;使双轴拉伸时的面积倍率为50倍以上,在拉伸后的热处理和松弛处理工序中先在比宽度方向的拉伸温度低的温度下对膜实施热处理,接下来在比所述处理温度高并且低于双轴拉伸时的宽度方向的拉伸温度的温度下对膜适宜地实施热处理。
本发明的第1方案的聚丙烯膜的宽度方向上的伸长率为5%时的应力(TD-F5值)和长度方向上的伸长率为5%时的应力(MD-F5值)之间的关系优选为(MD-F5值)/(TD-F5值)>0.4,更优选为0.45以上,进而优选为0.5以上。虽然对于(MD-F5值)/(TD-F5值)的值的上限没有特殊限定,但取2.0。(MD-F5值)/(TD-F5值)的关系为0.4以下时,结晶取向度容易变低,成为构成膜的结晶结构的秩序性混乱的状态。因此,局部性存在容易绝缘击穿的位置,有时在制成电容器后在高温环境下发生容量降低、短路破坏,导致耐电压性降低,可靠性受到破坏。将(MD-F5值)/(TD-F5值)的关系控制在本发明的优选范围,这可以通过以下方式来实现:使双轴拉伸时的面积倍率为50倍以上,在拉伸后的热处理和松弛处理工序中,先在比宽度方向的拉伸温度低的温度下对膜实施热处理,接下来在比所述处理温度高并且低于双轴拉伸时的宽度方向的拉伸温度的温度下对膜适宜地实施热处理。
本发明的第1方案的聚丙烯膜优选长度方向上的最大点强度(St)和最大点伸长率(El)的关系为(St)/(El)≥1.2,更优选为(St)/(El)≥1.6,进而优选为(St)/(El)≥2.0。虽然对(St)/(El)的值的上限没有特殊限定,但取4.0。在(St)/(El)的值不足1.2时,意味着实质上膜强度低,在高温环境下膜绝缘击穿电压容易变低,有时在通过蒸镀形成金属膜的工序或电容器元件卷取加工中的移送过程中发生膜破裂。此外,有时在制成电容器后在高温环境下发生容量降低、短路破坏,导致耐电压性降低,可靠性受到破坏。将(St)/(El)的值控制在上述范围,可以通过以下方式实现:使双轴拉伸时的面积倍率为50倍以上,在拉伸后的热处理和松弛处理工序中先在比宽度方向的拉伸温度低的温度下对膜实施热处理,接下来在比所述处理温度高并且低于双轴拉伸时的宽度方向的拉伸温度的温度下适宜地对膜实施热处理。
本发明的第1方案的聚丙烯膜的125℃下长度方向的伸长率为50%时的应力(F50值)优选为13MPa以上、更优选为15MPa以上、进而优选为17MPa以上。对上限没有特殊限定,但取30MPa。在F50值不足13MPa时,高温环境下的膜绝缘击穿电压容易降低,在制成电容器后有时在高温环境下发生容量降低、短路破坏,导致耐电压性降低、可靠性受到破坏。将F50值控制在上述范围,可以通过以下方式实现:使用后述的高全同立构五单元组分率、高熔点的聚丙烯原料和/或将熔融片冷却固化时的冷却温度等的条件控制在优选范围内;使双轴拉伸时的面积倍率为50倍以上,在拉伸后的热处理和松弛处理工序中先在比宽度方向的拉伸温度低的温度下对膜实施热处理,接下来在比所述处理温度高并且低于双轴拉伸时的宽度方向的拉伸温度的温度下适宜地对膜实施热处理。
本发明的第1方案的聚丙烯膜的110℃下的体积电阻率优选为5×1014Ω·cm以上、更优选为8×1014Ω·cm以上、进而优选为1×1015Ω·cm以上。对于上限没有特殊限定,但取1×1017Ω·cm。在110℃下的体积电阻率不足5×1014Ω·cm时,在制成电容器后、特别是在高温环境下,有时会牵扯到漏电流增大,电容器的自身发热造成容量降低,引起短路破坏,耐电压性降低,可靠性受到破坏。为了将110℃下的体积电阻率控制在上述范围,可以通过使用后述的高全同立构五单元组分率、高熔点的聚丙烯原料、并且使双轴拉伸时的面积倍率为50倍以上来实现。进而可以通过以下方式来进一步提高体积电阻率:将熔融片冷却固化时的冷却温度等的条件控制在优选范围内;在拉伸后的热处理和松弛处理工序中、先在比宽度方向的拉伸温度低的温度下对膜实施热处理,接下来在比所述处理温度高且低于双轴拉伸时的宽度方向的拉伸温度的温度下适宜地对膜实施热处理。
本发明的第1方案的聚丙烯膜至少一个表面的光泽度为130%以上且小于150%,重叠时的静磨擦系数(μs)优选为0.1以上1.5以下。
在上述光泽度小于130%时,由于表面的光散射密度高,所以表面过度粗面化,有时容易产生绝缘击穿电压降低。另一方面,光泽度为150%以上意味着表面被平滑化,有时膜的易滑动性容易极度降低。因此,有时操作性变差,容易发生褶皱,元件加工性差。上述光泽度更优选为132%以上且小于148%、进而优选为135%以上且小于146%。
此外,上述重叠时的静磨擦系数(μs)小于0.1时,膜过于容易滑动,在制膜时的卷取、元件加工时有时会发生卷错位。在μs大于1.5时,膜的易滑动性极度降低,有时操作性变差,或者容易产生褶皱、元件加工性差。μs更优选为0.1以上1.2以下、进而优选为0.3以上1以下、最优选为0.5以上0.9以下。本发明的第1方案的聚丙烯膜的光泽度和静磨擦系数(μs)同时在上述优选范围,这从提高耐电压特性、提高元件加工性的观点更为优选。使光泽度和静磨擦系数(μs)同时在上述优选范围内,可以通过使用后述的原料、将熔融片冷却固化时的冷却温度和层叠树脂结构等的条件控制在优选范围内来实现。
本发明的第1方案的聚丙烯膜,从使表面适度粗面化,得到膜层间间隙的均一性、膜与膜之间或膜与移送辊之间的易滑动性、电容器元件制作时的加工性和作为电容器的可靠性的观点,优选至少一个表面的三维中心面平均粗糙度SRa为10nm以上300nm以下、更优选为20nm以上150nm以下、进而优选为30nm以上70nm以下。当至少一个表面的SRa小于10nm时,有时膜的易滑动性极度降低,操作性差,或者容易发生褶皱,元件加工性差,此外,在作为电容器连续使用时,有时因褶皱等的影响而容量变化大,或将膜层叠制成电容器后膜层间没有适度间隙,所以自恢复功能(自愈性)难以发挥,有时电容器的可靠性降低。将本发明的第1方案的聚丙烯膜的SRa控制在上述优选范围内,可以通过以下方式来实现:例如使用后述的高全同立构五单元组分率、高熔点的聚丙烯原料;控制熔融片冷却固化时的冷却温度等的条件和层叠树脂结构在优选范围内。
本发明的第1方案的聚丙烯膜,从使表面适度粗面化,得到层间间隙的均一性、膜彼此之间或膜与移送辊之间的易滑动性、制作电容器元件时的加工性和作为电容器的可靠性的观点,优选至少一个表面的10点平均粗糙度SRz为130nm以上2000nm以下、更优选为200nm以上1500nm以下、进而为优选300nm以上1000nm以下。当至少一个表面的SRz小于130nm时,有时膜易滑动性极度降低,操作性差或者容易发生褶皱,元件加工性差。此外,有时在作为电容器连续使用时因褶皱等的影响而容量变化大,在将膜层叠制成电容器后由于层间没有适度间隙,所以自恢复功能(自愈性)难以发挥,电容器的可靠性降低。将本发明的第1方案的聚丙烯膜的SRz控制在上述优选范围内,可以通过例如以下方式来实现:使用后述的高全同立构五单元组分率、高熔点的聚丙烯原料;将熔融片冷却固化时的冷却温度等的条件和层叠树脂结构控制在优选范围内。
本发明的第1方案的聚丙烯膜,在不破坏本发明的目的的范围也可以在至少一个表面含有粒子或聚丙烯膜以外的树脂。作为使用的粒子,可以列举出无机粒子、有机粒子。作为无机粒子,可以列举出二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆等金属氧化物、硫酸钡、碳酸钙、硅酸铝、磷酸钙、云母、高岭土、粘土等。在这些中优选二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化锆等金属氧化物、碳酸钙。作为有机粒子,可以列举出聚甲氧基硅烷系化合物的交联粒子、聚苯乙烯系化合物的交联粒子、丙烯酸系化合物的交联粒子、聚氨酯系化合物的交联粒子、聚酯系化合物的交联粒子、氟系化合物的交联粒子、或它们的混合物。所述无机粒子和有机粒子的平均粒径优选在0.03~10μm的范围。平均粒径更优选在0.05~5μm、进而优选在0.07~1μm、最优选在0.09~0.3μm。平均粒径小于0.03μm时,表面粗糙度变小,有时操作性不足、电容器可靠性降低。另一方面,当平均粒径大于10μm时,容易发生膜破裂,或者容易从薄膜脱落、产生绝缘缺损。作为上述粒子的含量(合计量),在将构成该表面层的聚丙烯树脂和粒子的总量设为100质量份时、优选为0.01~1质量份。当含量小于0.01质量份时,有时操作性不足、电容器可靠性降低。当含量大于1质量份时,有时容易发生膜破裂,或容易从薄膜脱落,产生绝缘缺损。粒子的含量更优选为0.02~0.8质量份、进而优选为0.04~0.6质量份。此外,作为聚丙烯膜以外的树脂,可以列举出含有各种聚烯烃系树脂的乙烯基聚合物树脂、聚酯系树脂、聚酰胺系树脂、聚苯硫醚系树脂、聚酰亚胺系树脂、聚碳酸酯系树脂等,特别优选列举出聚甲基戊烯、环烯烃共聚物、环烯烃聚合物、间规立构聚苯乙烯等。
本发明的第1方案的聚丙烯膜,通过使至少一个表面采取由聚丙烯和与聚丙烯不相容的热塑性树脂混合在一起的树脂构造,能够利用所形成的海岛结构来赋予表面凹凸。作为与聚丙烯不相容的热塑性树脂,可以使用上述聚丙烯以外的树脂,由于虽然与聚丙烯不相容,但与聚丙烯亲和性较高,能够减小相畴尺寸,所以特别优选聚甲基戊烯系树脂。至于与聚丙烯不相容的热塑性树脂的含量,在将构成该表面层的聚丙烯树脂和与聚丙烯不相容的热塑性树脂的总量设为100质量份时,优选为0.5质量份以上且小于5.0质量份,更优选为0.8质量份以上4.5质量份以下,进而优选为1.0质量份以上4.0质量份以下。当与聚丙烯不相容的热塑性树脂的含量为5.0质量份以上时,相畴界面的影响变大,所以有时会降低高温环境下的绝缘击穿电压。另一方面,如果A层的比例过小,则有时不能有效形成表面凹凸,难以得到电容器元件加工性。
这里在对至少一个表面设置含有粒子或与聚丙烯不相容的热塑性树脂的构造层时,优选层叠膜。作为层叠的方法,可以列举出通过层合使膜彼此贴合的方法、通过共挤出进行的进料模块方式、或多歧管方式、涂布的方法等。在这些层叠方法中,从生产效率和成本的观点,优选通过熔化共挤出进行层叠的方法、通过涂布进行层叠的方法。此外,层叠优选是在厚度方向上层叠两层以上的结构。具体可以是使至少一侧的表层为A层的两层以上的结构,例如A层/B层的两层结构、A层/B层/A层的3层结构、使两表面的最外层为A层的4层以上结构、等等。这里将A层定义为含有粒子的结构层。
这里本发明的第1方案的聚丙烯膜,在是厚度方向上层叠两层以上的结构时,A层的厚度相对于膜总厚度的比例(在两表层都有A层时是它们合起来的两表层的厚度的比例),从制膜性、控制表面形状方面考虑,优选为1~60%、更优选为5~50%、进而优选为10~40%。如果A层的比例过大,则粒子或与聚丙烯不相容的热塑性树脂相畴界面的影响大,所以有时高温环境下的绝缘击穿电压降低。另一方面,如果A层的比例过小,则有时不能有效形成表面凹凸,或者得不到电容器元件加工性。特别是在膜总厚度为3.0μm以下时,通过采取上述层叠结构,能够容易地得到电容器元件加工性的提高效果。此外,构成A层的单面层的膜厚度优选小于1.0μm,更优选为0.8μm以下,进而优选为0.6μm以下。这里为了识别各层,可以例如,制作膜截面,使用扫描型电子显微镜SEM等进行截面观察,由此判断含有粒子或与聚丙烯不相容的热塑性树脂的A层或A层与B层的树脂界面,由此判断其存在。
本发明的第1方案的聚丙烯膜中优选使用的聚丙烯膜是通常在包装材料、电容器用途中使用的。优选所述聚丙烯的冷二甲苯可溶部(以下记作CXS)为4质量%以下。在不满足该条件时,有时制膜稳定性变差,或者在制造双轴拉伸膜时有时在膜中产生孔隙,或绝缘击穿电压降低大。
这里的冷二甲苯可溶部(CXS)是指,在将膜完全溶解于二甲苯中后,使之在室温下析出,此时溶解在二甲苯中的聚丙烯成分,可以认为是相当于由于立体规则性低、分子量低等理由而难以结晶化的成分。这样的成分如果在树脂中大量含有,则有时膜的绝缘击穿电压降低,或者发生漏电流增加等的问题。因此,CXS优选为4质量%以下,进而优选为3质量%以下,特别优选为2质量%以下。为了制得具有这样的CXS的聚丙烯膜,可以采用在制造树脂时提高催化剂活性的方法、将得到的树脂用溶剂或丙烯单体本身洗涤的方法等方法。
本发明的第1方案的聚丙烯膜中使用的聚丙烯,优选熔体流动速率(MFR)为1~10g/10分钟(230℃、21.18N载荷)、更优选为2~5g/10分钟(230℃、21.18N载荷),这从制膜性方面考虑优选。为了使熔体流动速率(MFR)变为上述的值,可以采取控制平均分子量、分子量分布的方法等。
本发明的第1方案的聚丙烯膜中使用的聚丙烯,主要包含丙烯的均聚物,但在不损害本发明的目的的范围内可以含有基于其他不饱和烃的共聚成分等,也可以掺混不是由丙烯单独形成的聚合物。作为这样的共聚成分、构成掺混物的单体成分,可举出例如,乙烯、丙烯(共聚形成的掺混物的情况)、1-丁烯、1-戊烯、3-甲基戊烯-1、3-甲基丁烯-1、1-己烯、4-甲基戊烯-1、5-乙基己烯-1、1-辛烯、1-癸烯、1-十二烯、乙烯基环己烯、苯乙烯、烯丙基苯、环戊烯、降冰片烯、5-甲基-2-降冰片烯等。关于共聚量或掺混量,从绝缘击穿特性、耐热性的观点出发,优选以共聚量计小于1mol%、以掺混量计小于10质量%。
本发明的第1方案的聚丙烯膜中使用的聚丙烯,在不损害本发明的目的的范围内,也可以含有各种添加剂,例如结晶成核剂、抗氧化剂、热稳定剂、增滑剂、抗静电剂、防粘连剂、填充剂、粘度调节剂、防着色剂、聚丙烯膜以外的树脂等。
在这些中,抗氧化剂的种类和添加量的选择,从长期耐热性的观点出发是重要的。即,作为该抗氧化剂,优选具有立体阻碍性的酚系抗氧化剂、且其中至少1种为分子量500以上的高分子量型的酚系抗氧化剂。作为其具体例,可举出各种各样的,例如,优选并用2,6-二叔丁基对甲酚(BHT:分子量220.4)与1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯(例如,BASF社制Irganox(注册商标)1330:分子量775.2)或四[亚甲基-3(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]甲烷(例如,BASF社制Irganox(注册商标)1010:分子量1177.7)等。优选这些抗氧化剂的总含量相对于聚丙烯总量为0.03~1.0质量%的范围。如果抗氧化剂过少,则存在长期耐热性差的情况。如果抗氧化剂过多,则存在由于这些抗氧化剂的逸出而引起高温下的粘连,对电容器元件产生不良影响的情况。更优选的含量为0.1~0.9质量%,特别优选为0.2~0.8质量%。
本发明的第1方案的聚丙烯膜,优选包含全同立构五单元组分率为0.95以上、且熔点超过160℃的聚丙烯树脂。全同立构五单元组分率更优选为0.97以上,进一步优选为0.98以上。
全同立构五单元组分率是利用核磁共振法(NMR法)测定的、表示聚丙烯的结晶相的立体规则性的指标,该数值越高,结晶度越高、熔点越高、越能够提高高温环境下的绝缘击穿电压,因而优选。对于全同立构五单元组分率的上限不特别规定。为了获得这样的高全同立构五单元组分率、高熔点的聚丙烯,优选在所谓的Ziegler-Natta催化剂中适当选择电子供给成分的方法等。在聚丙烯树脂的全同立构五单元组分率小于0.95的情况下,聚丙烯的规则性低,因此存在膜在高温环境下的强度、绝缘击穿电压下降的情况,或者在通过蒸镀形成金属膜的工序、电容器元件卷绕加工中的膜输送中存在膜破裂的情况。聚丙烯树脂的熔点更优选为163℃以上,进一步优选为165℃以上。在熔点为160℃以下的情况下,结晶性低,因此存在膜在高温环境下的绝缘击穿电压下降的情况,或者在通过蒸镀形成金属膜的工序、电容器元件卷绕加工中的膜输送中存在膜破裂的情况。
本发明的第1方案的聚丙烯膜,透明性、易滑性、高温特性优异,所以能够很好地在通常的工业用途、包装用途中使用。对于通常的30μm以下的通常电容器是有用的,这是当然,特别是适合用于在高温环境下使用的汽车用途(包括混合动力汽车用途)等中要求的薄膜的耐热膜电容器。特别是膜厚度优选为0.5μm以上且小于15μm的范围、更优选为0.5μm以上6μm以下、进而优选为0.8μm以上3.0μm以下、最优选为0.9μm以上2.8μm以下。
本发明的第1方案的聚丙烯膜,能够很好地作为电容器用电介质膜使用,但不限定电容器的类型。具体地说,从电极构造的观点,可以是箔卷绕型电容器、金属蒸镀膜电容器中的任一种,也可以很好地用于含浸绝缘油的油浸型电容器、完全不使用绝缘油的干式电容器。此外,从形状的观点,可以是卷绕式也可以是层叠式。但是从本发明的膜的特性考虑,特别优选用作金属蒸镀膜电容器。
聚丙烯膜通常表面能量低,难以稳定实施金属蒸镀,所以出于使金属附着力良好的目的,优选在蒸镀前进行表面处理。表面处理,具体可以列举出电晕放电处理、等离子体处理、辉光处理、火炎处理等。通常聚丙烯膜的表面润湿张力是30mN/m左右,但通过这些表面处理使润湿张力为37~75mN/m、优选39~65mN/m、最优选41~55mN/m的程度,这使得与金属膜的接合性优异、安全性良好,所以优选。
本发明的第1方案的聚丙烯膜优选对至少一个表面进行了等离子体处理。等离子体处理,与电晕放电处理相比,能够对膜表面均一处理,此外能够提高表面润湿张力。进而根据对处理气氛的气体的选择还能够提高该效果。本发明的第1方案的聚丙烯膜优选在大气压下进行等离子体处理。作为其气氛,可以使用氧气、氮气、氢气、氩气、二氧化碳气体、硅烷气体等,但特别是优选氮气或含有氮气的混合气体,最优选氮气。虽然理由不清楚,但可以推断是,除了来自等离子体处理的C-O(醚基、羟基)、C=O(羰基)、O=C-O(酯基、羧基)这些官能团以外,还能够对表面均一地赋予来自氮元素的C-N和N-C=O(酰胺基)这些官能团,提高含有铝、锌和它们的合金的金属蒸镀膜的密合性和均一性,由此能够提高电容器的耐电压性和可靠性。
这里,将本发明的第1方案的聚丙烯膜如上所述那样规定成“对至少一个表面进行等离子体处理而成”,这相当于“在产品发明的权利要求中记载了产品的制造方法的情况”,该权利要求的记载有可能被认为是不符合“发明清楚”的要件。但是,如后面所讲,虽然有时根据使用的气氛的种类就可以直接确定是否进行了等离子体处理,但通常要“根据其结构或特性进行直接确定”等离子体处理的有无是困难的。因此,可以认为,上述规定存在“在申请时产品不能通过其结构或特性直接确定、或实际上不能的情况(不可能或不实际的事情)”。
本发明的第1方案的聚丙烯膜的至少一个表面,由X射线光电子能谱法(XPS)检测出的氮元素组成量优选为1原子%以上。更优选为4原子%以上、进而优选为8原子%以上。对于氮元素组成量的上限没有特殊限定,但取20原子%。氮元素组成量可以通过气氛气体和放电处理强度来适度地调整。进而在大气压下进行等离子体处理时的气氛中的氧气浓度优选为1ppm以上500ppm以下(以体积为基准,以下也同样),更优选为5ppm以上100ppm以下、进而优选为10ppm以上50ppm以下。氧气浓度小于1ppm时,有时不能充分得到官能团的赋予效果,另一方面,在大于500ppm时,有时膜的氧化劣化进行,电容器的耐电压性和可靠性降低。此外,放电处理强度优选为20~300W·分/m2、更优选为35~260W·分/m2、进而优选为50~220W·分/m2、最优选为60~180W·分/m2。在处理强度小于20W·分/m2时,有时不能对膜表面均一并且充分地赋予官能团,另一方面在大于300W·分/m2时官能团的赋予成为饱和状态,有时对膜的热破坏强,发生绝缘缺损。这里是否实施了等离子体处理,有时可以通过能够由上述X射线光电子能谱法(XPS)检测的一个表面的元素组成来确认。对于未表面处理过的聚丙烯膜仅检测出-C,对于电晕处理过的聚丙烯膜仅检测出-C、-O。与此相对,对于等离子体处理过的聚丙烯膜,有时检测出-C、-O以外的元素组成。
本发明的第1方案的聚丙烯膜能够通过使用能够赋予上述特性的原料,经双轴拉伸、热处理和松弛处理来得到。作为双轴拉伸的方法,可以是吹胀同时双轴拉伸法、扩幅同时双轴拉伸法、扩幅逐次双轴拉伸法中的任一种,其中,从控制膜的制膜稳定性、结晶·非晶结构、表面特性、机械特性和热尺寸稳定性的观点,优选采用扩幅逐次双轴拉伸法。
接下来对本发明的第2方案的聚丙烯膜予以说明。
本发明的第2方案的聚丙烯膜的长度方向上的厚度不均为0.1~6.0%,长度方向上的最大点强度和宽度方向上的最大点强度之和为400MPa以上。
本发明的第2方案的聚丙烯膜的长度方向上的厚度不均为0.1~6.0%。在大于6.0%时,有时会在膜的薄膜部发生绝缘击穿电压降低、制膜时膜破裂、外观恶化等的风险增加。因此,会引起成品率的恶化、制成电容器后的容量降低、短路破坏,有可能在高温环境下的耐电压性和可靠性降低。基于上述观点,长度方向上的厚度不均更优选为0.1~4.5%、进而优选为0.1~3.0%。
进而本发明的第2方案的聚丙烯膜的长度方向上的最大点强度和宽度方向上的最大点强度之和为400MPa以上。在小于400MPa时,有时导致聚丙烯膜的高温环境下的绝缘击穿电压降低,或在混入异物时发生短路。此外,有可能引起制成电容器后的容量降低、短路破坏,在高温环境下的耐电压性和可靠性降低。基于上述观点,长度方向上的最大点强度和宽度方向上的最大点强度之和更优选为460MPa以上、进而优选为560MPa以上。对上限没有特殊限定,但由于在膜刚性过高时,柔软性受到破坏,有时操作性差,所以以800MPa作为上限。
经过本发明人深入研究后发现了,长度方向上的厚度不均、长度方向上的最大点强度和宽度方向上的最大点强度之和,与聚丙烯膜的成品率、高温环境下的绝缘击穿电压有较高的关联性,此外,为了提高制成电容器后的高温环境下的耐电压性和可靠性,控制成长度方向上的厚度不均较小、提高长度方向上的最大点强度和宽度方向上的最大点强度之和这是重要的。这里、作为将长度方向上的厚度不均、和长度方向上的最大点强度和宽度方向上的最大点强度之和控制在该范围的方法,优选例如:使膜的原料组成为后述的范围,使用立体规则性高的均聚丙烯树脂等,此外,使流延条件、纵向拉伸条件在后述的范围内,提高未拉伸聚丙烯膜的介晶相分率,使该未拉伸聚丙烯膜具有介晶相结构。
本发明的第2方案的聚丙烯膜优选125℃下加热处理15分钟后的长度方向的热收缩率、和125℃下加热处理15分钟后的宽度方向的热收缩率中的任一值都为2.0%以下。125℃下加热处理15分钟后的长度方向的热收缩率的值更优选为1.7%以下、进而优选为1.4%以下。此外,125℃下加热处理15分钟后的宽度方向的热收缩率的值更优选为1.5%以下、进而优选为1.0%以下、最优选为0.5%以下。对于热收缩率的下限没有特殊限定,但由于在膜过于膨胀时,有时在电容器制造工序或使用工序中的热会造成元件的卷绕状态松懈,所以对于上述任一个方向都优选热收缩率的下限为-1.0%。在热收缩率大于2.0%时,高温环境下的热变形量大,有时电容器制造工序和使用工序的热使膜本身发生收缩,在膜间产生间隙,或者耐电压性降低。这里、作为将热收缩率控制在该范围内的方法,优选:使膜的原料组成在后述的范围,使用立体规则性高的均聚丙烯树脂等;此外,使流延条件、纵向拉伸条件在后述的范围内,提高未拉伸聚丙烯膜的介晶相分率。
本发明的第2方案的聚丙烯膜优选125℃下测定时的长度方向的最大点强度为80MPa以上。所述长度方向的最大点强度更优选为95MPa以上、进而优选为110MPa以上。125℃下测定时的长度方向的最大点强度小于80MPa时,有时聚丙烯膜的高温环境下的绝缘击穿电压降低,或在混入异物时发生短路。此外,在制成电容器后有发生容量降低、短路破坏,在高温环境下耐电压性和可靠性降低的可能性。这里,作为将125℃下测定时的长度方向的最大点强度控制在该范围的方法优选:使膜的原料组成在后述的范围,使用立体规则性高的均聚丙烯树脂等;此外,使流延条件、纵向拉伸条件在后述的范围内,提高未拉伸聚丙烯膜的介晶相分率。
本发明的第2方案的聚丙烯膜的全雾度优选为0.01~1.0%。更优选为0.01~0.6%,进而优选为0.01~0.4%。在全雾度大于1.0%时,在电容器用途中特别是在制成薄薄的膜时,有时在金属层的蒸镀等时发生膜破裂。这可以认为,起因于聚丙烯膜的β晶而产生的内部微小孔隙是膜破坏的原因。这里、作为控制全雾度在该范围的方法,优选例如:使膜的原料组成在后述的范围,使用立体规则性高的均聚丙烯树脂等;使流延条件在后述的范围内,提高未拉伸聚丙烯膜的介晶相分率;而且将纵向拉伸条件控制在后述的范围内。
本发明的第2方案的聚丙烯膜,优选将具有介晶相结构的未拉伸聚丙烯膜沿着至少一方向拉伸至2倍以上。作为介晶相分率优选为20%以上、更优选为40%以上、进而优选为60%以上、最优选为80%以上、更进而优选为90%以上。
这里、将本发明的第2方案的聚丙烯膜如前面所讲、规定为“是将具有介晶相结构的未拉伸聚丙烯膜沿着至少一方向拉伸至2倍以上”,这相当于“在产品发明的权利要求中记载了该产品的制造方法”,该权利要求的记载有可能被认为是不符合“发明清楚”的要件。但是,通常、作为原料使用的未拉伸聚丙烯膜是否具有介晶相结构,难以通过拉伸后的聚丙烯膜的“结构或特性直接确定”。因此,可以认为,上述规定存在“申请时不能通过该产品的结构或特性直接确定该产品、或实际上不可能的情况(不可能·不实际的情况)”。
本发明的第2方案的聚丙烯膜,为了实现良好的厚度均匀性,可以考虑使用丙烯-乙烯共聚物等的共聚物成分作为拉伸助剂的方法,但如果大量含有,则有时膜的机械特性降低,或热收缩率增加。此外,也可以考虑将拉伸倍率设定得高的方法,但这有时导致热收缩率增加。
于是,作为改善本发明的第2方案的聚丙烯膜的厚度均匀性的方法,想到了在未拉伸聚丙烯膜的阶段形成介晶相。介晶相是指结晶和非晶的中间相,在从熔化状态以非常快的冷却速度固化时特异性地生成。通常如果使聚丙烯结晶化则会生长球晶,这是已经知道的,但是可以认为,如果将结晶化了的未拉伸聚丙烯膜进行拉伸,则在球晶部和球晶间的非晶部之间在拉伸应力上产生差别,产生局部性拉伸不均匀,厚度均匀性恶化。另一方面,由于介晶相不生成球晶,所以不会产生拉伸不均,厚度均匀性良好。为了使未拉伸聚丙烯膜有效形成介晶相,需要抑制结晶生成,但是由于聚丙烯膜是结晶性高分子,所以非常容易生成结晶。特别是如果使用立体规则性高的均聚丙烯树脂,则会非常容易地生成结晶,所以会阻碍介晶相的形成。于是,通常为了抑制结晶生成,而采用以下方法:使用全同立构五单元组分率低的聚丙烯树脂、或丙烯-乙烯共聚物等的共聚物。但是,如果采取这些手段,则有时膜在高温环境下的机械特性降低或热收缩率增加。
本发明人进行了深入研究,结果发现,即使使用立体规则性高的均聚丙烯树脂也能够抑制结晶生成,成功地形成介晶相,不仅在聚丙烯膜的厚度均匀性、而且在机械特性、绝缘击穿电压、热收缩率等方面也表现出令人惊讶的提高效果,从而完成本发明。作为抑制结晶生成的方法,可以列举出例如使流延鼓的温度为40℃以下;使未拉伸聚丙烯膜为300μm以下;对着流延鼓上的未拉伸聚丙烯膜吹冷风以提高冷却效率;以及,将模头的唇部的温度设定地比上游的短管部分更高,从而抑制结晶生成。可以推测,使模头唇部升温所带来的效果,能够轻减聚合物和唇部之间的磨擦、抑制剪切造成结晶化。
本发明的第2方案的聚丙烯膜,优选使用聚丙烯树脂的全同立构五单元组分率为0.97以上,结晶化温度(Tmc)为115℃以下的聚丙烯树脂。使用规则性、结晶性非常高的聚丙烯膜,这对于发挥效果非常重要。全同立构五单元组分率更优选为0.97以上、进而优选为0.975以上、特别优选为0.98以上。全同立构五单元组分率是显示由核磁共振法(NMR法)测定的聚丙烯膜的结晶相的立体规则性的指标,该数值越高,表示结晶化度越高,熔点越高,机械强度、绝缘击穿电压越高,所以优选。对于全同立构五单元组分率的上限,没有特殊限定。本发明中高全同立构五单元组分率的聚丙烯树脂特别优选用所谓的Ziegler-Natta催化剂制造的,优选采用地选择电子供给性成分的方法等,由此得到的聚丙烯树脂,能够使分子量分布(M w/Mn)为3.0以上、<2,1>赤式部位缺损为0.1mol%以下,优选使用这样的聚丙烯树脂。聚丙烯树脂的全同立构五单元组分率小于0.95时,聚丙烯膜的规则性低,所以膜刚性不足,有时导致膜的耐电压性降低,或者有时在通过蒸镀形成金属膜的工序或电容器元件卷取加工中的移送过程中发生膜裂。聚丙烯树脂的Tmc更优选为115℃以下、进而优选为113℃以下、最优选为111℃以下。Tmc高于115℃时,结晶生成能变高,有时难以在未拉伸聚丙烯膜中生成介晶相。
本发明的第2方案的聚丙烯膜优选是将上述的具有介晶相结构的未拉伸聚丙烯膜沿着至少一方向拉伸到2倍以上而成的。通过沿着至少一方向拉伸至2倍以上,能够使分子链伸长、具有取向结构,使膜机械特性提高,在制成电容器后高温环境下的耐电压性和可靠性提高。基于这样的观点,优选进行4.6倍以上的拉伸、更优选为5.4倍以上的拉伸。对于上限没有特殊限定,但从制膜稳定性的观点,为15倍的拉伸。
本发明的第2方案的聚丙烯膜,厚度均匀性、机械特性、热收缩率优异,所以能够很好地在通常的工业用途、包装用途中使用。特别是薄膜时的厚度均匀性、机械特性优异,所以对于通常厚度为15μm以下的通常电容器用膜有用,这是毋庸置疑的,特别是适合用于在高温环境下使用的汽车用途(包括混合动力汽车用途)等要求的薄薄的耐热膜电容器用途。特别优选膜厚度是0.5μm以上且小于11μm的范围、更优选为0.5μm以上7μm以下、进而优选为0.8μm以上5.0μm以下,作为上述耐热膜电容器用途,从特性和薄膜化的电容器尺寸之间的平衡考虑,最优选0.8μm以上3.8μm以下。
本发明的第2方案的聚丙烯膜,可以很好地作为电容器用电介质膜使用,但不受电容器的类型限定。具体而言,从电极结构的观点来看,可以是箔卷绕电容器、金属蒸镀膜电容器中的任一种,也可以很好地用于含浸了绝缘油的油浸类型电容器、完全未使用绝缘油的干式电容器。此外,从形状的观点来看,可以是卷绕式,也可以是叠层式。然而,从本发明的膜的特性出发,特别优选作为金属蒸镀膜电容器使用。
另外,聚丙烯膜通常表面能量低,难以稳定地进行金属蒸镀,因此出于使金属附着力良好的目的,优选蒸镀前进行表面处理。所谓表面处理,具体而言可以例示出电晕放电处理、等离子体处理、辉光处理、火焰处理等。通常聚丙烯膜的表面润湿张力为30mN/m左右,通过这些表面处理,使润湿张力为37~50mN/m、优选为39~48mN/m左右,这会使得与金属膜的粘接性变得优异、安全性也良好,因而优选。
本发明的第2方案的聚丙烯膜,可以通过使用能够赋予上述特性的原料、双轴拉伸而获得。作为双轴拉伸的方法,可以通过吹胀同时双轴拉伸法、拉幅同时双轴拉伸法、拉幅逐次双轴拉伸法中的任一种获得,其中,在控制膜的制膜稳定性、厚度均一性、膜的最大点强度、热尺寸稳定性方面,优选采用拉幅逐次双轴拉伸法。本发明的聚丙烯膜可以是单层膜,也可以是层叠膜。作为层叠的方法,可以列举出通过层合使膜彼此贴合的方法、通过共挤出进行的进料模块方式、多歧管方式、涂布方法等。此外,层叠可以是在厚度方向层叠两层以上。
接下来,对本发明的第1方案的聚丙烯膜的制造方法予以说明。下面进行更具体说明,但并不局限于此。首先,将聚丙烯树脂熔融挤出在支持体上,制成未拉伸聚丙烯膜。将该未拉伸聚丙烯膜沿着长度方向拉伸,接下来沿着宽度方向拉伸使之逐次双轴拉伸。然后、实施热处理和松弛处理而制造双轴取向聚丙烯膜。此时,优选拉伸到面积倍率为50倍以上。进而在所述双轴拉伸后的热处理和松弛处理工序中,先在比宽度方向的拉伸温度低的温度下对膜实施热处理(第1阶段热处理工序),接下来在比所述处理温度高并且比双轴拉伸时的宽度方向的拉伸温度低的温度下对膜实施热处理(第2阶段热处理工序),这样更容易得到本发明的效果,所以优选。下面进行更具体说明,但并不需要局限于此。
首先,将聚丙烯树脂从单轴挤出机熔融挤出、从过滤器通过,然后在230~280℃、更优选230~260℃的温度下从狭缝状模头挤出。在采取层叠结构时,将粒子和/或与聚丙烯树脂不相容的树脂预先与聚丙烯树脂复合化成原料A,将该原料A供给A层用单轴挤出机,将聚丙烯树脂原料B供给B层用单轴挤出机,在200~280℃、更优选200~260℃下将以熔化共挤出的进料模块方式层叠成A层/B层/A层的3层结构的树脂从狭缝状模头挤出熔融片,在控制10~110℃的温度的冷却鼓上固化而得到未拉伸聚丙烯膜。
未拉伸聚丙烯膜更优选具有介晶相结构,作为介晶相分率优选为20%以上、更优选为40%以上、进而优选为70%以上、最优选为80%以上、更进而优选为90%以上。这里,为了算出未拉伸聚丙烯膜的介晶相分率,通过广角X射线衍射测定未拉伸聚丙烯膜,利用X射线衍射图谱来计算。用峰分离软件处理所得的X射线衍射图谱,将介晶相与α晶、非晶的图谱分离,算出介晶相分率。本发明中、形成了介晶相或具有介晶相结构是指上述介晶相分率为20%以上。所谓源自α晶的衍射图谱,是在衍射角(2θ)为10~30度的范围的广角X射线衍射测定中观测到的,由14.1度附近、16.9度附近、18.6度附近、21.6度附近和21.9度附近的5个峰构成的图谱。所谓源自介晶相的衍射图谱,是由15度附近和21度附近的2个宽峰构成的图谱。所谓源自非晶的衍射图谱,是衍射角为16.2度附近的宽峰,通过利用广角X射线衍射测定熔融状态的聚丙烯树脂而求出。
作为向流延鼓密合膜的方法,可以使用静电施加法、利用水的表面张力的密合方法、气刀法、压辊法、水中流延法、空气室法等中的任一种方法。优选平面性良好并且能够控制表面粗糙度的气刀法。此外,为了不使膜产生振动,优选适当调整气刀位置使得空气向制膜下游侧流动。
从提高结晶取向度、提高机械特性、提高电气特性、提高表面的光泽度的观点,流延鼓的温度更优选为10~90℃、进而优选为10~60℃、最优选为10~30℃。通过使流延鼓的温度为10~30℃,能够提高未拉伸聚丙烯膜的介晶相分率,使该未拉伸聚丙烯膜具有介晶相结构。介晶相是结晶和非晶的中间相,是从熔化状态以非常快的冷却速度固化时特异性生成的。通常如果将聚丙烯膜冷却固化,则会发生结晶化、球晶成长,这是大家知道的,但如果将这样生成球晶了的未拉伸聚丙烯膜拉伸,则在球晶内部、或者球晶间的结晶与非晶之间等产生拉伸应力差,发生局部性拉伸不匀、厚度不均、结构不匀。另一方面,由于介晶相未采取球晶形态,所以不会产生拉伸不匀,均一性提高,所以制成电容器后的耐电压性和可靠性提高。
接下来,将该未拉伸聚丙烯膜双轴拉伸使之双轴取向。先使未拉伸聚丙烯膜从保持在70~150℃、优选80~140℃的辊通过而预热,接下来将该未拉伸聚丙烯膜保持温度70℃~150℃、优选80~140℃沿着长度方向拉伸至2~15倍、优选4.5~12倍、更优选5.5~10倍,然后冷却到室温。进而在未拉伸聚丙烯膜的介晶相分率为20%以上时,从保持在80~130℃、优选90~120℃的辊通过而预热,接下来将该未拉伸聚丙烯膜保持温度80~130℃、优选90~120℃沿着长度方向拉伸到2~15倍、优选4.5~12倍、更优选5.5~10倍,然后冷至室温。
接下来将沿着长度方向单轴拉伸后的膜导入扩幅机中,将膜的端部用夹子把持,在140~170℃、优选145~160℃的温度(宽度方向的拉伸温度)下沿着宽度方向拉伸到7~15倍、更优选9~12倍、最优选9.2~11.5倍。
这里、面积倍率优选为50倍以上。本发明中、面积倍率是指长度方向的拉伸倍率乘以宽度方向的拉伸倍率所得的值。面积倍率更优选为55倍以上、特别优选是60倍以上。通过使面积倍率为上述范围,能够得到以下效果:能够提高聚丙烯膜的α晶(110)面的结晶取向度,使长度方向上的伸长率为5%时的应力(MD-F5值)和宽度方向上的伸长率为5%时的应力(TD-F5值)之比(MD-F5值)/(TD-F5值)、长度方向上的最大点强度(St)和最大点伸长率(El)之比(St)/(El)在优选范围,提高125℃下长度方向的伸长率为50%时的应力(F50值)。再者,对于面积倍率的上限没有特殊限定,但从制膜稳定性的观点优选为150倍以下。
本发明中在后续的热处理和松弛处理工序中进行以下的多段方式的热处理:在用夹子紧紧把持宽度方向的情况下沿着宽度方向给予2~20%的松弛,同时在115℃以上140℃以下的温度(第1段热处理温度)进行热定型(第1段热处理),然后在再次用夹子紧紧把持宽度方向的情况下在超过前述的热定型温度(第1段热处理温度)、小于宽度方向的拉伸温度的条件下实施热定型(第2段热处理)。这样的多段方式的热处理能够提高热尺寸稳定性、提高聚丙烯膜的α晶(110)面的结晶取向度,使宽度方向上的伸长率为5%时的应力(TD-F5值)和长度方向上的伸长率为5%时的应力(MD-F5值)之间的关系(MD-F5值)/(TD-F5值)在优选范围,提高125℃下长度方向的伸长率为50%时的应力(F50值),这从提高膜耐电压特性的观点是重要的。
松弛处理中,从提高热尺寸稳定性的观点,松弛率更优选为5~18%、进而优选为8~15%。在大于20%时在扩幅机内部膜过于松弛,有时在产品上产生褶皱,在蒸镀时发生不均,或有时机械特性降低,另一方面,如果松弛率小于2%,则不能得到充分的热尺寸稳定性,在制成电容器后高温环境下有时发生容量降低、短路破坏。
第1段热处理温度,从能够保持拉伸时的分子链取向、提高机械特性的观点,优选为115℃以上140℃以下、更优选为120℃以上138℃以下、进而优选为125℃以上135℃以下。在热处理温度小于115℃时,在高温环境下的电容器特性中,有时引起容量减少、短路破坏。另一方面,在超过140℃时经拉伸形成的分子链取向发生缓和,所以有时机械特性降低。
通过使第2段热处理温度高于第1段热处理温度且小于宽度方向的拉伸温度,能够使第1段热处理中缓和不充分的、运动性高的非晶分子链得到缓和。结果、能够提高125℃下长度方向的伸长率为50%时的应力(F50值)。基于该观点,第2段热处理温度优选为[(第1段热处理温度)+5℃]以上且[(宽度方向的拉伸温度)-5℃]以下,进而优选为[(第1段热处理温度)+8℃]以上且[(宽度方向的拉伸温度)-8℃]以下。在经多段式的热处理后,在用夹子紧紧把持宽度方向的情况下经80~100℃下的冷却工序导到扩幅机的外侧,打开膜端部的夹子,通过卷绕工序将膜边部切去,卷取获得膜产品卷。
这里第1方案的聚丙烯膜,在将膜卷取之前或卷取后的加工工序中,为了改善实施蒸镀的面与蒸镀金属的接合性,优选在空气中、氮气中、二氧化碳气体中或这些气体的混合气体中实施电晕放电处理、等离子体处理等表面处理。
本发明的第1方案的聚丙烯膜的制造方法,更优选包括对本发明的第1方案的聚丙烯膜的至少一个表面实施等离子体处理的工序。通过包括上述等离子体处理的工序,能够容易地提高膜与蒸镀金属的密合性,提高电容器的耐电压性和可靠性。此外,进而优选上述等离子体处理的工序在氮气氛围下进行。
再者,为了得到本发明的第1方案的聚丙烯膜,特别重要的制造条件是以下的条件。
·面积倍率为50倍以上(特别优选为60倍以上)。
而且更优选满足以下的条件。
·第1段热处理温度为115℃以上140℃以下。
·第1段热处理温度为低于宽度方向的拉伸温度的温度。
·第2段热处理温度为高于第1段热处理温度的温度。
·第2段热处理温度为低于宽度方向的拉伸温度的温度。
·第1段热处理工序中实施3~12%的松弛处理。
进而优选满足以下的制造条件中的至少1个以上,这样能够提高膜厚度3μm以下时的电气特性、电容器的加工性、耐电压性和可靠性。
·熔融片的流延鼓温度在10~30℃的范围。
·是膜厚度方向上层叠两层以上的结构(A层/B层、A层/B层/A层等),A层的厚度比例为总层厚度的10~40%。
·A层中含有平均粒径0.09~0.3μm的粒子0.04~0.6质量份,更优选作为与聚丙烯树脂不相容的树脂含有聚甲基戊烯1.0质量份以上4.0质量份以下。
·对设置蒸镀层的一个表面在氮气氛围下实施等离子体处理。
接下来,对本发明的第2方案的聚丙烯膜的制造方法予以说明。首先,将聚丙烯树脂熔融挤到支持体上,制成未拉伸聚丙烯膜,对该未拉伸聚丙烯膜实施纵向拉伸、横向拉伸的逐次双轴拉伸,然后实施热处理和松弛处理而制造聚丙烯膜。下面进行更具体说明,但并不局限于此。
首先,将全同立构五单元组分率为0.97以上、Tmc为115℃以下的聚丙烯树脂熔融挤出,从过滤器通过,然后以230~260℃的温度从狭缝状模头挤出熔融片,在控制在40℃以下的温度的流延鼓上固化而得到未拉伸聚丙烯膜。更优选流延鼓的温度小于30℃、进而优选为25℃以下。此外,未拉伸聚丙烯膜的厚度优选为300μm以下、更优选为250μm以下、进而优选为200μm以下。作为在流延鼓上密合的方法,可以使用静电施加法、利用水的表面张力的密合方法、气刀法、压辊法、水中流延法等中任一方法。
本发明的第2方案的聚丙烯膜的制造方法是制造本发明的第2方案的聚丙烯膜的方法,优选包括将具有介晶相结构的未拉伸聚丙烯膜沿着至少一方向拉伸到2倍以上的工序。
下面对拉伸的工序予以说明。为了使未拉伸聚丙烯膜双轴拉伸、双轴取向,先使未拉伸聚丙烯膜从保持在20~140℃的辊通过而预热,接下来使该未拉伸聚丙烯膜从保持在20~140℃、优选80~130℃的辊通过而预热,接下来将该未拉伸聚丙烯膜保持在80~130℃、优选90~125℃、更优选为115~123℃的温度沿着长度方向拉伸到2倍以上、优选2~15倍,然后冷却到室温。优选预热辊的温度低于拉伸温度。作为更优选的长度方向的拉伸倍率为4.6~10倍,进而优选为5~9倍、最优选为5.4~8倍。对于拉伸方法、拉伸倍率,没有特殊限定,可以根据使用的聚合物特性来适当地选择。
接下来、将纵向单轴拉伸膜导入扩幅机,用夹子把持膜的端部实施横向拉伸,横向拉伸中在120~165℃的温度下沿着宽度方向拉伸至2倍以上、优选5~15倍、更优选为6~12倍、进而优选为7.5~9倍。在宽度方向的拉伸倍率小于5倍时,膜的宽度方向的机械特性降低,或者厚度均匀性恶化,所以有时绝缘击穿电压降低。另一方面,宽度方向的拉伸倍率大于15倍时,有时容易发生膜裂、生产性降低,或者热收缩率变大、可靠性降低。
本发明中,在后续的热处理和松弛处理工序中进行以下的多段方式的热处理:在用夹子紧紧把持宽度方向的情况下沿着宽度方向给予2~20%的松弛,在115℃以上140℃以下的温度进行第1段热处理,然后在用夹子紧紧把持宽度方向的情况下在高于所述第1段热处理温度且低于横向拉伸温度的条件下进行热定型而实施第2段热处理,这从使膜高刚性化、并且降低膜的热收缩率、提高耐电压特性的观点是重要的。
松弛处理工序中松弛率,从得到热尺寸稳定性的观点优选为5~18%,更优选为8~15%。在大于20%时在扩幅机内部过于松弛,有时在产品上产生褶皱,在蒸镀时发生不均,另一方面,在松弛率小于2%时,得不到热尺寸稳定性,在制成电容器后的高温环境下,有时容量降低、发生短路破坏。
第1段热处理温度,从能够保持拉伸时的分子链取向、提高机械特性的观点,第1段热处理温度优选为115℃以上140℃以下,更优选为120℃以上138℃以下,进而优选为125℃以上135℃以下。在热处理温度小于115℃时,在高温环境下的电容器特性中容量有时减少、发生短路破坏。另一方面,在热处理温度高于140℃时,分子链取向缓和进行,所以膜的机械特性有时变低。
通过使第2段热处理温度为高于第1段热处理温度且小于横向拉伸温度,能够使在第1段热处理工序中缓和不充分的、运动性高的非晶分子链得到缓和,降低热收缩率。基于这样的观点,第2段热处理温度优选为第1段热处理温度+5℃以上、横向拉伸温度-5℃以下,进而优选为第1段热处理温度+8℃以上、横向拉伸温度-8℃以下。
在经历多段式的热处理后,在用夹子紧紧把持宽度方向的情况下经80~100℃下的冷却工序导到扩幅机的外侧,打开膜端部的夹子,通过卷绕工序将边部截去,卷取得到产品卷。这里在将膜卷取前,为了改善膜的实施蒸镀的面与蒸镀金属的接合性,优选在空气中、氮气中、二氧化碳气体中或这些气体的混合气体中进行电晕放电处理。
接下来对使用本发明的第1方案或第2方案的聚丙烯膜而得的金属膜层叠膜、使用金属膜层叠膜而得的电容器、和它们的制造方法予以说明。
本发明的金属膜层叠膜是对本发明的第1方案或第2方案的聚丙烯膜的至少一个面设置金属膜而成的。
此外,本发明的金属膜层叠膜的制造方法包括在通过上述第1方案或第2方案的聚丙烯膜的制造方法得到的聚丙烯膜的至少一个面上设置金属膜的金属膜赋予工序。
本发明中、对上述的在聚丙烯膜的至少一个面上设置金属膜而形成金属膜层叠膜的金属膜赋予工序的方法没有特殊限定,优选使用例如以下方法:在聚丙烯膜的至少一个面上蒸镀铝或铝和锌的合金,从而设置成为电容器的内部电极的蒸镀膜等的金属膜。在这种情况下,可以与铝同时或依次地蒸镀例如镍、铜、金、银、铬等其它金属成分。此外,可以在蒸镀膜上用油等设置保护层。在聚丙烯膜表面的粗糙度在正反两面不同时,在较平滑的表面侧设置金属膜,制成金属膜层叠膜,这从提高耐电压性的观点是优选的。
本发明中根据需要,在形成金属膜后,可以将金属膜层叠膜在特定的温度下实施退火处理或热处理。此外,出于绝缘或其它目的,可以在金属膜层叠膜的至少一个面上涂布聚苯醚等。
本发明的电容器使用了本发明的金属膜层叠膜。
此外,本发明的电容器的制造方法,使用由上述本发明的金属膜层叠膜的制造方法得到的金属膜层叠膜。
例如,可以将上述的本发明的金属膜层叠膜用各种方法层叠或卷绕,由此得到本发明的膜电容器。下面例示出卷绕型膜电容器的优选制造方法。
对聚丙烯膜的一个面在减压状态蒸镀铝。此时,蒸镀成在膜长度方向延伸的具有空白(margin)部的条纹状。接着,将刀片插入表面的各蒸镀部的中央和各空白部的中央进行纵切,制成表面一侧具有空白的、带状的卷绕轴。取左边或右边具有空白的带状的卷绕轴即左空白卷绕轴和右空白卷绕轴各1根,以在宽度方向上蒸镀部分比空白部伸出的方式将2片重合、卷绕,从而获得卷绕体。
在两面进行蒸镀的情况下,一面蒸镀成在膜长度方向延伸的具有空白部的条纹状,对于另一面,以长度方向的空白部位于背面侧蒸镀部的中央的方式蒸镀为条纹状。接着,在正反面各自的空白部中央插入刀片进行纵切,制作两面都分别在一侧具有空白(例如,如果表面右侧具有空白,则背面左侧具有空白)的带状的卷绕轴。将所得的卷轴与未蒸镀的合并膜各1个,以在宽度方向上金属化膜比合并膜伸出的方式将2片重合、卷绕,获得卷绕体。
从如上制成的卷绕体拔出芯材进行加压,在两端面熔射喷镀金属,形成外部电极,对喷镀金属焊接引线,从而能够获得卷绕型膜电容器。膜电容器的用途涉及铁道车辆用、汽车用(混合动力汽车、电车)、太阳能发电·风力发电用以及一般家电用等多领域,本发明的膜电容器也能够适用于这些用途。另外,在包装用膜、脱模用膜、工程膜、卫生用品、农业用品、建筑用品、医疗用品等各种各样的用途中也可以使用。
本发明中的特性值的测定方法以及效果的评价方法如下。
(1)膜厚度
利用接触式的アンリツ(株)制电子千分尺(K-312A型)在23℃、65%RH的气氛下测定聚丙烯膜的任选10位置的厚度。将这10处位置的厚度平均值作为聚丙烯膜的膜厚度。
(2)膜的长度方向上的厚度不均(第2方案)
切取聚丙烯膜成宽10mm,沿着长度方向以50mm间隔测定20点位置的厚度。求出得到20点的厚度的数据平均值。此外,求出最大值和最小值的差(绝对值),将最小值和最大值的差的绝对值除以平均值再乘以100,将所得的值作为膜的长度方向厚度不均。此外,厚度的测定,在23℃、65%RH的气氛下使用接触式的アンリツ(株)制电子千分尺(K-312A型)来进行。
(3)广角X射线衍射测定的聚丙烯膜的α晶(110)面的结晶取向度(第1方案)
将聚丙烯膜切成长4cm、宽1mm的长条状,重叠成厚度为1mm来调制试样。相对于表面沿着垂直方向入射X射线,在2θ=约14°(α晶(110)面)下沿着圆周方向扫描结晶峰,将得到的取向峰的半峰峰H(°)代入下述式进行计算。
结晶取向度=(180°-H)/180°
测定装置和条件如以下所示。
(测定装置)
·X射线衍射装置 理学电机(株)社制4036A2型
X射线源:使用CuKα线(Ni滤波片)
输出:40kV-30mA
·测角仪 理学电机(株)社制2155D型
狭缝:
检测仪:闪烁计数器
·计数记录装置 理学电机(株)社制RAD-C型
(测定条件)
·圆周方向上扫描(2θ=约14°)
扫描方法:步进扫描
测定范围:0~360°
步距:0.5°
累积时间:2秒
(4)长度方向上、最大点强度(St)和最大点伸长率(El)(第1方案)
将聚丙烯膜沿着长度方向切出宽10mm、长150mm(测定部位是中间的50mm)的矩形作为样品。接下来,将矩形样品以初始夹距20mm设置在拉伸试验机(オリエンテック制テンシロンUCT-100)上,在23℃下设定拉伸速度为300mm/分钟进行膜的拉伸试验。读取样品断裂时的最大载荷,除以试验前的试样的截面积(厚度×宽度(10mm)),将计算所得的值作为最大点强度的应力(单位:MPa),将与该最大点强度对应的断裂点作为最大点伸长率(单位:%)。测定对每个样品进行5次,计算出它们的平均值,求出最大点强度(St)和最大点伸长率(El)。
再者,在计算最大点强度时使用的厚度是上述(1)中测定的值。
(5)膜的长度方向、宽度方向上的最大点强度之和(第2方案)
从聚丙烯膜切出试验方向长50mm×宽10mm的矩形作为样品。接下来,以初始夹距20mm设置将矩形样品设置在拉伸试验机(オリエンテック制テンシロンUCT-100)上,在23℃下设定拉伸速度为300mm/分钟进行膜拉伸试验。读取样品断裂时的最大载荷,除以试验前的试样的截面积(膜厚度×宽度(10mm)),将计算所得的值作为最大点强度的应力(单位:MPa)。最大点强度测定对各样品都进行5次,计算出它们的平均值,求出最大点强度。计算出膜的长度方向上的最大点强度和宽度方向上的最大点强度之和。
再者,在计算最大点强度时使用的厚度是上述(1)中测定的值。
(6)膜的宽度方向和长度方向上、伸长率为5%时的应力(TD-F5值)和(MD-F5值)(第1方案)
将聚丙烯膜沿着宽度方向和长度方向分别切出宽度10mm、长度150mm(测定部位是中间的50mm)的矩形制作样品。接下来,将矩形的样品以初始夹距20mm设置在拉伸试验机(オリエンテック制テンシロンUCT-100)上,在23℃下设定拉伸速度为300mm/分钟进行膜拉伸试验。读取样品的伸长率为5%时受到的载荷,除以试验前的试样的截面积(膜厚度×宽度(10mm)),将计算所得的值作为伸长率5%时的应力(单位:MPa),测定对各样品都进行5次,计算出它们的平均值,分别计算出“TD-F5值”、“MD-F5值”。
再者,在计算F5值时使用的厚度是上述(1)中的测定值。
(7)在125℃下测定时的最大点强度(第2方案)
准备聚丙烯膜,分别以长度方向和宽度方向作为长边方向,切出长度50mm×宽度10mm的矩形作为样品,将矩形的样品以初始夹距20mm设置在拉伸试验机(オリエンテック制テンシロンUCT-100)上,连同夹子一起投入到加热到125℃的烘箱中,在加热1分钟后,使拉伸速度为300mm/分钟进行膜拉伸试验。读取样品断裂时的最大载荷,除以试验前的试样的截面积(膜厚度×宽度(10mm)),将计算所得的值作为最大点强度的应力,测定对各样品都进行5次,用它们的平均值进行评价。再者,最大点强度计算中使用的厚度是上述(1)中的测定值。
(8)125℃下长度方向的伸长率为50%时的应力(F50值)(第1方案)
将聚丙烯膜沿着长度方向切出宽度10mm、长度150mm(测定部位是中间的50mm)的矩形作为样品。接下来,将矩形的样品以初始夹距20mm设置在拉伸试验机(オリエンテック制テンシロンUCT-100)上,连同夹子一起投入到加热到125℃的烘箱中,在加热1分钟后,设定拉伸速度为300mm/分钟钟进行拉伸试验。读取样品伸长率为50%时所受到的载荷,除以试验前的试样的截面积(膜厚度×宽度(10mm)),将计算所得的值作为伸长率50%时的应力(F50值)(单位:MPa),测定对各样品都进行5次,用它们的平均值进行评价。
再者,F50值计算中使用的厚度是上述(1)中的测定值。
(9)120℃下热处理10分钟后的热收缩率(第1方案)
将聚丙烯膜沿着宽度方向和长度方向分别切出5个宽度10mm、长度50mm(测定方向)的试样,在距两端5mm的位置分别带上标记,使试验长度为40mm(l0)。接下来,将试片夹持在纸间,以载荷为零的状态在保持在120℃的烘箱内加热10分钟后取出,在室温下冷却,然后测定尺寸(l1),代入下述式进行计算,将5个的平均值作为热收缩率。
热收缩率={(l0-l1)/l0}×100(%)
(10)125℃下加热处理15分钟后的热收缩率(第2方案)
准备聚丙烯膜,分别以长度方向和宽度方向作为长边方向,切出长度50mm×宽度10mm的矩形作为样品,在距两端5mm的位置带上标记使试验长度为约40mm,使用ニコン社制万能投影机(V-16A)测定标记间的间隔,作为试验长度(l0)。接下来,将试片夹在纸间,以载荷为零的状态在保温在125℃的烘箱内加热15分钟后取出,在室温下冷却后测定尺寸(l1),代入下述式进行计算,将5个的平均值作为热收缩率。
热收缩率={(l0-l1)/l0}×100(%)
(11)125℃下的绝缘击穿电压1(V/μm)(第1方案)
在保温在125℃的烘箱内将膜加热1分钟后,在该气氛中依照JIS C2330(2001)7.4.11.2B法(平板电极法)进行30次绝缘击穿电压试验,将得到的值除以膜的厚度(上述(1)),换算成(V/μm),从总计30点的测定值(计算值)中去掉从最大值开始数的最大的5个值和从最小值开始数的最小的5个值,将20点的平均值作为125℃下的绝缘击穿电压。
(12)125℃下的绝缘击穿电压2(V/μm)(第2方案)
在保温125℃的烘箱内将膜加热1分钟后,在该气氛中依照JIS C2330(2001)7.4.11.2B法(平板电极法)进行测定。对于下部电极,使用在JIS C2330(2001)7.4.11.2的B法记载的金属板上放置同一尺寸的株式会社十川橡胶制“导电橡胶E-100<65>”而成的电极。进行30次绝缘击穿电压试验,将得到的值除以膜的厚度(上述(1)),换算成(V/μm),从总计30点的测定值(计算值)中去掉从最大值开始数的最大的5个值和从最小值开始数的最小的5个值,将20点的平均值作为125℃下的绝缘击穿电压。
(13)膜的全雾度(第2方案)
对聚丙烯膜使用雾度仪(日本电色工业社制、NDH-5000)依照JIS-K7136(2000)在23℃下测定雾度值(%)3次,使用它们的平均值。
(14)全同立构五单元组分率
将聚丙烯膜在60℃的正庚烷中提取2小时,去掉聚丙烯膜中的杂质·添加物,然后在130℃下减压干燥2小时以上来制作样品。将该样品溶解在溶剂中,使用13C-NMR在以下的条件下求出全同立构五单元组分率(mmmm)(单位:%)。
测定条件
·装置:Bruker制DRX-500
·测定核:13C核(共振频率:125.8MHz)
·测定浓度:10质量%
·溶剂:苯:氘代邻二氯苯=1:3混合溶液(体积比)
·测定温度:130℃
·旋转转数:12Hz
·NMR试管:5mm管
·脉冲宽:45°(4.5μs)
·脉冲反复时间:10秒
·数据点:64K
·累计次数:10000次
·测定模式:完全去耦(complete decoupling)
解析条件
使LB(谱线增宽因子)为1,进行傅里叶变换,使mmmm峰为21.86ppm。使用WINFIT软件(Bruker制)进行峰分割。此时,从高磁场侧的峰如下进行峰分割,进一步进行软件的自动拟合,进行峰分割的最优化,在此基础上将mmmm的峰分率的合计作为全同立构五单元组分率(mmmm)。
(1)mrrm
(2)(3)rrrm(以2个峰进行分割)
(4)rrrr
(5)mrmr
(6)mrmm+rmrr
(7)mmrr
(8)rmmr
(9)mmmr
(10)mmmm。
对相同样品进行5次同样的测定,将得到的全同立构五单元组分率的平均值作为该样品的全同立构五单元组分率。
(15)聚丙烯树脂的熔点
利用差示扫描量热仪(セイコーインスツル制EXSTAR DSC6220),在氮气气氛中使3mg的聚丙烯碎料以40℃/min的条件从30℃升温至260℃。接着,在260℃保持5min,然后以40℃/min的条件降温至30℃。进而,在30℃保持5min,然后以40℃/min的条件从30℃升温至260℃。将该升温时获得的吸热曲线的峰温度作为聚丙烯树脂的熔点。
(16)结晶化温度(Tmc)(第2方案)
利用差示扫描量热仪(セイコーインスツル制EXSTAR DSC6220),在氮气气氛中使3mg的聚丙烯树脂以40℃/min的条件从30℃升温至260℃。接着,在260℃保持5min,然后以40℃/min的条件降温至30℃。将该降温时获得的放热曲线的峰温度作为结晶化温度。
(17)三维中心面平均粗糙度SRa和10点平均粗糙度SRz(第1方案)
使用小坂研究所制的surf-corder ET-4000A,在下述条件下测定三维表面粗糙度。以视野测定的X方向为聚丙烯膜的宽度方向那样设置样品,以上面为测定面设置在试样台上。利用下述条件,改变位置测定10次,算出各自的三维中心面表面粗糙度的平均值记作SRa,此外,计算出各自的10点平均粗糙度的平均值记作SRz。再者,测定在膜的正反两面上进行,将Sra较小的面作为聚丙烯膜的三维中心面平均粗糙度SRa和10点平均粗糙度SRz的评价面。
装置:小坂研究所制“surf-corder ET-4000A”
解析软件:i-Face model TDA31
触针顶端半径:0.5μm
测定视野:X方向:1000μm间距:5μm
Y方向:250μm间距:10μm
针压:50μN
测定速度:0.1mm/s
截止(cut-off)值:低域0.2mm,高域-无
矫平(leveling):全域
滤波器:高斯滤波器(gaussian filter,空间型)
倍率:2万倍
(18)光泽度(第1方案)
依照JIS K-7105(1981),使用スカ゛试验机株式会社制数字变角度光泽计UGV-5D,在入射角60°、受光角60°的条件下测定流延鼓接触面侧的表面5点,将该5点的数据的平均值作为光泽度(%)。
(19)静磨擦系数(μs)(第1方案)
使用东洋精机(株)制滑动测试仪,依照JIS K 7125(1999)在25℃、65%RH下测定。再者,测定中使长度方向彼此重合、并且不同的面彼此重合,也就是说、使一膜的正面和另一膜的背面接触而进行重合。对1个样品进行5次同样的测定,将计算所得到的值的平均值作为该样品的静磨擦系数(μs)。
(20)表面的氮元素组成量(第1方案)
对实施过电晕放电处理或等离子体处理的膜表面(在处理表面不清楚时是膜两面中润湿张力较高的膜表面)使用以下的装置,通过X射线光电子能谱法(XPS)进行测定。在超高真空中对膜表面照射软X射线,用分析仪检测从膜表面放出的光电子。根据膜表面中的束缚电子的结合能值获取表面的碳元素、氧元素、氮元素这些各元素的信息,使用数据处理装置将各元素峰值强度面积比定量化,求出氧元素、碳元素、氮元素的全体量中的氮元素量组成量(原子%)。
装置:PHI社制QuanteraSXM
激发X射线:单色Al Kα1,2线(1486.6eV)
X射线径:200μm
光电子脱出角度(检测器相对于试样表面的倾斜度):45°
数据处理:窄扫描平滑(narrow scan smoothing)9-point smoothing
横轴修正:设定C1s主峰为284.6eV。
(21)润湿张力
对实施过表面处理那侧的膜表面依照JIS K 6768(1999)进行测定(单位:mN/m)。
(22)未拉伸聚丙烯膜的介晶相分率(广角X射线衍射)
从流延工序后的未拉伸聚丙烯膜沿着宽度方向切10mm、沿着长度方向切20mm。使用该试样在室温下在衍射角(2θ)为5~30度的范围进行测定。具体测定条件如下。
·装置:nano viewer(株式会社リガク制)
·波长:0.15418nm
·X射线入射方向:Through方向(垂直于表面进行入射)
·测定时间:300秒
接下来,将得到的衍射图谱使用峰分离软件进行处理,分离成介晶相、α晶、非晶的谱图这3部分。作为解析软件,使用WaveMetrics,inc社制的IGORPro(Ver.6)软件。在解析时进行以下的假设。
·峰值形状函数:洛伦兹函数
·峰值位置:非晶=16.2度、介晶相=15.0度、21.0度
α晶=14.1度、16.9度、18.6度、21.6度、21.9度
·峰值半峰宽:非晶=8.0、介晶相(15.0度)=3.5、介晶相(21.0度)=2.7
非晶、介晶相的半峰宽固定为上述值,但α晶不固定。
相对于得到的峰分离结果,计算出来自介晶相的在15度和21度具有峰的衍射谱图的面积(m15和m21),计算出来自α晶的在14.1度、16.9度、18.6度、21.6度和21.9度具有峰的衍射谱图的面积(α14.1和α16.9和α18.6和α21.6和α21.9),将它们代入下述式进行计算,求出来自介晶相的谱图的面积的比例,将其作为介晶相分率。
(式)介晶相分率(%)=
100×(m15+m21)/(m15+m21+α14.1+α16.9+α18.6+α21.6+α21.9)
(23)110℃下的体积电阻率(第1方案)
依照JIS K-6911(2006)如图1所示那样连接,将试片在110℃下保持30分钟后,以电压100V充电1分钟,测定体积电阻Rv[Ω]。根据得到的体积电阻使用式(1)计算出体积电阻率ρv[Ω·cm]。这里、d表示主电极的直径[cm]、t表示膜试样厚度[cm]。膜试样厚度,是通过ミツトヨ制激光位移传感器(レーザホロゲージ)测定被测定试样内任意5处的厚度,将它们的相加平均值作为试样厚度。d和t,使用室温下的测定值进行计算。测定装置:ULTRAHIGH RESIS TANCE METER R8340A(エーディーシー制)、
TEST FIXTURE TR43C(ADVANTEST制)
膜试片尺寸:40mm×40mm
电极的形状:主电极:
环状电极:内径外径
相对电极:
电极的材质:主电极和相对电极都是导电性糊
环状电极;金属电极(镀金品)
施加电压:100V/1分值
前处理:C-90h/22±1℃/60±5%RH
试验温度:室温110℃
体积电阻率
(24)蒸镀电容器特性的评价(110℃下的耐电压和可靠性)
对后述的各实施例和比较例中得到的膜的实施过电晕放电处理或等离子体处理的膜表面(在膜处理表面不清楚时是膜两面中润湿张力较高的膜表面)使用ULVAC制真空蒸镀机用铝实施蒸镀图案使膜电阻为8Ω/sq,该蒸镀图案是沿着垂直于长度方向的方向设置空白部的所谓T型空白图案,得到宽50mm的蒸镀卷轴。
接下来,使用该卷轴,利用皆藤制作所制元件卷机(KAW-4NHB)将电容器元件卷取,实施金属熔喷后在减压下、120℃的温度下热处理10小时,安装引线,完成电容器元件。
使用如此得到的10个电容器元件,在110℃高温下对电容器元件施加300VDC的电压,在该电压下经过10分钟后,以50VDC/1分钟的速度阶梯状慢慢地提高施加电压,反复实施上述操作、进行所谓的阶梯提高实验。
<元件加工性>
按照下述基准进行判断。与上述同样地制作电容器元件,目视确认元件的形状。
A:电容器元件的膜没有错位、变形,是在后续工序中完全没有障碍的水平。
B:电容器元件的膜有些错位、变形,但是在后续工序中没有问题的水平。
C:电容器元件的膜错位、变形大,是在后续的工序中带来障碍的水平。
A、B的情况能够使用。C的情况在实际使用中困难。
<耐电压性>
测定此时的静电容量变化,在图表上作图,用该容量变为初期值的70%时的电压除以膜厚度(上述(1)),以此作为耐电压性评价,如下进行评价。
S:420V以上
A:400V/μm以上且小于420V/μm
B:380V/μm以上且小于400V/μm
C:360V/μm以上且小于380V/μm
D:小于360V/μm。
S、A、B的情况为可以使用。C、D的情况在实用上的性能差。
<可靠性>
在增加电压直到静电容量相对于初期值减少到10%以下后拆卸电容器元件,检查破坏的状态,如下评价可靠性。
A:元件形状无变化、观察不到贯通状的破坏。
B:元件形状无变化、观察到膜10层以内的贯通状破坏。
C:观察到元件形状发生变化、或观察到超过10层的贯通状破坏。
D:元件形状破坏。
A的情况可以无问题地使用,B的情况可以根据条件使用。C、D的情况在实用上性能差。
实施例
下面列举出实施例来对本发明的效果进而说明。实施例1~9、和比较例1~5涉及本发明的第1方案。
(实施例1)
在全同立构五单元组分率为0.983、熔点为167℃、熔体流动速率(MFR)为2.6g/10分钟、冷二甲苯可溶部(CXS)为1.9质量%的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂中混合Basell公司制支化链状聚丙烯树脂(高熔融张力聚丙烯膜Profax PF-814)1.0质量%,供给温度为260℃的挤出机,在树脂温度260℃下通过T型狭缝模头熔融挤出成片状,利用气刀使该熔融片密合在保持94℃的流延鼓上,冷却固化而得到未拉伸聚丙烯膜。接下来将该未拉伸聚丙烯膜用多个辊组慢慢地预热到145℃,接下来从保持在148℃的温度、设置圆周速度差的辊间通过,沿着长度方向拉伸到5.8倍。接下来将该膜导入扩幅机,在158℃的温度下沿着宽度方向拉伸至10.5倍,接下来作为第1段热处理和松弛处理,一边沿着宽度方向给予10%的松弛一边在140℃下进行热处理,进而作为第2段热处理,在用夹子把持宽度方向的情况下在155℃下进行热处理。然后在100℃下经冷却工序,导向扩幅机的外侧,解开端部的夹子,接下来对膜表面(流延鼓接触面侧)以25W·分/m2的处理强度在大气中进行电晕放电处理,将膜厚度2.3μm的膜作为膜筒卷取。本实施例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表2所示,电容器元件加工性优异,此外,作为电容器的可靠性、耐电压是实际使用上没有问题的水平。
(实施例2和3)
除了使将熔融挤出片冷却的流延鼓的温度、双轴拉伸时的拉伸倍率和横向拉伸温度和该双轴拉伸后的热处理条件变为表1的条件以外,与实施例1同样地、实施例2中得到厚度2.2μm的聚丙烯膜、实施例3中得到厚度2.0μm的聚丙烯膜。实施例2的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表2所示,电容器元件加工性优异,此外,作为电容器的耐电压非常优异,可靠性是实际使用上没有问题的水平。实施例3的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表2所示,电容器元件加工性稍差,但是是实际使用中没有问题的水平,此外,作为电容器的耐电压非常优异、可靠性是实际使用上没有问题的水平。
(实施例4)
作为相当于A/B/A这3层复合挤出的表层部的A层用的聚丙烯树脂,使用全同立构五单元组分率为0.98、熔点为167℃、熔体流动速率(MFR)为2.6g/10分钟、冷二甲苯可溶部(CXS)为1.9质量%的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂,以相对于该聚丙烯树脂100质量份、“表面用硅烷偶联剂处理过的、平均粒径为0.1μm的二氧化硅粒子:株式会社トクヤマ制SANSILSS-01”为0.5质量份的比例在设定在240℃的挤出机中混炼挤出,将股条水冷后碎料化,制成聚丙烯树脂原料(A1)。接下来将聚丙烯树脂原料(A1)供给A层用的单轴的熔融挤出机。而且,作为相当于基层部的B层用的聚丙烯树脂,使用全同立构五单元组分率为0.983、熔点为167℃、熔体流动速率(MFR)为2.6g/10分钟的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂,将该聚丙烯树脂100质量份供给B层用的单轴的熔融挤出机,在260℃下进行熔融挤出。使用进料模块以A/B/A这3层层叠、层叠厚度比为1/8/1(表面层A层相对于膜总厚度的比例为20%)那样调节挤出量,将该熔融层叠聚合物以树脂温度260℃从T型模头排出,将该熔融片利用气刀使之密合在保持20℃的流延鼓上,冷却固化而得到未拉伸聚丙烯膜。
接下来将该未拉伸聚丙烯膜用多个辊组慢慢地预热第125℃,接下来从保持在128℃的温度并设置圆周速度差的辊间通过,沿着长度方向拉伸到6.0倍。接下来将该膜导入扩幅机,在158℃的温度下沿着宽度方向拉伸至10.5倍,接下来作为第1段热处理和松弛处理,一边沿着宽度方向给予10%的松弛,一边在135℃下进行热处理,进而作为第2段热处理,在用夹子把持宽度方向的情况下在145℃下进行热处理。然后在100℃经冷却工序导到扩幅机的外侧,打开膜端部的夹子,接下来对膜表面(流延鼓接触面侧)以25W·分/m2的处理强度在大气中进行电晕放电处理,将膜厚度2.2μm的膜以膜筒的形式卷取。本实施例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表2所示,电容器元件加工性优异,此外,作为电容器的可靠性和耐电压是非常优异的水平。
(实施例5)
作为相当于A/B/A这3层复合挤出的表层部的A层用的聚丙烯树脂使用全同立构五单元组分率为0.98、熔点为167℃、熔体流动速率(MFR)为2.6g/10分钟、冷二甲苯可溶部(CXS)为1.9质量%的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂,以该聚丙烯树脂100质量份、三井化学制聚甲基戊烯系树脂“TPX”(注册商标)MX002(熔点224℃)5质量份的配合比将它们混合,在设定在260℃的双轴挤出机中混炼挤出,将股条水冷后,碎料化而制成聚丙烯树脂原料(A2)。将其供给A层用的单轴的熔融挤出机,使用进料模块以A/B/A的3层层叠、调节挤出量成层叠厚度比为1/8/1(表面层A层相对于膜总厚度的比例为20%),将该熔融层叠聚合物在树脂温度260℃下从T型模头排出,将该熔融片利用气刀使之密合在保持20℃的流延鼓上,冷却固化而得到未拉伸聚丙烯膜。接下来、将该未拉伸聚丙烯膜用多个辊组慢慢地预热到115℃,接下来从保持在118℃的温度、并设置圆周速度差的辊间通过,沿着长度方向拉伸到6.0倍。然后,以表1所示条件制膜,除了这些以外,与实施例4同样地得到厚度2.3μm的膜。本实施例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表2所示,电容器元件加工性优异,此外,作为电容器的可靠性和耐电压是非常优异的水平。
(实施例6)
与实施例5同样地、以表1所示条件实施双轴拉伸、热处理和松弛处理,不对膜表面进行电晕放电处理就以膜厚度2.3μm的膜筒进行卷取。接下来对该膜筒的膜表面(流延鼓接触面侧)使用大气压等离子体表面处理装置以筒对筒(roll to roll)的方式以100W·分/m2的处理强度实施氮气氛围中的大气压等离子体处理。等离子体处理时的气氛中的氧气浓度为40ppm。本实施例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表2所示,电容器元件加工性优异,此外,作为电容器的可靠性非常优异,进而耐电压是非常优异的水平。
(实施例7)
与实施例1同样地以表1所示条件实施双轴拉伸、热处理和松弛处理,不对膜表面进行电晕放电处理,就以膜厚度2.3μm的膜筒的形式进行卷取。接下来对该膜筒的膜表面(流延鼓接触面侧)使用大气压等离子体表面处理装置以筒对筒(roll to roll)的方式以50W·分/m2的处理强度实施氮气氛围中的大气压等离子体处理。等离子体处理时的气氛中的氧气浓度为40ppm。本实施例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表2所示,电容器元件加工性优异,此外,作为电容器的耐电压非常优异,可靠性是实际使用上没有问题的水平。
(实施例8)
与实施例1同样地以表3所示条件实施双轴拉伸、热处理和松弛处理,不进行膜表面的电晕放电处理,就以膜厚度2.3μm的膜筒的形式进行卷取。接下来对该膜筒的膜表面(流延鼓接触面侧)使用大气压等离子体表面处理装置以筒对筒的方式以110W·分/m2的处理强度实施氮气氛围中的大气压等离子体处理。等离子体处理时的气氛中的氧气浓度是40ppm。本实施例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表4所示,电容器元件加工性优异,此外,作为电容器的可靠性和耐电压是非常优异的水平。
(实施例9)
将全同立构五单元组分率0.983、熔点为167℃、熔体流动速率(MFR)为2.6g/10分钟、冷二甲苯可溶部(CXS)为1.9质量%的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂供给温度为260℃的挤出机,以树脂温度260℃从T型狭缝模头以片状熔融挤出,将该熔融片利用气刀密合在保持30℃的流延鼓上,冷却固化而得到未拉伸聚丙烯膜。接下来、将该未拉伸聚丙烯膜用多个辊组慢慢地预热到122℃,接下来从保持125℃的温度、并设置了圆周速度差的辊间通过,沿着长度方向拉伸至5.9倍。接下来将该膜导入扩幅机中,在161℃的温度下沿着宽度方向拉伸至11.0倍,接下来作为第1段热处理和松弛处理,一边沿着宽度方向给予10%的松弛一边在130℃下进行热处理,进而作为第2段热处理,在用夹子把持宽度方向的情况下在140℃下进行热处理。然后在100℃经冷却工序导到扩幅机的外侧,打开膜端部的夹子,接下来对表面(流延鼓接触面侧)以25W·分/m2的处理强度在大气中进行电晕放电处理,将膜厚度5.8μm的膜以膜筒的形式卷取。本实施例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表4所示,电容器元件加工性优异,此外,作为电容器的耐电压非常优异,可靠性是实际使用上没有问题的水平。
(比较例1)
除了将熔融挤出片冷却时的流延鼓的温度、双轴拉伸时的拉伸倍率和横向拉伸温度和该双轴拉伸后的热处理条件变为表3的条件以外,与实施例1同样地得到厚度2.2μm的聚丙烯膜。本比较例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表4所示,电容器元件加工性优异,但作为电容器的耐电压极低,在可靠性评价中是发生元件形状变形等问题的水平。
(比较例2)
使用全同立构五单元组分率为0.941的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂、将熔融挤出片冷却时的流延鼓的温度、双轴拉伸时的拉伸倍率和横向拉伸温度变为表3的条件,并且不实施双轴拉伸后的热处理,除了这些以外,与实施例1同样地得到厚度2.3μm的聚丙烯膜。本比较例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表4所示,虽然电容器元件加工性优异,但作为电容器的耐电压低,在可靠性评价中是发生元件破坏等问题的水平。
(比较例3)
作为相当于A/B/A这3层复合挤出的表层部的A层用的聚丙烯树脂,使用全同立构五单元组分率为0.972、熔点为167℃、熔体流动速率(MFR)为3.0g/10分钟、冷二甲苯可溶部(CXS)为5质量%的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂,按照该聚丙烯树脂90质量份、三井化学制聚甲基戊烯系树脂“TPX”(注册商标)MX002(熔点224℃)10质量份的配合比将它们混合,在设定260℃的双轴挤出机中混炼挤出,将股条水冷后碎料化,制成聚丙烯树脂原料(A3)。将其供给A层用的单轴的熔融挤出机,使用进料模块以A/B/A的3层层叠、调节挤出量成层叠厚度比为1/8/1(表面层A层相对于膜总厚度的比例为20%),将该熔融层叠聚合物在树脂温度260℃下从T型模头排出,将该熔融片利用气刀密合在保持88℃的流延鼓上,冷却固化而得到未拉伸聚丙烯膜。接下来、将该未拉伸聚丙烯膜用多个辊组慢慢地预热到145℃,接下来从保持148℃的温度、并设置圆周速度差的辊间通过,沿着长度方向拉伸到5.6倍。接下来将该膜导入扩幅机,在163℃的温度下沿着宽度方向拉伸至10.5倍,接下来作为第1段热处理和松弛处理,在沿着宽度方向给予10%的松弛的情况下在170℃下进行热处理,进而作为第2段热处理,在用夹子把持宽度方向的情况下在155℃下进行热处理。然后在100℃下经冷却工序导到扩幅机的外侧,打开膜端部的夹子,接下来对膜表面(流延鼓接触面侧)以25W·分/m2的处理强度在大气中进行电晕放电处理,将膜厚度2.2μm的膜以膜筒的形式卷取。本比较例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表4所示,虽然电容器元件加工性优异,但作为电容器的耐电压低,在可靠性评价中是发生元件形状变形等问题的水平。
(比较例4)
除了使双轴拉伸时的拉伸倍率和横向拉伸温度为表3的条件、不实施双轴拉伸后的热处理和松弛处理以外,与实施例3同样地得到厚度2.0μm的聚丙烯膜。本比较例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表4所示,电容器元件加工时膜容易发生错位和变形,作为电容器的耐电压低,在可靠性评价中是元件发生破坏等问题的水平。
(比较例5)
使用全同立构五单元组分率为0.972、熔点为167℃、熔体流动速率(MFR)为3.0g/10分钟、冷二甲苯可溶部(CXS)为5质量%的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂,将熔融挤出片冷却时的流延鼓的温度、双轴拉伸时的拉伸倍率和横向拉伸温度和该双轴拉伸后的热处理条件变为表3的条件,除了这些以外,与实施例9同样地得到厚度6.0μm的聚丙烯膜。本比较例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表4所示,虽然电容器元件加工性优异,但作为电容器的耐电压低,在可靠性评价中是元件形状发生变形等问题的水平。
以下的实施例10~13,和比较例6~8涉及本发明的第2方案。
(实施例10)
如表5所示,将通过Ziegler-Natta催化剂聚合得到的、全同立构五单元组分率为0.983、熔点为167℃、Tmc为111℃、熔体流动速率(MFR)为2.6g/10分钟的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂碎料供给设定在温度240℃的挤出机,通过T型狭缝模头(模唇温度:260℃)以片状熔融挤出,将该熔融片通过施加静电密合在保持20℃的流延鼓上,冷却固化后得到未拉伸聚丙烯膜。接下来将该未拉伸聚丙烯膜用多个辊组慢慢地预热到120℃,接下来从保持120℃的温度并设置圆周速度差的辊间通过,沿着长度方向拉伸到5.8倍。接下来将该膜导入扩幅机,在160℃的温度下沿着宽度方向拉伸至8.6倍,接下来作为第1段热处理和松弛处理一边在宽度方向上给予10%的松弛一边在130℃下进行热处理,进而作为第2段热处理,在用夹子把持宽度方向的情况下在140℃下进行热处理。然后在100℃下经冷却工序导到扩幅机的外侧,打开膜端部的夹子,接下来对膜表面(流延鼓接触面侧)以25W·分/m2的处理强度在大气中进行电晕放电处理,将膜厚5.4μm的膜以膜筒的形式卷取。本实施例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表6所示,作为电容器的可靠性是非常优异的水平。
(实施例11)
如表5所示,将实施例10中使用的、全同立构五单元组分率为0.983、熔点为167℃、Tmc为111℃、熔体流动速率(MFR)为2.6g/10分钟的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂碎料供给温度设定在240℃的挤出机,从T型狭缝模头(模唇温度:260℃)以片状熔融挤出,将该熔融片通过施加静电密合在保持25℃的流延鼓上,冷却固化而得到未拉伸聚丙烯膜。接下来、将该未拉伸聚丙烯膜用多个辊组慢慢地预热到118℃,接下来从温度保持118℃、并设置圆周速度差的辊间通过,沿着长度方向拉伸到5.0倍。接下来将该膜导入到扩幅机,在160℃的温度下沿着宽度方向拉伸到8.5倍,接下来作为第1段热处理和松弛处理在沿着宽度方向给予7%松弛的同时在130℃下进行热处理,进而作为第2段热处理在用夹子把持宽度方向的情况下在140℃下进行热处理。然后在100℃下经过冷却工序导到扩幅机的外侧,打开膜端部的夹子,接下来对膜表面(流延鼓接触面侧)以25W·分/m2的处理强度在大气中进行电晕放电处理,将膜厚5.2μm的膜以膜筒的形式卷取。本实施例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表2所示,作为电容器的可靠性是非常优异的水平。
(实施例12)
如表5所示,将通过Ziegler-Natta催化剂聚合得到的、全同立构五单元组分率为0.976、熔点为164℃、Tmc为113℃、熔体流动速率(MFR)为3.0g/10分钟的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂碎料供给温度设定在240℃的挤出机,通过T型狭缝模头(模唇温度:262℃)以片状熔融挤出,将该熔融片通过施加静电密合在保持20℃的流延鼓上,冷却固化后得到未得到拉伸聚丙烯膜。接下来、将该未拉伸聚丙烯膜用多个辊组慢慢地预热到120℃,接下来从温度保持在120℃并设置圆周速度差的辊间通过,沿着长度方向拉伸到5.6倍。接下来将该膜导入到扩幅机,在160℃的温度下沿着宽度方向拉伸至8.7倍,接下来作为第1段热处理和松弛处理,在沿着宽度方向给予10%的松弛的同时在133℃下进行热处理,进而作为第2段热处理,在用夹子把持宽度方向的情况下在145℃下进行热处理。然后在100℃下经冷却工序导到扩幅机的外侧,打开膜端部的夹子,接下来对膜表面(流延鼓接触面侧)以25W·分/m2的处理强度在大气中进行电晕放电处理,将膜厚5.3μm的膜以膜筒的形式卷取。本实施例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表6所示,作为电容器的可靠性是实际使用上没有问题的水平。
(实施例13)
如表5所示,将实施例10中使用的、全同立构五单元组分率为0.983、熔点为167℃、Tmc为111℃、熔体流动速率(MFR)为2.6g/10分钟的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂碎料供给到温度设定240℃的挤出机中,从T型狭缝模头(模唇温度258℃)以片状熔融挤出,通过施加静电将该熔融片密合在保持18℃的流延鼓上,冷却固化而得到未拉伸聚丙烯膜。接下来、将该未拉伸聚丙烯膜用多个辊组慢慢地预热到122℃,接下来从温度保持122℃并设置圆周速度差的辊间通过,沿着长度方向拉伸到5.6倍。接下来将该膜导入扩幅机,在160℃的温度下沿着宽度方向拉伸到8.8倍,接下来、作为松弛处理,在沿着宽度方向给予11%松弛的同时在128℃下进行热处理,进而作为第2段热处理在用夹子把持宽度方向的情况下在138℃下进行热处理。然后在100℃下经过冷却工序导到扩幅机的外侧,打开膜端部的夹子,接下来对膜表面(流延鼓接触面侧)以25W·分/m2的处理强度在大气中进行电晕放电处理,将膜厚2.8μm的膜以膜筒的形式卷取。本实施例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表6所示,作为电容器的可靠性是非常优异的水平。
(比较例6)
如表5所示,作为聚丙烯树脂使用全同立构五单元组分率为0.974、熔体流动速率(MFR)为5.0g/10分钟的丙烯均聚物(日本ポリプロ(株)制:ノバテック(注册商标)PP“SA4L”)(以下记作“PP-1”)。使用60mm挤出机在250℃下通过T型模头以片状挤出,用30℃的冷却辊冷却固化,然后在135℃下沿着长度方向(MD方向)拉伸到4.5倍,接着用夹子夹着两端导入热风烘箱中,在170℃下预热后,在160℃下沿着横向(TD方向)拉伸到8.2倍,接下来以3.7%的松弛率使之松弛,在168℃下热处理。然后、对膜的单面进行电晕处理,将膜厚4.0μm的膜以膜筒的形式卷取。本比较例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表6所示,作为电容器的可靠性评价是发生元件破坏等问题的水平。
(比较例7)
如表5所示,将实施例10使用的、全同立构五单元组分率为0.983、熔点为167℃、Tmc为111℃、熔体流动速率(MFR)为2.6g/10分钟的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂碎料供给到温度设定在240℃的挤出机,从T型狭缝模头以片状熔融挤出,将该熔融片通过施加静电密合在保持90℃的流延鼓上,冷却固化而得到未拉伸聚丙烯膜。接下来将该未拉伸聚丙烯膜用多个辊组慢慢地预热到142℃,接下来从温度保持142℃并设置圆周速度差的辊间通过,沿着长度方向拉伸到5.1倍。接下来将该膜导入扩幅机,在160℃的温度下沿着宽度方向拉伸到8.8倍,接下来、作为松弛处理在沿着宽度方向给予6%松弛的同时在130℃下进行热处理,进而作为第2段热处理,在用夹子把持宽度方向的情况下在140℃下进行热处理。然后在100℃下经冷却工序导到扩幅机的外侧,打开膜端部的夹子,接下来对膜表面(流延鼓接触面侧)以25W·分/m2的处理强度在大气中进行电晕放电处理,将膜厚6.0μm的膜以膜筒的形式卷取。本比较例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表6所示,作为电容器的可靠性评价是发生元件形状变形等问题的水平。
(比较例8)
如表5所示,将使用Ziegler-Natta催化剂聚合得到的、全同立构五单元组分率为0.960、熔点为161℃、Tmc为108℃、熔体流动速率(MFR)为3.0g/10分钟的プライムポリマー(株)制聚丙烯树脂碎料供给温度设定在240℃的挤出机,通过T型狭缝模头(模唇温度:261℃)以片状熔融挤出,将该熔融片通过施加静电密合在保持20℃的流延鼓上,冷却固化而得到未拉伸聚丙烯膜。接下来、将该未拉伸聚丙烯膜用多个辊组慢慢地预热到120℃,接下来从温度保持120℃并设置圆周速度差的辊间通过,沿着长度方向拉伸到5.2倍。接下来将该膜导入扩幅机,在160℃的温度下沿着宽度方向拉伸到7.8倍,接下来作为第1段热处理和松弛处理,在沿着宽度方向给予10%松弛的同时在130℃下进行热处理,进而作为第2段热处理,在用夹子把持宽度方向的情况下在140℃下进行热处理。然后在100℃下经过冷却工序导到扩幅机的外侧,打开膜端部的夹子,接下来对膜表面(流延鼓接触面侧)以25W·分/m2的处理强度在大气中进行电晕放电处理,将膜厚6.0μm的膜以膜筒的形式卷取。本比较例的聚丙烯膜的特性和电容器特性如表6所示,作为电容器的可靠性评价是发生元件形状变形等问题的水平。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
附图符号说明
E:电源
A:电流计
X:试样
a:主电极
b:相对电极
c:保护电极
Claims (18)
1.一种聚丙烯膜,通过广角X射线衍射测定的α晶(110)面的结晶取向度为0.78以上,120℃下加热处理10分钟后宽度方向和长度方向的热收缩率之和为4.0%以下。
2.如权利要求1所述的聚丙烯膜,宽度方向上的伸长率为5%时的应力即TD-F5值、与长度方向上的伸长率为5%时的应力即MD-F5值之间的关系为:
(MD-F5值)/(TD-F5值)>0.4。
3.如权利要求1或2所述的聚丙烯膜,长度方向上的最大点强度St和最大点伸长率El的关系为:
(St)/(El)≥1.2。
4.如权利要求1~3的任一项所述的聚丙烯膜,125℃下长度方向的伸长率为50%时的应力即F50值为13MPa以上。
5.如权利要求1~4的任一项所述的聚丙烯膜,110℃下的体积电阻率为5×1014Ω·cm以上。
6.如权利要求1~5的任一项所述的聚丙烯膜,至少一个表面的光泽度为130%以上且小于150%,重合时的静摩擦系数μs为0.1以上1.5以下。
7.如权利要求1~6的任一项所述的聚丙烯膜,至少一个表面的由X射线光电子能谱法即XPS检测出的氮元素组成量为1原子%以上。
8.如权利要求1~7的任一项所述的聚丙烯膜,是对至少一个表面实施等离子体处理而成的。
9.一种聚丙烯膜,长度方向上的厚度不均为0.1~6.0%,长度方向上的最大点强度和宽度方向上的最大点强度之和为400MPa以上。
10.如权利要求9所述的聚丙烯膜,125℃下加热处理15分钟后的长度方向的热收缩率、和125℃下加热处理15分钟后的宽度方向的热收缩率中的任一值都为2%以下。
11.如权利要求9或10所述的聚丙烯膜,全雾度为0.01~1.0%。
12.如权利要求9~11的任一项所述的聚丙烯膜,是将具有介晶相结构的未拉伸聚丙烯膜在至少一方向上拉伸2倍以上而成的。
13.一种金属膜层叠膜,在权利要求1~12的任一项所述的聚丙烯膜的至少一个面上设置有金属膜。
14.一种膜电容器,使用了权利要求13所述的金属膜层叠膜。
15.一种聚丙烯膜的制造方法,具有对权利要求1~7的任一项所述的聚丙烯膜的至少一个表面实施等离子体处理的工序。
16.一种聚丙烯膜的制造方法,是制造权利要求9~11的任一项所述的聚丙烯膜的方法,具有将具有介晶相结构的未拉伸聚丙烯膜在至少一方向上拉伸2倍以上的工序。
17.一种金属膜层叠膜的制造方法,具有在通过权利要求15或16所述的聚丙烯膜的制造方法得到的聚丙烯膜的至少一个面上设置金属膜的金属膜赋予工序。
18.一种膜电容器的制造方法,其中,使用通过权利要求17所述的金属膜层叠膜的制造方法得到的金属膜层叠膜。
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