CN111138700A - 一种电容器薄膜及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电容器薄膜及其制造方法，所述电容器薄膜，包括聚丙烯薄膜和聚氨酯基涂层；所述聚氨酯基涂层由以下重量份的原料制造而成：聚氨酯100份，改性钛酸钡20～40份，银粉1～5份，改性剂1～6份，有机溶剂5～15份，消泡剂0～10份。本发明所提供的电容器薄膜，其成分简单、原料廉价易得；其中，银的电导率较高，在相同电导作用下银的添加量较小，更有利于涂料的分散。将含有适当重量比例的钛酸钡和银粉的涂料涂布在电容器用聚丙烯薄膜上，能够使电容器用聚丙烯薄膜获得较高的介电常数和击穿强度。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体为电容器薄膜及其制造方法。
背景技术
由于聚丙烯电容器薄膜厚度低、击穿强度高、电介损耗小等优点广泛应用于薄膜电容器行业，随着科技的不断进步，市面上开始探索提高聚丙烯薄膜电容器储能密度的方法，即提高介电系数或击穿强度、减少薄膜厚度的方法。而目前市面上聚丙烯薄膜主要通过双向拉伸工艺生产，而后镀铝卷绕从而制成电容器，主要的产品厚度在2-13μm之间。
中国专利201810972224.7提供了一种膜电容器用高介电常数聚丙烯/陶瓷复合材料及其制造方法，所述复合材料是由质量百分数90.0-95.0％的聚丙烯、质量百分数5.0-10.0％的陶瓷粉末构成的。该复合材料的介电系数可以提高到2.5，介电损耗在4.3×10-4。但是，通过添加纳米材料的形式来改善材料的介电系数的方法，对于填料的加入和分散要求很高，否则会由于分散性差导致材料的成膜性能下降，密炼等工艺也会导致聚丙烯分子量减小从而降低材料的力学性能。
中国专利201410660566.7提供了一种膜电容器用聚偏氟乙烯/聚丙烯复合薄膜及其制造方法，其利用聚偏氟乙烯、钛酸钡粉末和铝粉末溶解于强溶剂后涂布于聚丙烯薄膜两面，得到介电系数>30(测试条件为1kHz)，击穿强度300V/μm左右，介电损耗>0.6％的材料。但是，由于分批次加入粉体溶解导致多次超声搅拌在实际生产过程中会使操作变得极为复杂。且该复合薄膜虽然介电系数提高了，但击穿强度降低了，这就限制了原本聚丙烯薄膜在高压电场下工作的空间。
综上所述，现有技术的电容器薄膜存在成膜性能差或击穿强度低、介电损耗高等问题。
发明内容
针对上述问题和不足，本发明提供电容器薄膜，其具有较高的介电常数和击穿强度。
一种电容器薄膜，包括聚丙烯薄膜和聚氨酯基涂层；所述聚氨酯基涂层由以下重量份的原料制造而成：
本发明所提供的电容器薄膜，其成分简单、原料廉价易得；其中，银的电导率较高，在相同电导作用下银的添加量较小，更有利于涂料的分散。将含有适当重量比例的钛酸钡和银粉的涂料涂布在电容器用聚丙烯薄膜上，能够使电容器用聚丙烯薄膜获得较高的介电常数和击穿强度。
在其中一个实施例中，所述聚氨酯基涂层仅涂覆在所述聚丙烯薄膜的一面。
所述聚氨酯基涂层仅在所述聚丙烯薄膜的一面，能够在一定程度上减少所述电容器薄膜的厚度，进而使所述电容薄膜具有较理想的击穿强度。另外，单面涂覆对于电容器生产流程中的后镀铝工艺没有影响。
在其中一个实施例中，所述聚氨酯优选为水性聚氨酯。
本发明采用低粘度水性体系，对于设备损耗相对较低，且具有相当的环境友好性。
在其中一个实施例中，所述改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、乙醇、乙二醇中的一种或多种；所述改性钛酸钡为采用所述改性剂处理后的钛酸钡；所述改性钛酸钡的粒径<2μm。
在其中一个实施例中，所述银粉的粒径为0.1μm-1μm，纯度＞99.9％。
在其中一个实施例中，所述有机溶剂为醇类有机溶剂。
此外，本发明还提供一种上述电容器薄膜的制造方法，包括以下步骤：
A、钛酸钡的改性：将钛酸钡加入改性剂中，搅拌均匀后加热蒸干；
B、制备涂布液：称取聚氨酯、改性钛酸钡、银粉、有机溶剂加入搅拌釜中，搅拌并研磨后获得涂布液；
C、涂布：将步骤B中所得的涂布液涂布于聚丙烯薄膜的表面，干燥后得到所述电容器薄膜。
在其中一个实施例中，所述步骤A具体为：所述改性剂包括硅烷偶联剂和乙醇，将钛酸钡和硅烷偶联剂加入乙醇中，加热至70℃搅拌30min，蒸干多余的乙醇，得到改性钛酸钡。
在其中一个实施例中，所述步骤A具体为：所述表面改性剂为乙醇，将钛酸钡加入乙醇中，搅拌10min，超声分散5min，并在50℃烘箱中静置15min；重复搅拌、超声分散、静置过程3次，得到改性钛酸钡。
在其中一个实施例中，所述步骤B具体为：将聚氨酯、改性钛酸钡、银粉、有机溶剂加入搅拌釜中，采用500-2000RPM的转速机械搅拌1-3h，然后在液相球磨设备中研磨0.5-1h得到涂布液；
在其中一个实施例中，所述步骤C具体为：在干复机上利用100目网纹辊将步骤B所得的涂布液挤出涂布在所述聚丙烯薄膜的一面上；所述干燥是依次在3段长度为2m，温度分别为80℃、100℃、80℃的鼓风烘箱中通过，速度为5m/min。
在其中一个实施例中，所述步骤C具体为：在大型涂布机上利用120目微凹辊将步骤B所得的涂布液微凹涂布在所述聚丙烯薄膜的一面；所述干燥是依次在5段长度为5m，温度分别为60℃、85℃、100℃、80℃、60℃的鼓风烘箱中通过，速度为10m/min。
附图说明
图1为本发明的制造方法的工艺流程图；
图2为本发明的实施例1中的电容器薄膜表面形貌图(放大2000倍)；
图3为本发明的实施例1中的电容器薄膜表面形貌图(放大20000倍)。
具体实施方式
为了便于理解本发明，以下将给出较佳实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有科技术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，并非旨于限制本发明。
一种电容器薄膜，包括聚丙烯薄膜和聚氨酯基涂层；所述聚氨酯基涂层由以下重量份的原料制造而成：
其中，所述聚丙烯薄膜为电容器用聚丙烯薄膜。
所述聚氨酯优选为水性聚氨酯，可以为阴离子性脂肪族聚氨酯分散体，黏度为300±200CPS；使用该黏度范围的聚氨酯，有利于本发明的制造方法的步骤C中的涂布操作。
所述改性剂为硅烷偶联剂(如KH550、KH570等)、钛酸酯偶联剂、乙醇、乙二醇中的一种或多种；所述改性钛酸钡为采用所述改性剂处理后的钛酸钡；所述改性钛酸钡的粒径<2μm。
所述有机溶剂为醇类有机溶剂，如乙醇、乙二醇等。
本发明中的制造方法对所述消泡剂没有特殊要求，且只有狭缝涂布时需要使用消泡剂，以避免涂布线的出现。如需使用消泡剂，在本发明的制造方法的步骤A中，将消泡剂与聚氨酯、改性钛酸钡、银粉、有机溶剂一起加入搅拌釜中即可。
制造上述电容器薄膜的制造方法，包括以下步骤：
A、钛酸钡的改性：将钛酸钡加入改性剂中，搅拌均匀后加热蒸干；
B、制备涂布液：称取聚氨酯、改性钛酸钡、银粉、有机溶剂加入搅拌釜中，搅拌并研磨后获得涂布液；
C、涂布：将步骤B中所得的涂布液涂布于聚丙烯薄膜的表面，干燥后得到所述电容器薄膜。
实施例1
一种电容器薄膜，通过以下方法制造得到(如图1所示)：
1)钛酸钡的改性：
将19份钛酸钡和1份KH550加入5份乙醇中，加热至70℃搅拌30min，蒸干多余的乙醇，得到改性钛酸钡。
2)制备涂布液：
将100份阴离子性脂肪族聚氨酯分散体、20份改性钛酸钡、3份银粉、5份乙二醇加入搅拌釜中，采用800RPM的转速机械搅拌1h，再加入至液相球磨设备中研磨30min得到涂布液。
3)涂布：
在干复机上利用100目网纹辊将步骤2)所得的涂布液挤出涂布在6.7μm的聚丙烯薄膜的一面上；将涂覆了涂布液的聚丙烯薄膜依次在3段长度为2m，温度分别为80℃、100℃、80℃的鼓风烘箱中通过，速度为5m/min。
图2和图3分别为实施例1中的电容器薄膜的表面形貌图。其中，加入所述涂布液中的改性钛酸钡粉末和银粉在所述电容器薄膜上分布较均匀，有利于提高所述电容器薄膜的电性能。
实施例2
一种电容器薄膜，与实施例1的差异在于，本实施例在步骤2)中银粉的用量由3份相应减少至1份。
实施例3
一种电容器薄膜，与实施例1的差异在于，本实施例在步骤2)中银粉的用量由3份相应减少至2份。
实施例4
一种电容器薄膜，与实施例1的差异在于，本实施例在步骤2)中银粉的用量由3份相应增加至4份。
对比例1
一种电容器薄膜，与实施例1的差异在于，本实施例在步骤2)中银粉的用量由3份相应减少至0份。
对比例2
一种实施例1中使用的6.7μm厚的聚丙烯薄膜，其表面没有涂覆所述涂布液。
实施例5
一种电容器薄膜，通过以下方法制造得到(如图1所示)：
1)钛酸钡的改性：
将30份钛酸钡加入5份乙醇中，搅拌10min，超声分散5min，并在50℃烘箱中静置15min。重复搅拌、超声分散、静置过程3次，得到改性钛酸钡。
2)制造涂布液：
将100份阴离子性脂肪族聚氨酯分散体、30份改性钛酸钡、3份银粉、20份乙醇加入搅拌釜中，采用1200RPM的转速机械搅拌1h，再加入至液相球磨设备中研磨30min得到涂布液。
3)涂布：
在大型涂布机上利用120目微凹辊将步骤2)所得的涂布液挤出涂布在6.7μm的聚丙烯薄膜的一面上；将涂覆了涂布液的聚丙烯薄膜依次在5段长度为5m，温度分别为60℃、85℃、100℃、80℃、60℃的鼓风烘箱中通过，速度为10m/min。
对得到的电容器薄膜，在50Hz下，进行介电常数、介电损耗和击穿强度的测试，测试结果见表1.
表1.实施例1-5及对比例1-2的电容器薄膜的性能。
实施例1～4及对比例1的测试结果表明，当银占钛酸钡的比重为10％左右时，所述电容器薄膜的综合电性能较好。实施例5的测试结果表明，采用实施例2中的制造方法能使所述电容器薄膜的介电常数达到2.837，其击穿强度为495.2KV/mm。使用本发明的制造方法制造的电容器薄膜，其介电常数超过未涂布所述聚氨酯基涂层的聚丙烯薄膜，其击穿强度与未涂布所述卷纸基涂层的聚丙烯薄膜的击穿强度相近。因此使用本发明的制造方法制造的电容器薄膜具有较高的介电常数的同时具有较高的击穿强度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述。只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书所记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电容器薄膜，其特征在于，包括聚丙烯薄膜和聚氨酯基涂层；所述聚氨酯基涂层由以下重量份的原料制造而成：
2.根据权利要求1所述的电容器薄膜，其特征在于，所述聚氨酯基涂层仅涂覆在所述聚丙烯薄膜的一面。
3.根据权利要求1所述的电容器薄膜，其特征在于，所述聚氨酯为水性聚氨酯。
4.根据权利要求1所述的电容器薄膜，其特征在于，所述改性剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、乙醇、乙二醇中的一种或多种；所述改性钛酸钡为采用所述改性剂处理后的钛酸钡；所述改性钛酸钡的粒径<2μm。
5.根据权利要求1所述的电容器薄膜，其特征在于，所述银粉的粒径为0.1μm-1μm，纯度＞99.9％。
6.根据权利要求1～5任一项所述的电容器薄膜，其特征在于，所述有机溶剂为醇类有机溶剂。
7.一种权利要求1～6任一项所述的电容器薄膜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、钛酸钡的改性：将钛酸钡加入改性剂中，搅拌均匀后加热蒸干；
B、制备涂布液：称取聚氨酯、改性钛酸钡、银粉、有机溶剂加入搅拌釜中，搅拌并研磨后获得涂布液；
C、涂布：将步骤B中所得的涂布液涂布于聚丙烯薄膜的表面，干燥后得到所述电容器薄膜。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，
所述步骤A具体为：所述改性剂包括硅烷偶联剂和乙醇，将钛酸钡和硅烷偶联剂加入乙醇中，加热至70～75℃搅拌30～40min，蒸干多余的乙醇，得到改性钛酸钡；
或
所述步骤A具体为：所述表面改性剂为乙醇，将钛酸钡加入乙醇中，搅拌10-15min，超声分散5-10min，并在50～55℃烘箱中静置15-20min；重复搅拌、超声分散、静置过程3次，得到改性钛酸钡。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，
所述步骤B具体为：将聚氨酯、改性钛酸钡、银粉、有机溶剂加入搅拌釜中，采用500-2000RPM的转速机械搅拌1-3h，然后在液相球磨设备中研磨0.5-1h得到涂布液。
10.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，
所述步骤C具体为：在干复机上利用100目网纹辊将步骤B所得的涂布液挤出涂布在所述聚丙烯薄膜的一面上；所述干燥是依次在3段长度为2m，温度分别为80℃、100℃、80℃的鼓风烘箱中通过，速度为5m/min；
或
所述步骤C具体为：在大型涂布机上利用120目微凹辊将步骤B所得的涂布液微凹涂布在所述聚丙烯薄膜的一面；所述干燥是依次在5段长度为5m，温度分别为60℃、85℃、100℃、80℃、60℃的鼓风烘箱中通过，速度为10m/min。
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2020
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