CN116289335B - 一种电解电容器纸及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电解电容器纸及其制备方法，所述电解电容器纸由第一纤维层和第二纤维层组成，所述第一纤维层为天丝纤维，所述第二纤维层为麻浆纤维，所述第一纤维层中含有第一分散剂，所述第二纤维层中含有第二分散剂，其中麻浆纤维打浆度为20‑80°SR，纤维长度为0.6‑3.5mm；天丝纤维打浆度为30‑90°SR，纤维长度为0.7‑2.5mm。本发明制备的电容器纸匀度好、吸液性能好、ESR低且具有一定的抗电击穿能力。
Description
技术领域
本发明属于电容器纸技术领域，尤其涉及一种能同时兼顾耐击穿电压、低ESR和高吸液量的电解电容器纸及其制备方法。
背景技术
电解电容器纸是生产铝电解电容器必不可少的重要材料。高质量的铝电解电容器需要高质量的电解电容器纸，其作为电解电容器的衬垫材料，起到吸附工作电解液、隔离正负极箔片、防止两极短路的作用，伴随铝电解电容器工作至电解电容器的寿命结束，对铝电解电容器的质量有重要影响，因而对铝电解电容器的性能起着决定性作用。
随着电子信息产业的迅速发展，铝电解电容器的发展趋势主要朝着低ESR等特性方向发展，这要求电解电容器纸具有高吸液、低ESR性能。
中国发明专利CN105064123A公开了一种多层结构的电解电容器纸及电解电容器纸制备方法，此电解电容器纸耐压层的纸浆选自剑麻，吸收层纸的纸浆选自麻类纤维、韧皮纤维、草类纤维中一种或多种混合，该电容器纸两层均采用低打浆度的麻类纤维或韧皮纤维，纸张匀度及击穿电压等性能不稳定，且击穿电压不高。
中国发明专利CN108203893A公开了一种低紧度高强度电解电容器纸及其制备方法，电解电容器纸的原纸浆料由麻浆组成，原纸浆料通过双圆网成型并进行复合，压榨、干燥后在纸页表面涂布涂布液，获得了低紧度高强度电容器纸。该电容器纸纤维原料均采用低打浆度的麻浆，制备的电容器纸空隙结构单一，并且孔径较大。
中国专利CN114263069A公开了一种低压低损耗电解电容器纸及其制备方法和应用，该电解电容器纸由以下质量百分比计的纤维原料抄纸制得：麻浆30％-60％、天丝浆20％-50％、聚烯烃短纤维10％-50％，该电容器纸虽然采用了麻浆、天丝浆、聚烯烃短切纤维，但该发明设计的为单层电容器纸，且工艺上存在纤维分散的问题。
中国发明专利CN108221487A公开了一种低内阻超级电解电容器纸，该超级电解电容器纸由天丝纤维和超细化学纤维构成，按重量百分比计天丝纤维为10～95％，化学纤维为5～90％。但其制备得到的产品吸液性能、抗击穿电压等能力有限。
发明内容
为了克服现有技术中电容器纸不能同时具有高耐击穿电压和低ESR值的技术问题，本发明提供一种电解电容器纸及其制备方法，不仅能保证电容器纸具有一定的抗电击穿能力，而且还能同时降低电容器纸的等效串联电阻(ESR)值和高吸液的性能。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
本发明第一方面提供一种电解电容器纸，所述电解电容器纸由第一纤维层和第二纤维层组成，所述第一纤维层为天丝纤维，所述第二纤维层为麻浆纤维，所述第一纤维层中含有第一分散剂，所述第二纤维层中含有第二分散剂。
本申请中采用天丝纤维和麻浆纤维，其中，天丝纤维形状为规则的圆柱形，并且在机械外力的作用下易分丝帚化，形成直径为几微米甚至几百纳米的纤维，在制备成电容器纸后，孔径小，击穿电压高，防短路能力强，并且吸液能力强、ESR低，而麻浆纤维形状不规则，在机械外力的作用下很少分丝帚化，制备的电容器纸匀度好，吸液能力强，但由于麻浆纤维平均直径大、分丝帚化程度低，制备的电容器纸孔径大，易出现电击穿，制备的电容器容易短路，影响电容器使用寿命。本发明中结合两种纤维吸液能力强、ESR低的优点，同时通过第一层天丝纤维弥补了第二层麻浆纤维击穿电压低的缺陷，通过第二层麻浆纤维进一步提高了电容器纸的吸液能力。避免了将麻浆纤维和天丝纤维混合使用后存在纤维分散不均匀，造成电容器纸匀度差，制备的电容纸击穿电压低，并且各项性能不稳定的技术问题。
同时本发明在天丝纤维和麻浆纤维中分别加入了分散剂，其作用在于使天丝纤维和麻浆纤维分别分散的更加均匀，避免天丝纤维层和麻浆纤维层存在纤维分散不均的问题，造成局部击穿电压低、易电击穿的缺陷。同时在天丝纤维层和麻浆纤维层湿法复合后，天丝纤维层因匀度变好更能.弥补麻浆纤维层击穿电压低的缺陷。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的电解电容器纸中，所述麻浆纤维打浆度为20-80°SR。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的电解电容器纸中，所述麻浆纤维打浆度为20-60°SR。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的电解电容器纸中，所述麻浆纤维打浆度为20-50°SR。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的电解电容器纸中，所述麻浆纤维长度为0.6-3.5mm。
本发明中使用麻浆纤维，随着打浆过程的进行，纤维平均长度变短。如果麻浆打浆度过大，纤维过短，制备的电容器纸吸液能力变差，因此将麻浆纤维打浆度限制在20-80°SR，长度为0.6-3.5mm，来保证麻浆纤维层足够高的吸液性能。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的电解电容器纸中，所述天丝纤维打浆度为30-90°SR。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的电解电容器纸中，所述天丝纤维打浆度为40-90°SR。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的电解电容器纸中，所述天丝纤维打浆度为60-90°SR。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的电解电容器纸中，所述天丝纤维长度为0.7-2.5mm。
本申请中使用的天丝纤维的纤维过长，打浆度过低时，制备的电容器纸匀度差、孔径分布不均匀、击穿电压降低，因此限制天丝纤维打浆度限制在30-90°SR，长度为0.7-2.5mm，才能使制备得到的电容器纸孔径小且分布均匀，击穿电压高，同时还能保持一定的吸液能力。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的电解电容器纸中，所述第一分散剂和第二分散剂分别为聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、海藻酸钠中的至少一种。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的电解电容器纸中，所述第一分散剂的加入量为天丝纤维的质量0.1-1％；所述第二分散剂的加入量为麻浆纤维的质量0.1-1％。
将第一分散剂和第二分散剂的加入量控制在纤维质量的1％之内，原因在于用量超过1％后，对纸张性能提升效果不大，并且会引起产品中离子含量增高，降低产品寿命，同时还增加了制造成本。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的电解电容器纸中，所述麻浆纤维为剑麻、马尼拉麻、亚麻、苎麻、大麻、黄麻、红麻、罗布麻中的至少一种。
本发明第二方面提供上述电解电容器纸的制备方法，包括以下步骤：
S1、将麻浆纤维和天丝纤维分别进行磨浆处理后备用；
S2、将步骤S1得到的天丝纤维与第一分散剂均匀混合后得到浆料A，将步骤S1得到的麻浆纤维与第二分散剂均匀混合后得到浆料B；
S3、将步骤S2得到的浆料A和浆料B分别通过纸张成型设备成型，然后通过湿法复合方式，经压榨、烘干、卷曲、分切得到电解电容器纸。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的制备方法中，步骤S1中麻浆纤维和天丝纤维的磨浆浓度为1.0％-3.0％。
本发明中的磨浆浓度是指在纤维磨浆工序时浆料的浓度，通过限制磨浆浓度，可以得到所需特定纤维长度、打浆度的浆料，有利于进行电容器纸的成型。
作为一种可选的实施方式，本发明提供的制备方法中，步骤S3中浆料A和浆料B分别通过双圆网湿法复合成型。
本发明中分别使用麻浆纤维和天丝纤维制备浆料后，通过双圆网湿法复合成型制备电容器纸，相比长网和斜网，圆网成型纤维分散均匀，纸张匀度好，并且纸张纵向方向纤维取向度低，保证了纸张各个方向的吸液性能都比较好。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明中制备的电解电容器纸，采用双层结构，第一层采用天丝纤维，第二层采用麻浆纤维，此结构结合两种纤维的优点，通过第一层天丝纤维弥补了第二层麻浆纤维击穿电压低的缺陷，通过第二层麻浆纤维进一步提高了电容器纸的吸液能力，制备得到的电解电容器纸吸液性能好、ESR低，而且有一定的抗电击穿能力。
(2)本发明在制备的电解电容器纸，通过分别控制两种纤维的长度和打浆度，制备的电解电容器纸匀度好、进一步提高了电容器纸的吸液能力和抗电击穿能力，降低ESR值。
(3)本发明中电解电容器纸制备方法简单，制备的电容器纸吸液高度能达到64mm/10min；23℃、50％RH、EG条件下的ESR值能达到0.198Ω，击穿电压能达到0.573kV。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书内容和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
一种电解电容器纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)将天丝纤维、麻浆纤维分别进行磨浆，控制天丝纤维和麻浆纤维的打浆度、纤维长度；
(2)将制备好的剑麻纤维浆料与分散剂混合均匀后得到浆料A；
(3)将制备好的天丝纤维浆料与分散剂混合均匀后得到浆料B；
(4)将浆料A、浆料B通过双圆网湿法复合成型，经压榨、烘干、卷曲、分切得到电解电容器纸。
在本实施例中的电解电容器纸总定量设计为20g/m2，其中第一层天丝纤维层定量为10g/m2，第二层麻浆纤维层10g/m2。天丝纤维打浆度为70°SR，纤维长度为1.573mm，麻浆纤维采用剑麻，打浆度为40°SR，纤维长度为1.076mm，第一层加入0.4质量份的聚氧化乙烯，第二层加入0.4质量份的聚氧化乙烯。
实施例2
制备方法同实施例1。
本实施例制备的电解电容器纸，总定量设计为20g/m2，其中第一层天丝纤维层定量为10g/m2，第二层麻浆纤维层10g/m2，天丝纤维打浆度为70°SR，纤维长度为1.573mm，麻浆纤维采用剑麻，打浆度为60°SR，纤维长度为0.926mm，第一层加入0.4质量份的聚氧化乙烯，第二层加入0.3质量份的聚氧化乙烯。
实施例3
制备方法同实施例1。
本实施例制备的电解电容器纸，总定量设计为20g/m2，其中第一层天丝纤维层定量为10g/m2，第二层麻浆纤维层10g/m2，天丝纤维打浆度为70°SR，纤维长度为1.573mm，麻浆纤维采用剑麻，打浆度为20°SR，纤维长度为1.239mm，第一层加入0.4质量份的聚氧化乙烯，第二层加入0.2质量份的聚氧化乙烯。
实施例4
制备方法同实施例1。
本实施例制备的电解电容器纸，总定量设计为20g/m2，其中第一层天丝纤维层定量为10g/m2，第二层麻浆纤维层10g/m2，天丝纤维打浆度为50°SR，纤维长度为2.016mm，麻浆纤维采用剑麻，打浆度为40°SR，纤维长度为1.076mm，第一层加入0.2质量份的聚氧化乙烯，第二层加入0.4质量份的聚氧化乙烯。
实施例5
制备方法同实施例1。
本实施例制备的电解电容器纸，总定量设计为20g/m2，其中第一层天丝纤维层定量为10g/m2，第二层麻浆纤维层10g/m2，天丝纤维打浆度为80°SR，纤维长度为0.863mm，麻浆纤维采用剑麻，打浆度为40°SR，纤维长度为1.076mm，第一层加入0.3质量份的聚氧化乙烯，第二层加入0.4质量份的聚氧化乙烯。
实施例6
制备方法同实施例1。
本实施例制备的电解电容器纸，总定量设计为20g/m2，其中第一层天丝纤维层定量为10g/m2，第二层麻浆纤维层10g/m2，天丝纤维打浆度为80°SR，纤维长度为0.863mm，麻浆纤维采用剑麻，打浆度为60°SR，纤维长度为0.926mm，第一层加入0.4质量份的聚氧化乙烯，第二层加入0.4质量份的聚氧化乙烯。
实施例7
制备方法同实施例1。
本实施例制备的电解电容器纸，总定量设计为20g/m2，其中第一层天丝纤维层定量为10g/m2，第二层麻浆纤维层10g/m2，天丝纤维打浆度为80°SR，纤维长度为0.863mm，麻浆纤维采用马尼拉麻，打浆度为60°SR，纤维长度为3.012mm，第一层加入0.4质量份的聚丙烯酰胺，第二层加入0.4质量份的聚丙烯酰胺。
实施例8
制备方法同实施例1。
本实施例制备的电解电容器纸，总定量设计为20g/m2，其中第一层天丝纤维层定量为10g/m2，第二层麻浆纤维层10g/m2，天丝纤维打浆度为80°SR，纤维长度为0.863mm，麻浆纤维采用苎麻，打浆度为50°SR，纤维长度为1.987mm，第一层加入0.4质量份的羧甲基纤维素，第二层加入0.4质量份的羧甲基纤维素。
实施例9
制备方法同实施例1。
本实施例制备的电解电容器纸，总定量设计为20g/m2，其中第一层天丝纤维层定量为10g/m2，第二层麻浆纤维层10g/m2，天丝纤维打浆度为80°SR，纤维长度为0.863mm，麻浆纤维采用苎麻，打浆度为40°SR，纤维长度为2.213mm，第一层加入0.4质量份的羧甲基纤维素，第二层加入0.6质量份的羧甲基纤维素。
实施例10
制备方法同实施例1。
本实施例制备的电解电容器纸，总定量设计为20g/m2，其中第一层天丝纤维层定量为10g/m2，第二层麻浆纤维层10g/m2，天丝纤维打浆度为80°SR，纤维长度为0.863mm，麻浆纤维采用苎麻，打浆度为40°SR，纤维长度为2.213mm，第一层加入0.4质量份的羧甲基纤维素，第二层加入0.4质量份的聚氧化乙烯。
对比例1
将打浆度为70°SR、纤维长度为1.573mm的天丝纤维和0.4质量份的聚氧化乙烯混合均匀后，通过纸张圆网成型设备湿法成型，经压榨、烘干、卷曲、分切得到单层电解电容器纸，电解电容器纸定量13g/m2。
对比例2
将打浆度为30°SR、纤维长度为2.217mm的天丝纤维和0.4质量份的聚氧化乙烯混合均匀后，通过纸张圆网成型设备湿法成型，经压榨、烘干、卷曲、分切得到单层电解电容器纸，电解电容器纸定量13g/m2。
对比例3
将打浆度为40°SR、纤维长度为1.076mm的剑麻和0.4质量份的聚氧化乙烯混合均匀后，通过纸张圆网成型设备湿法成型，经压榨、烘干、卷曲、分切得到单层电解电容器纸，电解电容器纸定量13g/m2。
对比例4
将打浆度为80°SR、纤维长度为0.713mm的剑麻和0.4质量份的聚氧化乙烯混合均匀后，通过纸张圆网成型设备湿法成型，经压榨、烘干、卷曲、分切得到单层电解电容器纸，电解电容器纸定量13g/m2。
对比例5
将打浆度为70°SR和纤维长度为1.573mm的天丝纤维、打浆度为40°SR和纤维长度为1.076mm剑麻纤维、占比总纤维0.4质量份的聚氧化乙烯混合。通过纸张圆网成型设备湿法成型。经压榨、烘干、卷曲、分切得到单层电解电容器纸，电解电容器纸定量20g/m2。
对比例6
本对比例制备的电解电容器纸，总定量设计为20g/m2，其中第一层天丝纤维层定量为10g/m2，第二层麻浆纤维层10g/m2，天丝纤维打浆度为80°SR，纤维长度为0.863mm，麻浆纤维采用剑麻，打浆度为60°SR，纤维长度为0.926mm，然后通过双圆网湿法复合成型，经压榨、烘干、卷曲、分切得到电解电容器纸。
二、性能检测
将实施例和对比例制备的电解电容器纸进行性能测试，测试标准如下：吸液高度采用GB/T461.1-2002测试，ESR采用安捷伦电桥，型号：Agilent4285A；击穿电压采用GB/T20628.2-2006测试；匀度指数采用GB/T1041-2007测试，型号：2D、LABF/SENSOR；平均孔径采用ASTMF-316-03测试，型号：美国PMICFP1100孔径分析仪。
测试结果如表1所示：
表1：实施例和对比例制备的电容器纸的检测数据
从表1性能检测结果可知，由对比例1-4可以看出，麻浆纤维吸液能力强，ESR低，但击穿电压低；而天丝纤维击穿电压高。
从对比例3和实施例4-5可以看出，采用第一层天丝纤维和第二层麻浆纤维制备的电容器纸，天丝纤维层明显提高了电容器纸的击穿电压、降低了孔径尺寸。从对比例1和实施例1-3可以看出，麻浆纤维层明显提高了电容器纸的吸液性能、降低了ESR。
从对比例6和实施例6可以看出，分散剂的加入明显提高了电容器纸的匀度、击穿电压、吸液高度，降低了ESR。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于本发明所属领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种电解电容器纸，其特征在于，所述电解电容器纸由第一纤维层和第二纤维层组成，所述第一纤维层为天丝纤维，所述第二纤维层为麻浆纤维，所述第一纤维层中含有第一分散剂，所述第二纤维层中含有第二分散剂；
所述天丝纤维打浆度为30-90°SR，所述天丝纤维长度为0.7-2.5mm；所述麻浆纤维打浆度为20-80°SR，所述麻浆纤维长度为0.6-3.5mm。
2.根据权利要求1所述的电解电容器纸，其特征在于，所述第一分散剂和第二分散剂分别为聚氧化乙烯、聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、海藻酸钠中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的电解电容器纸，其特征在于，所述第一分散剂的加入量为天丝纤维的质量0.1-1%；所述第二分散剂的加入量为麻浆纤维的质量0.1-1%。
4.根据权利要求1所述的电解电容器纸，其特征在于，所述麻浆纤维为剑麻、马尼拉麻、亚麻、苎麻、大麻、黄麻、红麻、罗布麻中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的电解电容器纸，其特征在于，所述电解电容纸定量为15g/m2-25g/m2。
6.根据权利要求1-5任一所述的电解电容器纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将麻浆纤维和天丝纤维分别进行磨浆处理后备用；
S2、将步骤S1得到的天丝纤维与第一分散剂均匀混合后得到浆料A，将步骤S1得到的麻浆纤维与第二分散剂均匀混合后得到浆料B；
S3、将步骤S2得到的浆料A和浆料B分别通过纸张成型设备成型，然后通过湿法复合方式，经压榨、烘干、卷曲、分切得到电解电容器纸。
7.根据权利要求6所述的电容器纸的制备方法，其特征在于，步骤S1中麻浆纤维和天丝纤维的磨浆浓度为1.0-3.0%。
8.根据权利要求6所述的电容器纸的制备方法，其特征在于，步骤S3中浆料A和浆料B分别通过双圆网湿法复合成型。
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