CN117264418B - 一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电容器技术领域，具体为一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜及其制备方法；所述金属化膜由以下重量份原料制成：50～60份联苯酐型聚酰亚胺、8～12份等规聚丙烯、30～40份功能剂、6～10份4‑丙烯氧基‑2‑羟基二苯甲酮、15～25份二乙烯三胺、1～3份过氧化二异丙苯、3～5份抗氧化剂、3～5份交联剂TAIC及5～8份热稳定剂；本发明所提供的柔性直流输变电换流电容用金属化膜的制备方法，制备得到的柔性直流输变电换流电容用金属化，不仅能有效地增强金属化膜的抗冲击能力；而且还能够增强金属化膜的耐电晕寿命；本发明提供的柔性直流输变电换流电容用金属化具有更广阔的市场前景，更适宜推广。
Description
技术领域
本发明涉及电容器技术领域，具体为一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜及其制备方法。
背景技术
柔性直流输电系统中两端的换流站都是利用柔性直流输电，由换流器和换流变压设备、换流电抗设备、输变电换流电容等进行组成。其中输变电换流电容是关键的部件。
金属化膜作为输变电换流电容的核心材料，对电容器的性能起到很大作用，目前常用的金属化膜有聚丙烯、聚酯等。随着科技的发展，对材料的性能提出了更高的要求。传统金属化膜击穿强度以及耐电晕老化寿命方面已经难以满足使用需求。因此，如何有效改善金属化膜的性能已经成为我国电容器生产业亟待解决的重要问题。
因此，本发明提供一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜及其制备方法，用于解决上述所提出的相关技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜及其制备方法，本发明所提供的柔性直流输变电换流电容用金属化膜，不仅能有效地增强金属化膜的抗冲击能力；而且还能够增强金属化膜的耐电晕寿命。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的第一方面：提供了一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜，所述金属化膜由以下重量份原料制成：50～60份联苯酐型聚酰亚胺、8～12份等规聚丙烯、30～40份功能剂、6～10份4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮、15～25份二乙烯三胺、1～3份过氧化二异丙苯、3～5份抗氧化剂、3～5份交联剂TAIC及5～8份热稳定剂。
本发明进一步的设置为：所述功能剂的制备方法包括以下步骤：
将基料置于研磨机中研磨5～6h，得到第一研磨物；
按80～90：3～4：1的质量比将适量的第一研磨物、促进物、聚乙烯缩丁醛充分混合，得到混合物；
将混合物置于球磨机中，并使用乙醇为球磨介质研磨2～3h，得到第二研磨物；
将第二研磨物干压成型，然后置于烧结炉中于1260～1280℃的条件下，烧结60～90min，再升温至1600～1610℃，烧结120～150min，然后保温240min，得到烧结物；
所得烧结物粉碎至100～200目，得到功能剂。
本发明进一步的设置为：所述基料由氧化铝粉和矿化剂按质量比23～25：1混合复配而成。
本发明进一步的设置为：所述矿化剂选用氟化钡、氟化镁、氟化钙中的任意一种。
本发明进一步的设置为：所述促进物由将氧化硅、氧化铝、氧化钇按质量比0.3～0.6：0.5～0.8：1混合复配而成。
本发明进一步的设置为：所述抗氧化剂选用抗氧化剂264、抗氧化剂1076中的任意一种。
本发明进一步的设置为：所述热稳定剂选用亚磷酸三苯酯、磷酸三苯酯中的任意一种。
本发明的第二方面：还提供了一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、分别准确称取联苯酐型聚酰亚胺和二乙烯三胺，然后将联苯酐型聚酰亚胺和二乙烯三胺，于氮气气氛、240～380r/min的条件下，搅拌混合20～22min，再升温至140℃保温90～120min，得到膜料A；
步骤二、分别准确称取等规聚丙烯和4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮，然后将等规聚丙烯和4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮，于170～175℃、360～390r/min的条件下，搅拌混合30～32min，得到膜料B；
步骤三、将膜料A、膜料B、功能剂、过氧化二异丙苯、抗氧化剂、交联剂TAIC及热稳定剂，在50～60r/min的条件下混合均匀，然后升温至380～420℃，再保温反应60～70min，反应结束后，温度降至80℃，然后出料，冷却切粒，得到混合料；
步骤四、将混合料经挤出机平模口缝隙挤出、拉伸辊拉伸、冷却辊冷却后再经退火得到基膜，将基膜送入真空镀膜机，在基膜的电晕面进行真空蒸镀作业形成锌镀层，并在镀锌层表面再镀一层铝镀层并进行升温扩散处理得到金属化薄膜。
本发明进一步的设置为：在所述步骤四中，所述挤出机平模口缝隙挤出温度为250～260℃，拉伸辊拉伸的拉伸比为1：100～120倍，退火温度为104～106℃，退火时间为30～80min。
本发明进一步的设置为：在所述步骤四中，将基膜送入真空镀膜机前，还包括将基膜进行电晕放电处理，然后再进行时效处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所提供的柔性直流输变电换流电容用金属化膜的制备方法，以联苯酐型聚酰亚胺、规聚丙烯、功能剂、4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮、二乙烯三胺、过氧化二异丙苯、抗氧化剂、交联剂TAIC及热稳定剂等为原料，制备得到柔性直流输变电换流电容用金属化；所制备的柔性直流输变电换流电容用金属化，不仅能有效地增强金属化膜的抗冲击能力；而且还能够增强金属化膜的耐电晕寿命；本发明提供的柔性直流输变电换流电容用金属化具有更广阔的市场前景，更适宜推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明介电强度的统计图；
图2为本发明耐电晕寿命的统计图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本实施例提供了一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜，所述金属化膜由以下重量份原料制成：50份联苯酐型聚酰亚胺、8份等规聚丙烯、30份功能剂、6份4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮、15份二乙烯三胺、1份过氧化二异丙苯、3份抗氧化剂、3份交联剂TAIC及5份热稳定剂。
其中，功能剂的制备方法包括以下步骤：
将基料置于研磨机中研磨5h，得到第一研磨物；
按80：3：1的质量比将适量的第一研磨物、促进物、聚乙烯缩丁醛充分混合，得到混合物；
将混合物置于球磨机中，并使用乙醇为球磨介质研磨2h，得到第二研磨物；
将第二研磨物干压成型，然后置于烧结炉中于1260℃的条件下，烧结60min，再升温至1600℃，烧结120min，然后保温240min，得到烧结物；
所得烧结物粉碎至100目，得到功能剂。
进一步的，基料由氧化铝粉和矿化剂按质量比23：1混合复配而成。
矿化剂选用氟化钡。
促进物由将氧化硅、氧化铝、氧化钇按质量比0.3：0.5：1混合复配而成。
抗氧化剂选用抗氧化剂264。
热稳定剂选用亚磷酸三苯酯。
此外，本实施例还提供了一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、分别准确称取联苯酐型聚酰亚胺和二乙烯三胺，然后将联苯酐型聚酰亚胺和二乙烯三胺，于氮气气氛、240r/min的条件下，搅拌混合20min，再升温至140℃保温90min，得到膜料A；
步骤二、分别准确称取等规聚丙烯和4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮，然后将等规聚丙烯和4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮，于170℃、360r/min的条件下，搅拌混合30min，得到膜料B；
步骤三、将膜料A、膜料B、功能剂、过氧化二异丙苯、抗氧化剂、交联剂TAIC及热稳定剂，在50r/min的条件下混合均匀，然后升温至380℃，再保温反应60min，反应结束后，温度降至80℃，然后出料，冷却切粒，得到混合料；
步骤四、将混合料经挤出机平模口缝隙挤出、拉伸辊拉伸、冷却辊冷却后再经退火得到基膜，将基膜送入真空镀膜机，在基膜的电晕面进行真空蒸镀作业形成锌镀层，并在镀锌层表面再镀一层铝镀层并进行升温扩散处理得到金属化薄膜。
其中，挤出机平模口缝隙挤出温度为250℃，拉伸辊拉伸的拉伸比为1：100倍，退火温度为104℃，退火时间为30min。
此外，将基膜送入真空镀膜机前，还包括将基膜进行电晕放电处理，然后再进行时效处理。
实施例二
本实施例提供了一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜，所述金属化膜由以下重量份原料制成：55份联苯酐型聚酰亚胺、10份等规聚丙烯、35份功能剂、8份4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮、20份二乙烯三胺、2份过氧化二异丙苯、4份抗氧化剂、4份交联剂TAIC及6份热稳定剂。
其中，功能剂的制备方法包括以下步骤：
将基料置于研磨机中研磨6h，得到第一研磨物；
按85：4：1的质量比将适量的第一研磨物、促进物、聚乙烯缩丁醛充分混合，得到混合物；
将混合物置于球磨机中，并使用乙醇为球磨介质研磨3h，得到第二研磨物；
将第二研磨物干压成型，然后置于烧结炉中于1270℃的条件下，烧结75min，再升温至1605℃，烧结135min，然后保温240min，得到烧结物；
所得烧结物粉碎至150目，得到功能剂。
进一步的，基料由氧化铝粉和矿化剂按质量比24：1混合复配而成。
矿化剂选用氟化镁。
促进物由将氧化硅、氧化铝、氧化钇按质量比0.4：0.6：1混合复配而成。
抗氧化剂选用抗氧化剂1076。
热稳定剂选用磷酸三苯酯。
此外，本实施例还提供了一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、分别准确称取联苯酐型聚酰亚胺和二乙烯三胺，然后将联苯酐型聚酰亚胺和二乙烯三胺，于氮气气氛、310r/min的条件下，搅拌混合21min，再升温至140℃保温105min，得到膜料A；
步骤二、分别准确称取等规聚丙烯和4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮，然后将等规聚丙烯和4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮，于172℃、375r/min的条件下，搅拌混合31min，得到膜料B；
步骤三、将膜料A、膜料B、功能剂、过氧化二异丙苯、抗氧化剂、交联剂TAIC及热稳定剂，在50～60r/min的条件下混合均匀，然后升温至400℃，再保温反应65min，反应结束后，温度降至80℃，然后出料，冷却切粒，得到混合料；
步骤四、将混合料经挤出机平模口缝隙挤出、拉伸辊拉伸、冷却辊冷却后再经退火得到基膜，将基膜送入真空镀膜机，在基膜的电晕面进行真空蒸镀作业形成锌镀层，并在镀锌层表面再镀一层铝镀层并进行升温扩散处理得到金属化薄膜。
其中，挤出机平模口缝隙挤出温度为255℃，拉伸辊拉伸的拉伸比为1：110倍，退火温度为105℃，退火时间为50min。
此外，将基膜送入真空镀膜机前，还包括将基膜进行电晕放电处理，然后再进行时效处理。
实施例三
本实施例提供了一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜，所述金属化膜由以下重量份原料制成：60份联苯酐型聚酰亚胺、12份等规聚丙烯、40份功能剂、10份4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮、25份二乙烯三胺、3份过氧化二异丙苯、5份抗氧化剂、5份交联剂TAIC及8份热稳定剂。
其中，功能剂的制备方法包括以下步骤：
将基料置于研磨机中研磨6h，得到第一研磨物；
按90：4：1的质量比将适量的第一研磨物、促进物、聚乙烯缩丁醛充分混合，得到混合物；
将混合物置于球磨机中，并使用乙醇为球磨介质研磨3h，得到第二研磨物；
将第二研磨物干压成型，然后置于烧结炉中于1280℃的条件下，烧结90min，再升温至1610℃，烧结150min，然后保温240min，得到烧结物；
所得烧结物粉碎至200目，得到功能剂。
进一步的，基料由氧化铝粉和矿化剂按质量比25：1混合复配而成。
矿化剂选用氟化钙。
促进物由将氧化硅、氧化铝、氧化钇按质量比0.6：0.8：1混合复配而成。
抗氧化剂选用抗氧化剂264。
热稳定剂选用亚磷酸三苯酯。
此外，本实施例还提供了一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、分别准确称取联苯酐型聚酰亚胺和二乙烯三胺，然后将联苯酐型聚酰亚胺和二乙烯三胺，于氮气气氛、380r/min的条件下，搅拌混合22min，再升温至140℃保温120min，得到膜料A；
步骤二、分别准确称取等规聚丙烯和4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮，然后将等规聚丙烯和4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮，于175℃、390r/min的条件下，搅拌混合32min，得到膜料B；
步骤三、将膜料A、膜料B、功能剂、过氧化二异丙苯、抗氧化剂、交联剂TAIC及热稳定剂，在60r/min的条件下混合均匀，然后升温至380～420℃，再保温反应70min，反应结束后，温度降至80℃，然后出料，冷却切粒，得到混合料；
步骤四、将混合料经挤出机平模口缝隙挤出、拉伸辊拉伸、冷却辊冷却后再经退火得到基膜，将基膜送入真空镀膜机，在基膜的电晕面进行真空蒸镀作业形成锌镀层，并在镀锌层表面再镀一层铝镀层并进行升温扩散处理得到金属化薄膜。
其中，挤出机平模口缝隙挤出温度为260℃，拉伸辊拉伸的拉伸比为1：120倍，退火温度为106℃，退火时间为80min。
此外，将基膜送入真空镀膜机前，还包括将基膜进行电晕放电处理，然后再进行时效处理。
对比例一：本实施例所提供的柔性直流输变电换流电容用金属化膜的制备方法及原料的具体配比和实施例一大致相同，其主要区别在于：本实施例中不含功能剂。
对比例二：本实施例所提供的柔性直流输变电换流电容用金属化膜的制备方法及原料的具体配比和实施例一大致相同，其主要区别在于：本实施例中不含4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮。
对比例三：本实施例所提供的柔性直流输变电换流电容用金属化膜的制备方法及原料的具体配比和实施例一大致相同，其主要区别在于：本实施例中不含二乙烯三胺。
效果测试
分别将通过本发明中实施例一～三制备的金属化膜记作实验例1～3；通过对比例一～三制备的金属化膜记作对比例1～3；然后分别对各组金属化膜样品的性能进行检测。
测试试验1、抗击穿试验及结果分析
按GB/T 24123-2009的检测标准对各组的金属化膜进行介电强度检测，记录相关数据于表1。
表1：试验数据记录表
由表1和图1可知，与对比组相比，在抗击穿指标方面，实例1～3组的金属化膜明显优于对比组，而实例1～3组的差异并不明显。上述结果表明，实例1～3的金属化膜具有显著的增强抗击穿能力的效果。
为验证本添加剂各组分的作用，设置了对比例1～3的试验。
对比1组和实例1组的金属化膜的原料配比主要区别在于不含功能剂。与实例1组相比发现，对比1组的介电强度降低了100V/μm。该结果表明功能剂对增强金属化膜的抗冲击能力方面发挥重要作用。
对比2组和实例1组的金属化膜的原料配比主要区别在于不含4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮。与实例1组相比发现，对比2组的介电强度降低了35V/μm。该结果表明4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮对增强金属化膜的抗冲击能力方面具有一定作用。
对比3组和实例1组的金属化膜的原料配比主要区别在于不含二乙烯三胺。与实例1组相比发现，对比3组的介电强度降低了30V/μm。该结果表明二乙烯三胺对增强金属化膜的抗冲击能力方面具有作用。
测试试验2、耐电晕试验及结果分析：
采用恒定应力的直流电加速老化试验，参照 GB/T 17702—2021的标准，在 60℃的环境温度中持续承受直流电压作用，进行耐电晕试验。
表2：试验数据记录表
由表1和图2可知，与对比组相比，在耐电晕指标方面，实例1～3组的金属化膜明显优于对比组，而实例1～3组的差异并不明显。上述结果表明，实例1～3的金属化膜具有显著的增强耐电晕寿命的效果。
为验证本添加剂各组分的作用，设置了对比例1～3的试验。
对比1组和实例1组的金属化膜的原料配比主要区别在于不含功能剂。与实例1组相比发现，对比1组的耐电晕寿命降低了8h。该结果表明功能剂对增强金属化膜的耐电晕寿命方面发挥重要作用。
对比2组和实例1组的金属化膜的原料配比主要区别在于不含4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮。与实例1组相比发现，对比2组的耐电晕寿命降低了5h。该结果表明4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮对增强金属化膜的耐电晕寿命方面具有一定作用。
对比3组和实例1组的金属化膜的原料配比主要区别在于不含二乙烯三胺。与实例1组相比发现，对比3组的耐电晕寿命降低了6h。该结果表明二乙烯三胺对增强金属化膜的耐电晕寿命方面具有作用。
由上述所述可知，本发明所提供的柔性直流输变电换流电容用金属化膜，不仅能有效地增强金属化膜的抗冲击能力；而且还能够增强金属化膜的耐电晕寿命。由此表明本发明提供的柔性直流输变电换流电容用金属化具有更广阔的市场前景，更适宜推广。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (9)
1.一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜，其特征在于：所述金属化膜由以下重量份原料制成：50～60份联苯酐型聚酰亚胺、8～12份等规聚丙烯、30～40份功能剂、6～10份4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮、15～25份二乙烯三胺、1～3份过氧化二异丙苯、3～5份抗氧化剂、3～5份交联剂TAIC及5～8份热稳定剂；
所述功能剂的制备方法，包括以下步骤：
将基料置于研磨机中研磨5～6h，得到第一研磨物；
按80～90：3～4：1的质量比将适量的第一研磨物、促进物、聚乙烯缩丁醛充分混合，得到混合物；
将混合物置于球磨机中，并使用乙醇为球磨介质研磨2～3h，得到第二研磨物；
将第二研磨物干压成型，然后置于烧结炉中于1260～1280℃的条件下，烧结60～90min，再升温至1600～1610℃，烧结120～150min，然后保温240min，得到烧结物；
所得烧结物粉碎至100～200目，得到功能剂。
2.根据权利要求1中所述的一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜，其特征在于：所述基料由氧化铝粉和矿化剂按质量比23～25：1混合复配而成。
3.根据权利要求2中所述的一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜，其特征在于：所述矿化剂选用氟化钡、氟化镁、氟化钙中的任意一种。
4.根据权利要求1中所述的一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜，其特征在于：所述促进物由将氧化硅、氧化铝、氧化钇按质量比0.3～0.6：0.5～0.8：1混合复配而成。
5.根据权利要求1中所述的一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜，其特征在于：所述抗氧化剂选用抗氧化剂264、抗氧化剂1076中的任意一种。
6.根据权利要求1中所述的一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜，其特征在于：所述热稳定剂选用亚磷酸三苯酯、磷酸三苯酯中的任意一种。
7.一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、分别准确称取联苯酐型聚酰亚胺和二乙烯三胺，然后将联苯酐型聚酰亚胺和二乙烯三胺，于氮气气氛、240～380r/min的条件下，搅拌混合20～22min，再升温至140℃保温90～120min，得到膜料A；
步骤二、分别准确称取等规聚丙烯和4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮，然后将等规聚丙烯和4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮，于170～175℃、360～390r/min的条件下，搅拌混合30～32min，得到膜料B；
步骤三、将膜料A、膜料B、功能剂、过氧化二异丙苯、抗氧化剂、交联剂TAIC及热稳定剂，在50～60r/min的条件下混合均匀，然后升温至380～420℃，再保温反应60～70min，反应结束后，温度降至80℃，然后出料，冷却切粒，得到混合料；
步骤四、将混合料经挤出机平模口缝隙挤出、拉伸辊拉伸、冷却辊冷却后再经退火得到基膜，将基膜送入真空镀膜机，在基膜的电晕面进行真空蒸镀作业形成锌镀层，并在镀锌层表面再镀一层铝镀层并进行升温扩散处理得到金属化薄膜。
8.根据权利要求7中所述的一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜的制备方法，其特征在于：在所述步骤四中，所述挤出机平模口缝隙挤出温度为250～260℃，拉伸辊拉伸的拉伸比为1：100～120倍，退火温度为104～106℃，退火时间为30～80min。
9.根据权利要求7中所述的一种柔性直流输变电换流电容用金属化膜的制备方法，其特征在于：在所述步骤四中，将基膜送入真空镀膜机前，还包括将基膜进行电晕放电处理，然后再进行时效处理。
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