CN117954231A - 一种电容器密封板及电容器 - Google Patents
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Abstract
为克服现有电容器盖板用酚醛树脂存在游离单体和韧性不足的问题,本发明提供了一种电容器密封板,包括密封层和支撑层;所述密封层选自具有弹性的橡胶材料;所述支撑层包括酚醛树脂层与基材构成的复合材料,所述基材选自牛皮纸、绵纸、玻璃纤维布中至少一种;所述酚醛树脂层由酚醛树脂组合物固化得到,所述酚醛树脂组合物包括以下组分:甲阶酚醛树脂预聚物和硫代内酯及其衍生物。同时,本发明还公开了包括上述电容器密封板的电容器。本发明提供的电容器密封板能够有效避免电容器密封板中残留的酚和醛对于电容器电解液性能的劣化;同时有效提高了电容器密封板的韧性和抗冲击性能。
Description
技术领域
本发明属于电容器技术领域,具体涉及一种电容器密封板及电容器。
背景技术
酚醛树脂由于具有较好的材料稳定性和耐高温性能,常用作电容器用密封板的主体材料,在酚醛树脂的合成过程中,通常采用酚类和醛类进行聚合反应,而该种聚合反应难以完全进行,在合成的预聚物中仍存在游离的酚类单体,进而影响酚醛树脂固化后的性能;另外,在应用至电容器盖板中时,酚醛树脂与电容器的电解液长期接触,酚醛树脂中残留的酚类单体有溶解至电解液中的风险,从而劣化电容器的电性能。另一方面,电容器密封板需要经过裁切、打孔来满足各种规格电容器的需求,而现有的酚醛树脂存在韧性不足的问题,在冲击下容易破裂,从而导致漏液问题,现有一种解决方式是在酚醛树脂中加入有牛皮纸、玻璃纤维等起到补强作用,然而该种方式虽然能够一定程度上提高酚醛树脂的强度,但也导致了其耐电解液腐蚀性能的下降。
发明内容
针对现有电容器盖板用酚醛树脂存在游离单体以及强度、韧性不足的问题,本发明提供了一种电容器密封板及电容器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下:
一方面,本发明提供了一种电容器密封板,包括密封层和支撑层;
所述密封层选自具有弹性的橡胶材料;
所述支撑层包括酚醛树脂层与基材构成的复合材料,所述基材选自牛皮纸、绵纸、玻璃纤维布中至少一种;
所述酚醛树脂层由酚醛树脂组合物固化得到,所述酚醛树脂组合物包括以下组分:
甲阶酚醛树脂预聚物和硫代环状内酯及其衍生物。
可选的,所述酚醛树脂组合物包括以下重量组分:
甲阶酚醛树脂预聚物 99.8~99.95份,硫代环状内酯及其衍生物0.05~0.2份。
可选的,所述硫代内酯及其衍生物选自结构式1所示的化合物:
;
其中,n为0、1或2,R选自H、碳原子数1~4的烷基或烯基。
可选的,所述硫代内酯及其衍生物选自γ-硫代丁内酯、ε-硫代己内酯中的一种或多种。
可选的,所述甲阶酚醛树脂预聚物由以下方法制备得到:
将摩尔比(0.6~4.0): 1的酚类物质和醛类物质混合,加入碱调节pH至9~10,加热至80℃~90℃,常压下保温50~70min;反应结束后减压脱水,控制树脂粘度在10~30mpa.s,得到酚醛树脂预聚物。
可选的,所述碱为质量分数25%-28%的氨水。
可选的,所述酚类物质包括苯酚、甲酚类、乙基苯酚类、丁基苯酚类、对烷基酚类、卤代苯酚类、一元酚取代体和多元酚类中的一种或多种;所述醛类物质包括甲醛、多聚甲醛、三噁烷、乙醛、丙醛、聚甲醛中的一种或多种。
可选的,所述支撑层由以下方法制备得到:
将基材浸渍酚醛树脂组合物,得到酚醛预浸料;
将单片或多片酚醛预浸料进行层叠后热压处理,固化为一体后得到所述支撑层。
可选的,所述电容器密封板还包括由隔离层,所述隔离层位于所述支撑层背离所述密封层的表面,所述隔离层选自PP膜和/或PE膜。
再一方面,本发明提供了一种电容器,包括如上所述的电容器密封板。
根据本发明提供的电容器密封板,在甲阶酚醛树脂预聚物加入硫代内酯及其衍生物,在酚醛树脂组合物固化的过程中,硫代内酯及其衍生物开环并与游离的酚发生反应,在甲阶酚醛树脂的不同链段之间形成交联位点,一方面,消耗了游离的酚,使电容器密封板中残留的酚减少,可以有效避免电容器密封板中残留的酚对于电容器电解液性能的劣化;另一方面,提高了甲阶酚醛树脂的交联度,进而有效提高了电容器密封板的韧性和抗冲击性能,降低电容器密封板受冲击断裂的风险,提高了电容器的安全性能。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,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。
本发明一实施例提供了一种电容器密封板,包括密封层和支撑层;
所述密封层选自具有弹性的橡胶材料;
所述支撑层包括酚醛树脂层与基材构成的复合材料,所述基材选自牛皮纸、绵纸、玻璃纤维布中至少一种;
所述酚醛树脂层由酚醛树脂组合物固化得到,所述酚醛树脂组合物包括以下组分:
甲阶酚醛树脂预聚物和硫代内酯及其衍生物。
所述电容器密封板在甲阶酚醛树脂预聚物加入硫代内酯及其衍生物,在酚醛树脂组合物固化的过程中,硫代内酯及其衍生物开环并与游离的酚发生反应,在甲阶酚醛树脂的不同链段之间形成交联位点,一方面,消耗了游离的酚,使电容器密封板中残留的酚减少,可以有效避免电容器密封板中残留的酚对于电容器电解液性能的劣化;另一方面,提高了甲阶酚醛树脂的交联度,进而有效提高了电容器密封板的韧性和抗冲击性能,降低电容器密封板受冲击断裂的风险,提高了电容器的安全性能。
所述电容器密封板支撑层的弯曲强度>60MPa,缺口冲击强度>4.1kJ/m2。
在一些实施例中,所述橡胶材料选自三元乙丙橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、氟橡胶以及氯丁橡胶中至少一种。
所述密封层采用橡胶材料,具备一定的弹性,利于与电容器外壳体配合形成密封效果,防止电解液泄露。
在一些实施例中,所述酚醛树脂组合物包括以下重量组分:
甲阶酚醛树脂预聚物 99.8~99.95份,硫代内酯及其衍生物0.05~0.2份。
在具体的实施例中,所述甲阶酚醛树脂预聚物的重量份可以为99.8份、99.82份、99.85份、99.88份、99.9份、99.92份、99.94份或99.95份,硫代内酯及其衍生物的重量份可以为0.05份、0.06份、0.08份、0.1份、0.12份、0.14份、0.16份、0.18份或0.2份。
所述硫代内酯及其衍生物用于消耗游离酚并形成交联位点,由于酚醛树脂组合物固化后其含有的游离酚一般不会有过高的量,因此,所述硫代内酯及其衍生物少量添加即可,同时,若硫代内酯及其衍生物的添加量过大,则易导致酚醛树脂过度交联变脆,同样不利于酚醛树脂的韧性的提高。
在一些实施例中,所述硫代内酯及其衍生物选自结构式1所示的化合物:
;
其中,R选自H、碳原子数1~4的烷基或烯基。
需要说明的是,所述硫代内酯及其衍生物可通过现有方法制备得到,例如:可通过对应结构的丁内酯与硫代乙酸钾反应,将硫原子插入环中以替代氧原子以制备得到所述硫代内酯及其衍生物。
在优选的实施例中,所述硫代内酯及其衍生物选自γ-硫代丁内酯、ε-硫代己内酯中的一种或多种。
所述γ-硫代丁内酯或所述ε-硫代己内酯由γ-丁内酯或ε-己内酯与硫代乙酸钾在有机溶剂介质中反应得到,反应温度为150~160℃,有机溶剂介质为N,N-二甲基乙酰胺。
在一些实施例中,所述甲阶酚醛树脂预聚物由以下方法制备得到:
将摩尔比(0.6~4.0): 1的酚类物质和醛类物质混合,加入碱调节pH至9~10,加热至80℃~90℃,常压下保温50~70min;反应结束后减压脱水,控制树脂粘度在10~30mpa.s,得到酚醛树脂预聚物。
在一些实施例中,所述碱为质量分数25%-28%的氨水。
在一些实施例中,所述酚类物质包括苯酚、甲酚类、乙基苯酚类、丁基苯酚类、对烷基酚类、卤代苯酚类、一元酚取代体和多元酚类中的一种或多种;所述醛类物质包括甲醛、多聚甲醛、三噁烷、乙醛、丙醛、聚甲醛中的一种或多种。
在一些实施例中,所述支撑层由以下方法制备得到:
将基材浸渍酚醛树脂组合物,得到酚醛预浸料;
将单片或多片酚醛预浸料进行层叠后热压处理,固化为一体后得到所述支撑层。
在一些实施例中,所述电容器密封板还包括由隔离层,所述隔离层位于所述支撑层背离所述密封层的表面,所述隔离层选自PP膜和/或PE膜。
所述隔离层用于隔离所述支撑层和电解液,从而进一步避免支撑层中游离酚进入到电解液中。
本发明的另一实施例提供了一种电容器,包括如上所述的电容器密封板。
通过采用如上所述电容器密封板,能够有效避免酚醛树脂中未完全交联的游离酚对于电解液性能的劣化,同时,该电容器密封板具有较高的韧性,受到外部冲击时,能够降低破裂概率,从而避免电解液泄露等问题。
以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明公开的电容器密封板的制备方法,包括以下操作步骤:
酚醛树脂预聚物的制备:在反应容器中加入摩尔比1.2 : 1的苯酚和甲醛,加入氨水调节pH至9,加热到85℃,常压下保温60min;反应结束后减压脱水,控制树脂粘度在20mpa.s,得到酚醛树脂预聚物。
酚醛树脂组合物的制备:在酚醛树脂预聚物中加入质量百分比为0.1%的γ-硫代丁内酯,充分搅拌,得到酚醛树脂组合物。
支撑层的制备:将无纺布置于酚醛树脂组合物中,浸渍得到预浸料;通过四片酚醛预浸料进行层叠后热压处理,固化为一体后得到支撑层。
电容器密封板的制备:将支撑层和经硫化处理的三元乙丙橡胶叠配,热压处理得到电容器密封板。
实施例2
本实施例用于说明本发明公开的电容器密封板的制备方法,包括实施例1中大部分操作步骤,其不同之处在于:
所述γ-硫代丁内酯的添加质量百分比为0.05%。
实施例3
本实施例用于说明本发明公开的电容器密封板的制备方法,包括实施例1中大部分操作步骤,其不同之处在于:
所述γ-硫代丁内酯的添加质量百分比为0.2%。
实施例4
本实施例用于说明本发明公开的电容器密封板的制备方法,包括实施例1中大部分操作步骤,其不同之处在于:
所述γ-硫代丁内酯的添加质量百分比为1%。
实施例5
本实施例用于说明本发明公开的电容器密封板的制备方法,包括实施例1中大部分操作步骤,其不同之处在于:
采用ε-硫代己内酯替代实施例1中的γ-硫代丁内酯。
对比例1
本对比例用于对比说明本发明公开的电容器密封板的制备方法,包括实施例1中大部分操作步骤,其不同之处在于:
酚醛树脂组合物中不添加γ-硫代丁内酯,直接采用酚醛树脂预聚物进行支撑层的制备。
对比例2
本对比例用于对比说明本发明公开的电容器密封板的制备方法,包括实施例1中大部分操作步骤,其不同之处在于:
采用丁基磺酸内酯替代实施例1中的γ-硫代丁内酯。
对比例3
本对比例用于对比说明本发明公开的电容器密封板的制备方法,包括实施例1中大部分操作步骤,其不同之处在于:
采用硫酸乙烯酯替代实施例1中的γ-硫代丁内酯。
性能测试
对上述制备得到的电容器密封板支撑层进行如下性能测试:
弯曲强度测试:采用国家标准GB/T 9341-2008规定的测试方法的进行。
缺口冲击强度测试:采用中国标准GB/T 41932-2022规定的测试方法的进行。
游离酚测试:通过气相色谱法测量酚醛树脂中的游离酚含量。
得到的测试结果填入表1:
从表1的测试结果可以看出,通过在酚醛树脂组合物中添加硫代内酯及其衍生物,能够有效降低固化后电容器密封板中残留的游离酚含量,进而避免电容器密封板中游离酚对于电解液性能的不利影响,另一方面,得到的电容器密封板的缺口冲击强度也得到了一定的提升,说明硫代内酯及其衍生物的加入有利于提高酚醛树脂的韧性,提高密封板材料的可加工性以及在电容器上的应用稳定性。
对比实施例1~4的测试结果可知,过量的硫代内酯及其衍生物的添加虽然同样降低了游离酚含量,但是也会对电容器密封板的韧性起到不利的影响。
对比实施例1和对比例2、3的测试结果可知,采用其他含硫环状酯,如丁基磺酸内酯、硫酸乙烯酯,并不能达到如本发明中硫代内酯及其衍生物的添加效果。
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 (10)
1.一种电容器密封板,其特征在于,包括密封层和支撑层;
所述密封层选自具有弹性的橡胶材料;
所述支撑层包括酚醛树脂层与基材构成的复合材料,所述基材选自牛皮纸、绵纸、玻璃纤维布中至少一种;
所述酚醛树脂层由酚醛树脂组合物固化得到,所述酚醛树脂组合物包括以下组分:
甲阶酚醛树脂预聚物和硫代内酯及其衍生物。
2.根据权利要求1所述的电容器密封板,其特征在于,所述酚醛树脂组合物包括以下重量组分:
甲阶酚醛树脂预聚物 99.8~99.95份,硫代内酯及其衍生物0.05~0.2份。
3.根据权利要求1所述的电容器密封板,其特征在于,所述硫代内酯及其衍生物选自结构式1所示的化合物:
;
其中,n为0、1或2,R选自H、碳原子数1~4的烷基或烯基。
4.根据权利要求3所述的电容器密封板,其特征在于,所述硫代内酯及其衍生物选自γ-硫代丁内酯、ε-硫代己内酯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的电容器密封板,其特征在于,所述甲阶酚醛树脂预聚物由以下方法制备得到:
将摩尔比(0.6~4.0): 1的酚类物质和醛类物质混合,加入碱调节pH至9~10,加热至80℃~90℃,常压下保温50~70min;反应结束后减压脱水,控制树脂粘度在10~30mpa.s,得到酚醛树脂预聚物。
6.根据权利要求5所述的电容器密封板,其特征在于,所述碱为质量分数25%-28%的氨水。
7.根据权利要求5所述的电容器密封板,其特征在于,所述酚类物质包括苯酚、甲酚类、乙基苯酚类、丁基苯酚类、对烷基酚类、卤代苯酚类、一元酚取代体和多元酚类中的一种或多种;所述醛类物质包括甲醛、多聚甲醛、三噁烷、乙醛、丙醛、聚甲醛中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的电容器密封板,其特征在于,所述支撑层由以下方法制备得到:
将基材浸渍酚醛树脂组合物,得到酚醛预浸料;
将单片或多片酚醛预浸料进行层叠后热压处理,固化为一体后得到所述支撑层。
9.根据权利要求1所述的电容器密封板,其特征在于,所述电容器密封板还包括由隔离层,所述隔离层位于所述支撑层背离所述密封层的表面,所述隔离层选自PP膜和/或PE膜。
10.一种电容器,其特征在于,包括如权利要求1~9任意一项所述的电容器密封板。
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