KR0151814B1 - 콘덴서용 금속증착 이축배향 폴리에스테르 필름 - Google Patents
콘덴서용 금속증착 이축배향 폴리에스테르 필름Info
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Abstract
본 발명은 이축배향 폴리에스테르 기재 필름의 한쪽 면에 금속이 증착되고, 상기 금속 증착층 위에 점착성 수지가 도포된 것을 특징으로 하는 고압 콘덴서용 금속증착 이축배향 폴리에스테르 필름에 관한 것으로서, 증착막 전극의 계면에 존재할 수 있는 에어 갭(air gap)이 제거됨으로써 전극과 에어 갭 간의 방전 현상이 배제되어, 고온 고압하에서의 파괴 특성과 전극의 산화에 의한 정전 용량의 안정성 및 유전손실 변화율이 상당히 향상된다.
Description
제1도 (a)는 본 발명의 금속증착 필름의 구조를 나타낸 것이며, (b)는 통상 사용되는 고압 콘덴서에 사용되는 도포 필름이다.
본 발명은 금속증착 이축배향 폴리에스테르 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이축배향 폴리에스테르 기재 필름에 금속을 증착한후, 금속증착면에 점착성의 선형 포화 폴리에스테르 수지를 도포하여 제조한, 고압 콘덴서용 금속증착 이축배향 폴리에스테르 필름에 관한 것이다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르는 폴리올레핀, 폴리스티렌 또는 폴리페닐렌 설파이드 수지 보다 권취성, 슬리팅 특성 및 기계적 특성이 우수하고, 1㎛ 정도의 두께로 박막화가 가능하고, 유전율 값이 약 3.1로서 폴리올레핀에 비하여 크기 때문에 절연 및 유전재료로서 광범위하게 사용되고 있고, 또한, 최근에는 전자기기의 소형화에 따라 수동소자인 콘덴서도 소형화가 필요한데, 비교적 높은 유전율을 지니면서 다른 필름에 비하여 박막화가 가능한 폴리에스테르 필름을 사용하면 비교적 큰 용량의 콘덴서를 소형화 할 수 있다.
폴리에스테르 필름을 사용하여 콘덴서를 제조하는 방법에는 크게 두가지가 있는데, 하나는 금속을 증착시키지 않은 상태의 필름을 알루미늄 포일(foil)과 함께 권취하여 전극을 형성시키는 방법이고, 다른 하나는 금속을 증착시킨 필름을 알루미늄 포일 없이 쌍으로 권취하여 콘덴서로 제조하는 방법이다. 최근에는 미리 금속증착된 필름을 사용하는 방법이 선호되고 있다.
금속증착 필름을 사용하여 제조한 콘덴서의 용도중 한가지는 모니터용 디스플레이 또는 대형 컬러 TV의 화면 왜곡 보정을 목적으로 사용하는 것이다. 상기 목적의 콘덴서는 모니터의 CRT(cathode-raytube, 음극선관)상에 전자선을 주사하는 전자총에 가해지는 인가 전압을 안정화시켜 궁극적으로 모니터상의 화면의 찌그러짐을 방지한다. 일반 모니터 및 TV 등 화면의 성능 향상을 위하여 이와 같은 콘덴서가 사용되는데, 현재 일반화되고 있는 HDTV(고선명 텔레비젼) 등 화면의 해상도 향상을 위해서는 고압용 콘덴서의 사용 및 그의 성능이 매우 중요한 요소로 된다.
고압용 콘덴서의 사용환경은 정격전압 20 내지 40kV, 온도 85℃ 정도이다. 이와 같이 고온, 고압 조건에서 사용하기 위한 고압용 콘덴서는 증착층의 마진(margin)을 직렬로 10개 정도 배열시키므로 실제 전압이 인가되는 필름의 총 두께는 사용되는 필름의 10배에 해당되는 효과를 나타낸다.
고압용 콘덴서의 또 다른 특징은 유전체 필름의 구성에 있다. 일반 콘덴서는 금속 증착 필름 2매를 권취하여 제조되는데, 이와는 달리, 고압용 콘덴서는 고분자 수지가 도포된 두께 10㎛ 이상의 필름을 금속 증착 필름 사이에 삽입하여 권취함으로써 제조한다. 이때, 사용되는 고분자 도포 필름의 역할은 전극이 되는 금속증착 필름의 증착층에 밀착하여, 후공정에서 적당한 온도 조건에 이르게 되면 점착성을 갖게 되어 전극과 필름 사이의 에어 갭(air gap)을 제거하는 것이다. 이에 의해 콘덴서 내부에서 에어 갭으로 인한 방전현상이 감소되어 고압에서의 파괴 특성과 장기적인 전기적특성(신뢰성)이 증대된다.
고온 고압하 전기적 특성의 안정성은 주로 고압에서 콘덴서 내부에 존재하는 에어 갭들로부터 발생하는 방전현상에 의존하게 된다. 에어 갭은 전극의 계면에 존재하는 것과 유전체인 필름의 내부에 존재하는 것 2가지로 분류될 수 있는데, 필름 내부에 존재하는 에어 갭을 감소시키기 위한 기술은 여러 가지가 공개되어있다. 일본 특개소 62-259304호 및 63-53685 호에는 충전제로서 고분자 미분체를 사용하여 절연내력을 개선한 기술이 개시되어 있고, 일본 특개소 55-21159 호 및 특개평 3-287655 호에는 거대입자의 양을 조절하여 절연 내력을 개선한 기술이 공개되어 있다.
상기 방법에 의해서도 에어 갭이 어느 정도 제거되어 전기적 특성의 개선이 이루어지나, 더욱 중요한 것은 콘덴서 제조시에 전극이 되는 금속 증착막의 계면에 형성되는 에어갭이다.
따라서, 본 발명의 목적은 금속증착막 전극의 계면에 존재하는 에어 갭을 제거함으로써, 전극과 에어 갭 간의 방전 현상을 배제하여 고온 고압하에서의 파괴 특성과 전극의 산화에 의한 정전 용량의 안정성을 향상시킨 고압 콘덴서용 금속증착 이축배향 폴리에스테르 필름을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 이축배향 폴리에스테르 기재 필름의 한쪽 면에 금속이 증착되고, 상기 금속 증착층 위에 점착성 수지가 도포된 것을 특징으로 하는 고압 콘덴서용 금속증착 이축배향 폴리에스테르 필름을 제공한다.
특히, 본 발명에서는 고압 콘덴서 제조시 에어 갭을 제거하기 위하여 사용되는 고분자 수지 도포층을 금속증착 필름과 다른 층으로 구성하는 것이 아니라, 금속 증착 필름의 증착막 위에 직접 고분자 수지층을 도포함으로써, 콘덴서의 전극이 되는 금속 증착층에 접촉하는 에어갭을 배제하도록 하였다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 금속증착 필름의 기재 필름으로 사용되는 폴리에스테르는 전형적으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 사용된다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 디메틸 테레프탈레이트와 에틸렌글리콜을 에스테르 교환반응법 또는 직접 중합 반응법을 이용하여 중축합시켜 제조하는데, 이때, 반응기는 배치식 및 연속식 둘 다 가능하다.
에스테르 교환 반응시에 교환촉매로서는 마그네슘 화합물, 지르코늄 화합물, 나트륨 화합물, 칼륨 화합물, 칼슘 화합물, 바륨 화합물, 코발트 화합물, 아연 화합물 및 망간 화합물 중에서 반응계 내에서 가용성인 것을 사용한다. 중합촉매 또한 제한을 받지 않으며, 안티몬 화합물, 게르마늄 화합물 및 티타늄 화합물 중에서 적당한 것을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.
콘덴서용 폴리에스테르 필름은 롤에 권취시 및 콘덴서 제조시에 소자의 권취 공정을 거쳐야 하므로 필름이 적당한 마찰계수와 주행성을 가질 필요가 있으며, 또한 권취후의 콘덴서는 적당한 함침 특성 및 용량의 안정성을 가져야 하므로, 콘덴서의 특성을 유지하는 범위 내에서 무기입자를 추가해도 좋다.
상기와 같이 중합된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 기재수지의 용융비저항은 1.0×106Ω㎝ 이상, 바람직하게는 1.0×107Ω㎝ 이상이다.
폴리에스테르 기재 수지를 265 내지 305℃로 용융압출하고, 정전인가법에 의해 캐스팅(casting)하여 30 내지 60㎛ 두께의 시이트로 만든 다음, 80 내지 120℃의 범위에서 종방향으로 3.0 내지 6.0배로 1차 연신한 후, 재냉각하여 100 내지 140℃의 범위에서 횡방향으로 3.0 내지 5.0배 연신하고, 이어서, 180 내지 230℃에서 3 내지 15초 동안 열처리하여 두께 1.0 내지 6.0㎛의 필름으로 제조한다.
본 발명의 금속증착 필름에 있어서, 도포되는 점착성 수지는 이미 공지되어있는 물질인 포화 선형 폴리에스테르 수지로서 이의 특징은 결정성이 없는 것인데, 폴리에스테르-폴리올과 폴리이소시아네이트를 통상적인 방법으로 반응시켜 수득한 폴리에스테르-폴리우레탄이 바람직하다.
상기 폴리에스테르-폴리올은 디카복실산과 글리콜을 반응시켜 수득하는데, 디카복실산 성분으로는 테레프탈산, 이소프탈산, 2, 5-나프탈렌 디카복실산 등의 방향족 디카복실산 또는 세바신 산 등의 지방족 디카복실산 등을 사용할 수 있으며, 글리콜 성분으로는 에틸렌 글리콜, 1, 4-부탄디올, 디에틸렌 글리콜 등의 지방족 글리콜 또는 기타 방향족 글리콜 등을 사용할 수 있다. 한편, 폴리이소시아네이트 화합물로는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄 디이소시아네이트, 트릴렌 디이소시아네이트 등과 같은 방향족 이소시아네이트 화합물이 가능하다.
이들 수지를 용매, 예를들면 메틸에틸케톤(MEK)과 톨루엔의 혼합액에 용해시켜 도포액을 제조할 수 있다.
또한, 상기 점착성 수지의 경화 성분으로서 이소시아네이트, 에폭시, 멜라민 또는 페놀을 사용하여 필름의 내후성을 증가시킬 수도 있다.
앞서 제조한 폴리에스테르 필름에 통상적인 방법으로 금속 성분, 예를 들면 알루미늄 또는 아연을 직렬 마진(series margin)으로 증착한 후, 증착된 필름의 증착면에 상기에서 제조한 점착성 폴리에스테르 수지 함유 도포액을 도포하고 건조시켜 폴리에스테르-폴리우레탄 수지가 0.5 내지 1.0g/m2의 양으로 도포되도록 함으로써, 본 발명의 고압 콘덴서용 금속증착 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 수득한다.
이하에서 본 발명을 실시예에 의거하여 보다 상세히 설명하겠지만, 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 금속증착 폴리에스테르 필름을 사용하여 제조한 권취형 필름 콘덴서의 특성은 콘덴서를 85℃에서 30kV의 인가전압으로 1000시간 동안 시험한 후 다음을 측정하였다.
1) 파괴수
시험중 파괴된 콘덴서의 갯수를 측정하였다.
2) 정전용량변화율
초기의 정전용량을 기준으로하여 시험후의 정전용량의 변화율을 측정하였다.
3) 유전손실 변화율
초기의 유전 손실을 기준으로하여 시험후의 유전손실의 변화율을 측정하였다.
[실시예 1]
디메틸테레프탈레이트와 에틸렌글리콜을 1대 2의 당량비로 혼합하고, 에스테르 교환 반응 촉매로서 칼슘 화합물과 안정제로서 트리에틸인산을 첨가하고, 중축합 촉매로서 안티몬 화합물을 첨가하여 중축합 반응을 수행하여 고유점도 0.621 dl/g의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 제조하였다. 상기 수득된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 290℃에서 용융압출하여 두께 80㎛의 시이트로 성형한 다음, 90℃에서 필름의 종방향으로 3.5배 연신하고 다시 140℃에서 필름의 횡방향으로 4.0배 연신한 후, 230℃에서 열처리하여 결정화도가 57%인 두께 6㎛의 이축연신 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 제조하였다. 상기 필름에 직렬 마진으로 알루미늄을 증착시키고, 증착면 상에 폴리에스테르(이소시아네이트 경화방식) 수지 도포액(폴리에스테르 수지 : 폴리이소시아네이트 경화제 : MEK : 톨루엔 = 5 :1 : 16 : 16)을 도포한 후, 건조 공정을 거쳐 폴리에스테르-폴리우레탄 수지가 0.5 내지 1.0g/㎡의 양으로 도포된 금속증착 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 제조하였다. 상기 필름을 6㎛의 이축배향 폴리에스테르 필름과 12㎛의 이축배향 폴리에스테르 필름 사이에서 그들과 함께 권취하여 콘덴서를 제조하였다. 제1도 (a)는 이와 같이 본 발명의 금속 증착 도포 필름을 사용하여 제조된 고압 콘덴서의 구조를 나타낸 것이다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 수행하되, 도포층의 경화제로서 멜라민 수지를 사용하였다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일하게 수행하되, 폴리에스테르(이소시아네이트 경화방식) 수지를 12㎛의 이축배향 폴리에스테르 필름에 도포하여 제조한 도포 필름을, 6㎛의 이축배향 폴리에스테르 필름에 알루미늄을 증착시킨 증착 필름 및 6㎛의 이축배향 폴리에스테르 필름과 함께 권취하여 콘덴서를 제조하였다. 제1도 (b)는 이와 같이 종래의 점착성 수지도포 필름과 금속증착 필름을 사용하여 제조된 고압 콘덴서의 구조를 나타낸 것이다.
[비교예 2]
비교예 1과 동일하게 수행하되, 도포층의 경화제로서 멜라민 수지를 사용하였다.
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 콘덴서의 특성을 상술한 방법에 따라 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
표 1에서 보듯이, 금속증착 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름의 금속증착막 위에 고분자 도포층을 직접 도포하는 경우, 증착막 전극의 계면에 존재할 수 있는 에어 갭이 제거되므로 금속 증착 전극과 에어 갭 간의 방전 현상이 배제되어 고온 고압하에서의 파괴 특성, 정전 용량의 안정성 및 유전손실 변화율이 상당히 향상됨을 알 수 있다.
Claims (3)
- 이축배향 폴리에스테르 기재 필름의 한쪽 면에 금속이 증착되고, 상기 금속 증착층 위에 점착성 수지가 도포된 것을 특징으로 하는 고압 콘덴서용 금속증착 이축배향 폴리에스테르 필름.
- 제1항에 있어서, 상기 점착성 수지가 폴리에스테르-폴리우레탄 수지임을 특징으로 하는 금속증착 이축배향 폴리에스테르 필름.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 점착성 수지가 0.5 내지 1.0g/㎡의 범위의 양으로 도포된 것을 특징으로 하는 금속증착 이축배향 폴리에스테르 필름.
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ID=19410783
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