KR100513965B1

KR100513965B1 - 폴리프로필렌필름및그것을유전체로서사용한콘덴서

Info

Publication number: KR100513965B1
Application number: KR10-1998-0702568A
Authority: KR
Inventors: 타카시 우에다; 이쯔오 나가이; 시게루 타나카; 타쿠미 히라노
Original assignee: 도레이 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-08-09
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 2005-12-16
Also published as: CA2229778A1; EP0885918A4; DE69714022D1; WO1998006776A1; CN1198759A; CN1081652C; DE69714022T2; EP0885918B1; KR19990064089A; US6094337A; EP0885918A1

Abstract

내열성 및 고온에서의 장기내절연파괴특성이 우수하고, 절연결함이 적고, 절연유에 침지할 때의 필름층 사이로의 절연유의 침투성과 내팽윤성이 우수한 2축배향 폴리프로필렌필름 및 이 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 내열성, 내절연파괴특성, 내코로나성, 장기내열내용성, 내전류성이 우수한 콘덴서를 제공한다.

본 발명의 필름은 2축배향한 폴리프로필렌필름으로서 그 필름의 이소탁틱도가 98∼99.5%, 이소탁틱도 팬타드 분율이 99% 이상이고, 회분이 30ppm 이하이고, 또한, 양면의 중심선 평균 표면조도가 모두 0.01∼0.4㎛인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌필름이다.

Description

폴리프로필렌필름 및 그것을 유전체로서 사용한 콘덴서

본 발명은 2축배향 폴리프로필렌필름 및 그를 유전체로서 사용하는 콘덴서에 관한 것이고, 특히, 내열성 및 내절연파괴특성이 우수하고, 또한 절연결함이 적고, 절연유에 침지될 때의 필름층 사이 틈으로의 절연유 침투성과 내팽윤성에 우수한 2축배향 폴리프로필렌필름, 및 그를 유전체로서 사용한 내열성, 내절연파괴특성, 내코로나성, 장기내열내용성, 또한, 내전류성에 우수한 콘덴서에 관한 것이다.

2축배향 폴리프로필렌필름은 투명성, 광택성 등의 광학적특성 및 파단강도, 파단신도 등의 기계적특성에 우수하고, 또한 수증기배리어 성능, 우수한 전기특성 등에 의해, 포장용도, 테이프 용도, 콘덴서 용도 등에 광범위하게 사용되어 왔다.

이러한 2축배향 폴리프로필렌필름은 필름 콘덴서의 유전체로서 사용되는 대표적인 소재의 하나이지만, 또 하나의 대표적 소재인 폴리에스테르필름과 비교해서 내열성이 낮기 때문에 콘덴서로서의 최고 사용온도가 85℃ 정도로 제한되었다. 이러한 이유로서, 사용온도가 고온으로 되면, 필름의 비정부(非晶部), 불순물의 영향 등으로 인해 본래의 폴리프로필렌필름의 특징인 절연파괴강도가 급격하게 저하되고, 특히 장기간의 사용으로 견딜 수 없게 되는 경우가 생긴다.

한편, 전기장치의 소형화에 따라서, 소자의 밀집화 및 고온화가 진전되어, 종래의 폴리프로필렌필름 콘덴서의 최고 사용온도를 더욱 상승시키려는 요구가 강해지고 있다. 특히 교류회로에서 설치된 콘덴서는 종래부터 콘덴서의 소자 내부로부터의 발열을 억제할 필요성에서 유전손실이 작은 특징을 갖는 폴리프로필렌필름이 유전체로서 사용되고 있지만, 교류회로를 설치한 환경이 고온으로 됨에 따라서, 사용 곤란한 상황으로 되고, 전기장치의 소형화 장해의 한 요인이 되고 있다. 이러한 이유로써, 지금까지 열원이 근방에 있는 회로는 열원에 의해 회로의 온도가 상승하지 않도록 열원으로부터 일정한 거리를 두고 설치되거나, 열원과 회로를 단열재로 차단하는 등의 처리가 실시되었으나, 소형화에 의해 회로를 열원의 극 근방에 단열재로 설치하도록 하는 요구가 늘어나고 있다. 이들 요구의 대표예가 가로등 등의 조명안정기로 사용되고 있는 교류회로나 모터의 제어회로 등이다. 이와 같은 요구에 따르기 위해서는 종래의 폴리프로필렌필름 콘덴서의 최고 사용 온도인 85℃ 보다도 고온으로 하고, 또한 장기간으로 성능을 유지할 필요가 있다.

이를 위한 유전체로 사용되는 폴리프로필렌필름은 (1) 단시간의 급속한 가열로 인한 기계적 변형, 즉 열수축률이 적당하게 작은 것, (2) 고온에서의 필름전기특성이 우수한 것, 및 (3) 전기특성의 고온 하에서의 경시적인 저하가 적은 것이 요구되고 있었다.

상기 (1)의 이유는 콘덴서소자를 제작할 때, 폴리프로필렌필름은 전극과 여러번 권취된 단계에서 일정온도 하에서 열처리가 행해지고, 적당한 열수축을 부여하여, 감아조임을 발생시키는 것에 의한 형태유지나 필름층 사이의 공기를 밀어내는 것을 행함이 일반적이지만, 열수축이 너무 크면 소자의 변형에 의한 콘덴서의 용량의 저하나 소자의 파괴가 발생하는 경우가 있기 때문이다. 또한, 열수축률이 너무 작으면, 감아조임이 불충분하거나, 장기간 고온 사용 하에서의 유전 정접의 상승으로 인한 소자의 파괴가 발생하는 경우가 있었다.

또한, 콘덴서소자를 절연유로 함침함으로써 발생하는 코로나를 억제하고, 연속사용에 있어서의 콘덴서의 용량저하나 절연파괴, 누설전류의 증대를 억제하는 것이 행해지는 경우가 있다. 이와 같이 절연유를 함침하는 경우, 유전체로 사용하는 폴리프로필렌필름에는 콘덴서소자로서 권취된 필름층 사이에 절연유가 균일하게 침투하도록 (4) 필름표면의 형상을 설계할 필요가 있고, 또한 (5) 절연유에 의한 치수변화나 팽윤을 억제할 필요가 있었다.

또한 상술한 바와 같이 전기장치의 소형화에 따라, 상기와 같은 특성의 향상이 요구하고 있는 한편, 필름 콘덴서 자체를 더욱 소형으로 하고자 하는 요구도 강해지고 있다. 그 때문에, 콘덴서의 단위부피당의 정전용량을 높일 필요가 있고, 유전체인 필름의 두께를 얇게 할 필요가 있었다. 그 결과, 내절연파괴특성에 여유를 갖게 하기 위해서, 두꺼운 필름으로 설계가 수행되어 왔으나, 상술한 바와 같은 필름의 박막화에 따라서, 필름에 실온분위기 하에 있어서도 높은 정도의 내절연파괴특성이 요구되고 있다.

특히, 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 고주파회로용 콘덴서에 있어서는, 점점 더 높은 정도의 내절연파괴특성과 내전류성이 요구되고 있다.

이러한 과제에 대하여, 일본특허공개 형6-236709호 공보에는 회분이 낮고, 비등 n-헵탄 가용분이 1중량%∼10중량%인 것으로부터 가공성이 우수하고, 실온으로부터 80℃까지의 전기절연성이 우수한 고분자절연재료가 기재되어 있고, 비등 n-헵탄 불용분의 이소탁틱 팬타드 분율이 90% 이상의 것이 바람직하다고 기재되어 있다.

또한, 일본특허공개 평7-25946호 공보에는 같은 비등 헵탄 불용분이 80중량% 이상, 특히 바람직하게는 96중량% 이상이고, 그 비등 헵탄 불용성분의 이소탁틱 팬타드 분율이 0.970∼0.995의 범위에 있는 프로필렌중합체 및 이것을 이용한 성형체가 제안되어 있다.

그러나, 이들에 제안되어 있는 것과 같이, 단지 비등 n-헵탄 불용분의 이소탁틱 팬타드 분율이 높은 2축배향 폴리프로필렌필름으로는, 본 발명이 목표로 하는 85℃를 넘는 고온에서의 내절연파괴특성과 이 필름을 유전체로서 사용한 콘덴서소자의 장기간의 내열성이 불충분하였다. 즉, 상기의 종래 기술에 의한 입체규칙성이 높은 2축배향 폴리프로필렌필름은 비등 n-헵탄 불용부의 이소탁틱 팬타드 분율이 비교적 높지만, n-헵탄 가용분의 이소탁틱 팬타드 분율이 낮기 때문에, 필름으로서의 이소탁틱 팬타드 분율이 결과적으로 낮고, 입체규칙성이 불충분하였다. 또한 이소탁틱도가 매우 높은, 이른바 고결정성의 2축배향 폴리프로필렌필름은, 입체규칙성이 불충분하기 때문에 제막성이 매우 나쁘고, 내열성과 내절연파괴특성이 우수한 2축배향 폴리프로필렌필름을 제조하기 위한 공업적으로 유용한 기술로서 확립된 것은 아니다. 이 결점을 해소하기 위한 기술로서, 일본특허공고 평4-28727호 공보에는, 이소탁틱 팬타드 분율이 0.960∼0.990의 범위에 있고, 또한 비등 n-헥산 및 비등 n-헵탄에서 순서대로 추출된 피추출물의 전체 양이 3.0∼6.0%로 되는 것으로 성형성이 우수한 결정성 폴리프로필렌필름이 제안되어 있다. 그러나, 이소탁틱 팬타드 분율이 충분하지 않고, 고온에서의 내절연파괴특성이 불충분하였다.

또한, 일본특허공개 평5-217799호 공보에는, 특정 열변형 온도와 영률(Young's modulus)을 가지고, 결정화도가 높고, 입체규칙성이 좋은 고강성 폴리프로필렌필름에 금속을 증착한 고강성 증착금속화 필름을 이용한 증착필름 콘덴서가 제안되어 있다. 그러나 입체규칙성은 단지 약 90% 정도이고, 고온에서의 절연파괴특성이 불충분하였다.

또한, 일본특허공개 평7-50224호 공보에는 120℃에 있어서의 열수축률이 길이방향으로 4.0% 이하, 폭방향으로 0.8% 이하인 금속화 폴리프로필렌필름이 제안되어 있다. 그러나, 필름의 이소탁틱도 및 입체규칙성이 종래의 것이고, 미래의 고도한 요구에 대응하기 위한 본 발명의 목적인 고온에서의 내절연파괴특성이 반드시 충분하다고는 할 수 없었다

도 1은 본 발명의 한 면에 금속층을 설치된 폴리프로필렌필름의 일실시예의 평면도이다.

도 2는 본 발명의 한 면에 금속층을 설치하고, 전극을 필름 길이방향으로 섬 형상으로 분리한 폴리프로필렌필름의 또 다른 실시예의 평면도이다.

도 3은 본 발명의 한 면에 금속층을 설치하고 전극의 보안기능이 필름 폭방향으로 여러개 갖는 폴리프로필렌필름의 일실시예의 평면도이다.

(도면부호의 설명)

1: 금속층(내부전극) 2: 절연홈부(마진부)

3: 절연홈부(내부전극을 섬 형상으로 분리) 4: 보틀넥(보안기능부)

본 발명자 등은 폴리프로필렌필름의 이소탁틱도와 입체규칙성을 고도로 제어함으로써, 매우 높은 이소탁틱도의 폴리프로필렌필름의 제막을 가능하게 하고, 또한 적정한 제막 조건을 채용함으로써, 종래의 기술에서는 달성하여 얻을 수 없었던 폴리프로필렌필름의 특징인 내절연파괴특성을 한층 더 향상시키고, 또한 고온에서의 이러한 특성의 저하 및 고온에서의 장기열화를 억제시킨 품질의 격차가 작은 콘덴서가 얻어지는 것을 발견하여 본 발명을 달성하였다.

본 발명의 목적은 내열성 및 고온과 상온에서의 장기내절연파괴특성이 우수하고, 또한 절연결함이 적고, 절연유로 침지할 때의 필름층간의 침투성과 내팽윤성이 우수한 폴리프로필렌필름을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 폴리프로필렌필름을 유전체로서 이용한 내열성 및 고온과 상온에서의 장기내절연파괴특성, 내코로나성, 내전류성이 우수한 콘덴서를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 2축배향된 폴리프로필렌필름으로서, 그 필름의 이소탁틱도가 98∼99.5%, 이소탁틱 팬타드 분율이 99% 이상이고, 회분이 30ppm 이하이고, 또한, 양면의 중심선 평균표면 조도가 모두 0.01∼0.4㎛인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌필름인 것에 의하여 달성된다. 또한, 본 발명의 폴리프로필렌필름을 유전체로 하는 콘덴서는 내열교류회로용 콘덴서, 고주파회로용 콘덴서, 내열직류회로용 콘덴서로서 바람직하게 이용된다.

본 발명의 폴리프로필렌필름에 이용되는 폴리프로필렌은 주로 프로필렌의 단독중합체로 이루어지지만, 본 발명의 목적을 저해하지 않은 범위로 다른 불포화탄화수소에 의한 공중합성분 등을 함유하더라도 좋고, 프로필렌이 단독이 아닌 중합체가 혼합되어 있어도 좋다.

이러한 공중합성분이나 혼합물을 구성하는 단량체성분으로서 예를들면 에틸렌, 프로필렌(공중합된 혼합물의 경우), 1-부텐, 1-펜텐, 3-메틸펜텐-1, 3-메틸부텐-1, 1-헥센, 4-메틸펜텐-1, 5-에틸헥센-1, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 비닐시클로헥센, 스티렌, 알릴벤젠, 시클로펜텐, 노르보르넨, 5-메틸-2-노르보르넨 등이 열거된다. 공중합량 또는 혼합량은 내절연파괴특성, 내열성의 점에서 공중합량은 1몰% 미만, 혼합물은 10중량% 미만이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 폴리프로필렌필름의 이소탁틱도는 제막성의 점에서 99.5% 이하로 할 필요가 있다.

여기서, 이소탁틱도는 필름을 비등 n-헵탄으로 추출한 경우의, 추출전 필름중량에 대한 불용분의 중량의 비율에 의해 정의된다. 이소탁틱도가 지나치게 높으면, 일본특허공개 평6-236709호 공보에 있는 바와 같이 2축배향한 필름을 제조할 때, 연신성이 나쁘고, 제막이 매우 어려워 진다. 또한 내열성, 내절연파괴특성의 점에서 이소탁틱도는 98% 이상일 필요가 있다.

양호한 제막성과 내열성, 내절연파괴특성을 위해서, 보다 바람직한 이소탁틱도는 98.5∼99.5%이고, 더욱 바람직하게는 98.7∼99.3%이다.

이러한 이소탁틱도를 갖는 폴리프로필렌필름으로 하는 데는, 원료인 폴리프로필렌 수지의 비등 n-헵탄에 녹기 쉬운 저분자량성분이나, 입체규칙성이 낮은, 즉 혼성배열 부분의 비율이 적당히 낮은 것을 선택하는 등의 방법을 채용할 수가 있다.

본 발명에 있어서, 폴리프로필렌필름의 입체규칙성은 ¹³C-NMR에 의해 측정한 메틸기의 흡수피이크에 의한 팬타드 분율에 의해 평가할 수가 있다. 일반적으로, 폴리프로필렌분자사슬에 있어서의 5개의 반복단위(팬타드)의 입체배열은 mmmm, mmmr, rmmr, ‥, rrrr, mrrr, mrrm으로 된 것이 있다. 여기서, m은 메소(meso), r은 라세모(rasemo)의 입체배열을 보인다. 폴리프로필렌 필름의 팬타드 분율은 예를들면, T.Hayashi 등의 보고[Polymer, 29,138∼143(1988)]에 있는 바와 같이, 상기 각각의 입체배열을 갖는 세그먼트의 비율을 ¹³C-NMR에서 구할 수 있다. 이들 내의, 전체 메틸기의 흡수강도에 대한 mmmm의 입체배열의 비율, 즉 이소탁틱 팬타드 분율(이하 간단하게 mmmm으로 표현)은, m(mmmm)m, m(mmmm)r, r(mmmm)r의 3개의 헵타드 분율의 합으로서 정의된다.

본 발명의 폴리프로필렌필름의 이소탁틱 팬타드 분율 mmmm은 99% 이상이다. 이러한 필름은 지극히 긴 이소탁틱 세그먼트를 갖는 분자로부터 구성된 폴리프로필렌으로 이루어져 있기 때문에, 고결정성, 고내열성, 고내절연파괴특성의 필름을 제공할 수 있다. 본 발명의 폴리프로필렌필름의 mmmm은 고내열성, 고내절연파괴특성의 점에서 바람직하게는 99.1% 이상이고, 보다 바람직하게는 99.2% 이상이고, 더욱 바람직하게는 99.3% 이상이다. 이러한 입체규칙성을 부여하는 데는, 원료인 폴리프로필렌 수지의 입체규칙성을 고도로 제어하는 것이 효과적이다. 이러한 원료를 작성하는 방법으로서는, 폴리프로필렌을 중합할 때의, 촉매계(고체촉매, 외부첨가 전자공여성 화합물)나, 이들의 순도에 의해 달성된다. 원료의 폴리프로필렌 수지의 mmmm이 높은 것 만큼, 폴리프로필렌필름의 mmmm이 높아지는 경향이 확인되었으나, 원료의 추출계 내에서의 극도의 열화화도 mmmm을 저하시키기 때문에, 고온 추출계에서의 원료의 장시간 체류를 피하는 등의 구조적 고안, 추출 조건이 적당히 선택된다.

또한, 본 발명의 폴리프로필렌필름에 이용되는 폴리프로필렌의 중합과정에서는 금속을 포함하는 화합물을 촉매로서 이용하여 필요에 따라서 중합 후에 이 잔류물을 제거하는 것이 하나의 일반적인 것이지만, 이 잔류물은 수지를 완전히 연소시킨 나머지의 금속산화물의 양을 구하는 것으로 평가할 수 있고, 이것을 회분이라고 부른다.

본 발명의 폴리프로필렌필름의 회분은 30ppm 이하일 필요가 있고, 바람직하게는 25ppm 이하이고, 보다 바람직하게는 20ppm 이하이다. 회분이 30ppm을 넘으면, 그 필름의 내절연파괴특성이 저하하여, 이것을 이용한 콘덴서의 절연파괴강도가 저하한다. 회분을 이 범위로 하기 위해서는, 촉매잔류물이 적은 원료를 이용하는 것이 중요하지만, 제막 시의 추출계로부터의 오염 또한 가능한 저감하는 등의 방법, 예를 들면 브리딩(bleeding) 시간을 1시간 이상으로 하는 등의 방법을 채용할 수가 있다.

본 발명의 폴리프로필렌 필름에 이용되는 폴리프로필렌에는 널리 알려진 첨가제, 예를들면 결정핵제, 산화방지제, 열안정제, 미끄럼제, 대전방지제, 블로킹방지제, 충전제, 점도조정제, 착색방지제 등을 본 발명의 특성을 악화시키지 않은 범위에서 함유시킬 수도 있다.

이들 중에서, 산화방지제의 종류 및 첨가량의 선정은 장기내열성에 있어서 중요하다. 본 발명의 폴리프로필렌필름에 첨가되는 산화방지제는 입체장해성을 가지는 페놀성의 것이므로, 그 중 적어도 1종은 분자량 500 이상의 고분자량 형태인 것이 용융압 시의 비산방지를 위해 바람직하다.

이 구체예로서는 여러 가지의 것이 열거되지만, 예를들면 2,6-디-t-부틸-p-크레졸(BHT: 분자량220.4)과 함께 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠(예를들면, 치바가이기제 Irganox1330:분자량 775.2) 또는 테트라키스[메틸렌-3(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄(예를들면, 치바가이기제 Irganox1010:분자량1177.7)등을 병용하는 것이 바람직하다. 산화방지제의 총함유량은 폴리프로필렌 전체량에 대하여 0.03∼1.0중량%(300∼10000ppm)의 범위가 바람직하다. 0.03중량% 미만으로서는 장기내열성에 뒤떨어지는 경우가 있고, 1.0중량%를 넘으면, 이들 산화방지제의 배출에 의한 고온하에서의 블로킹에 의해, 콘덴서소자에 악영향을 미치게 되는 경우가 있다. 보다 바람직한 함유량은 0.1∼0.9중량%이고, 더욱 바람직하게는 0.2∼0.8중량%이다.

산화방지제 중에서도, 보다 양호한 전기 특성을 나타내는 2,6-디-t-부틸-p-크레졸(BHT:분자량 220.4)과 같이, 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠(예를들면 치바가이기제 Irganox 1330:분자량 775.2) 또는 테트라키스[메틸렌-3(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄(예를들면 치바가이기제 Irganox 1010:분자량 1177.7) 중 어느 것을 단독 또는 병용하여 0.05∼0.35중량% 함유하고 있는 것이 폴리프로필렌필름을 유전체로서 이용한 콘덴서의 장기안정성의 관점에서 바람직하다.

또한, 결정핵제의 첨가는 필름의 표면조도나 투명성에 작용을 미치게 하지만, 절연파괴강도가 악화하는 경향이 있으므로 첨가량으로서 0.1중량% 미만으로 하는것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 실질적으로 첨가되어 있지 않은 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 폴리프로필렌필름에 사용되는 입체규칙성이 우수한 폴리프로필렌의 극한점도는, 특별하게 한정되지 않지만, 제막성의 점에서 1∼10㎗/g의 범위가 바람직하다. 또한, 230℃, 2.16kg 가중에 있어서의 용융체 유동속도는 제막성의 점에서 2∼5g/10분의 것이 바람직하다. 극한점도나 용융체 유동속도를 상기 값으로 하기 위해서는 평균분자량이나 분자량분포를 제어하는 방법 등이 채용된다.

본 발명의 폴리프로필렌필름은 상술한 특성을 고려하여 얻은 원료를 이용하여, 2축배향됨으로써 얻어진다. 미배향의 필름으로는 본 발명이 목적으로 하는 고결정성, 고내열성, 고내절연파괴특성의 필름은 얻어지지 않는다. 2축배향의 방법으로서는, 인플래이션동시2축연신법, 스텐터동시2축연신법, 스텐터연속2축연신법 중 어느 하나의 방법에 의해서도 얻어지지만, 그 중에서도, 제막안정성, 두께 균일성, 후술하는 표면조도를 제어하는 점에 있어서, 스텐터연속2축연신법에 의해 제막된 것이 바람직하게 사용된다.

본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름의 양면의 중심선 평균표면조도가 모두 0.01∼0.4㎛일 필요가 있다. 중심선평균조도가 지나치게 크면, 필름을 적층한 경우에 층간에 공기가 들어가 콘덴서소자의 열화에 관계하고, 또한 필름에 금속층을 형성할 때, 금속층에 구멍 등이 생겨, 고온 시의 절연파괴강도나 소자수명이 저하되거나, 전압인가 시에 전하가 집중하여, 절연결함의 원인이 된다. 반대로 지나치게 작으면 필름의 미끄러짐이 악화되어, 취급성이 뒤떨어지거나, 콘덴서소자에 절연유를 함침하는 경우는 필름층 사이에 절연유가 균일하게 침투하지 않고, 연속사용 시에 용량변화가 커진다. 필름의 양면의 중심선 평균표면조도의 더욱 바람직한 범위는 0.03∼0.3㎛이고, 더욱 바람직하게는 0.04∼0.25㎛이다.

또한 본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름은 하기의 식으로 정의되는 필름두께의 측정방법에 의한 차(Δd)가 0.01∼0.5㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.02∼0.4㎛, 가장 바람직하게는, 0.03∼0.3㎛이다.

Δd=d(MMV)-d(WMV)

[여기서 d(MMV)는 10장 겹친 마이크로미터법 필름두께(㎛)이고, d(WMV)는 중량법필름두께(㎛)이다]

Δd가 0.5㎛을 넘으면, 콘덴서로 했을 경우, 필름표면의 요철에 의해 감아서 겹쳐진 필름층 사이에 틈이 생기며, 이것에 의해 전극단부로 코로나방전이 유기되어, 내전압이 저하함과 동시에 전기용량도 저하되기 때문에 바람직하지 못한 경우가 있고, 0.01㎛ 미만에서는 필름끼리의 접촉면적이 크기 때문에 롤형상의 필름을 풀 때 발생하는 정전기방전에 의해서 필름에 절연결함을 발생시키는 경우가 있다.

또한, 본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름의 양면의 최대조도(Rt)는 0.1∼4.0㎛의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3∼3.0㎛이다. 최대조도가 0.1㎛ 미만에서는 미끄럼성이 악화되어, 공기빠짐이 나빠져 세로주름 등이 들어가고, 권취성이나 취급성이 저하하는 경우가 있다. 한편, Rt가 4.0㎛을 넘으면 표면의 조면화(粗面化)가 지나치게 커서 필름을 적층한 경우에 층간에 공기가 들어가 콘덴서소자의 열화로 이어질 뿐 아니라, 필름파단이 발생하여, 생산성이 저하되는 경우가 있다.

본 발명에 있어서, 2축배향 폴리프로필렌필름의 밀도로부터 구한 결정화도는, 70% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 72% 이상이고, 더욱 바람직하게는 74% 이상이다. 결정화가 70% 미만일 때, 그 2축배향 폴리프로필렌필름의 내열성, 내절연파괴특성, 또는 증착가공성이 저하되는 경우가 있다.

본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름은 120℃, 15분간 가열 시의 기계방향과 폭방향의 열수축률의 합이 1.5∼3.5%의 범위인 것이 바람직하다. 열수축률이 지나치게 크면, 전극으로서의 금속층 형성 시에 치수변화를 일으켜 필름롤에 주름이 들어가기도 하고, 콘덴서소자 작성 시의 열에 의한 기계적변형이 지나치게 크기 때문에 필름 안쪽 및/또는 외부전극과의 접촉부에 압력이 발생하여, 콘덴서의 용량저하가 커지기도 하고, 소자의 파괴에 이르기도 한다. 열수축률이 지나치게 낮을 때에는, 콘덴서소자 작성 시의 열처리에 의해 감아조임이 불충분하고, 형태유지성이나 용량변화율에 악영향을 미치게 하는 경우가 있다. 더욱 바람직한 열수축률은 상기의 합이 1.6∼3.3%이고, 더 바람직하게는 l.7∼3,0%, 더욱 바람직하게는 1.8∼2.8%, 특히 바람직하게는 1.8∼2.5%의 범위이다.

특히, 후술하는 필름의 폭방향에 금속증착막의 막두께를 변화시켜서, 외부전극과 접촉부의 막 두께를 상대적으로 증대시키는 방법을 채용한 경우, 필름롤에 증착막 두께의 다른 부분이 필름 길이방향에 줄무늬 형상으로 형성되기 때문에, 열수축률이 크면 필름롤의 주름이 커져서 콘덴서소자로 가공할 때, 슬릿단면이 갖추어지지 않게 되어, 외부전극과의 접속이 불충분하게 됨으로써, 내전류성이 악화되어 사용상 문제가 발생하는 경우가 있다.

본 발명에 있어서, 2축배향된 폴리프로필렌필름의 두께(10장을 포개어 마이크로미터법에서의 필름두께)는 제막성이나 기계특성, 전기특성의 점에서 2,0∼30㎛가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2.5∼20㎛이다. 필름의 두께가 지나치게 작으면, 절연파괴강도나 기계적 강도가 악화하는 경향이 있고, 또한 금속화, 특히 열이 약해짐에 의한 필름의 손상이 발생하는 경우가 있다. 필름의 두께가 지나치게 크면 균일한 두께의 필름을 제막하는 것이 곤란하게 되고, 또한 콘덴서용의 유전체로서 사용할한 경우, 체적 당 용량이 작게 되기 때문에 바람직하지 못하다.

또한, 필름의 두께는 사용하는 용도에 따라서, 사용하는 전원의 종류가 직류또는 교류 및 그 사용전압, 콘덴서의 크기와 용량을 감안하여 선택된다. 교류용도, 특히 내열성이 요구되는 교류회로에 사용하는 콘덴서에서 필름의 두께는 3∼10㎛의 범위가 바람직하고, 한편, 직류용도, 특히 고주파회로에 사용되는 콘덴서 중, 대전류로 사용하는 용도, 즉 내전류성이 요구되는 용도에는 3∼10㎛, 특히 내절연파괴특성이 요구되는 용도에는 5∼15㎛의 범위가 바람직하고, 내열성이 요구되는 직류회로에서는 3∼15㎛의 범위가 바람직하다. 전력용도로는 15∼25㎛의 범위가 바람직하다.

본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름은 도데실벤젠에 침지시킬 때의 중량변화율이 5∼12%인 것이 바람직하다. 이 중량변화율은 필름의 팽윤성과 대응하고 있고, 중량변화율이 12%를 넘으면 콘덴서소자에 절연유를 함침하는 과정에 있어서, 절연유의 침투경로인 소자단부로의 필름의 팽윤이 크고, 침투경로인 필름층 사이에 있는 적절한 틈이 막힐 수 있기 때문에 소자내부까지 절연유가 침투하는 것이 저해되어, 절연유에 의한 내코로나성 부여의 효과가 충분하게 얻어지지 않게 되지만 팽윤에 의해 콘덴서소자의 유전체인 필름에 과도한 압력이 가해져, 절연파괴강도가 저하되는 경우가 있다. 또한, 중량변화율이 5% 미만에서는 필름표면과 절연유와의 친화성의 저하로부터, 필름층 사이로의 절연유의 침투속도가 저하하여 소자의 내부까지 균일하게 충전되기 어렵게 되어, 역시 절연유에 의한 내코로나성 부여의 효과가 충분하게 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 중량변화율의 더욱 바람직한 범위는 6∼11%이고, 가장 바람직하게는 7∼11%이다.

본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름은 도데실벤젠에 침지할 때의 필름의길이방향의 치수변화율이 -1∼1%인 것이 바람직하다. 필름의 길이방향의 치수변화율이 1%를 넘으면 콘덴서소자에 절연유를 함침하는 과정에 있어서, 단단하게 감김이 발생하고, 필름층간에 있는 적절한 빈틈이 막힐 수 있기 때문에 소자내부까지 절연유가 침투하는 것이 저해되어, 절연유에 의한 내코로나성 부여의 효과가 충분하게 얻어지지 않게 되는 경우가 있다. 또한, 필름의 길이방향의 치수변화율이 -1% 미만(즉 -2%, -3% 등)에서는, 콘덴서소자 내부에서 필름이 부분적으로 굴곡, 유전손실이 악화된다. 필름의 길이방향의 치수변화율의 더욱 바람직한 범위는 -0.8∼0.8%이고, 가장 바람직하게는 -0.6∼0.6%이다.

본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름은 도데실벤젠에 침지시킬 때의 필름 폭방향의 치수변화율이 -2∼2%인 것이 바람직하다. 필름의 폭방향의 치수변화율이 2%를 넘으면 메탈리콘과의 접촉불량이 생겨, 유전손실이 악화되는 경우가 있다. 또한, 필름의 폭방향의 치수변화율이 -2% 미만(즉 -3%, -4% 등)에서는 콘덴서소자 내부에서 필름이 부분적으로 변형, 동일하게 유전손실이 악화되는 것이다. 필름의 폭방향의 치수변화율의 더욱 바람직한 범위는 -1.5∼1.5%이고, 가장 바람직하게는 -1∼1%이다.

또한, 본 발명의 2축배향 폴리프로필렌필름의 산소흡수 유도시간은 20분 이상인 것이 그 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 콘덴서의 장기내용성(長期耐用性)이 양호하기 때문에 바람직하다.

또한, 본 발명의 2축배향 폴리프로필렌필름은 고온으로 사용되는 콘덴서의 유전체로서 사용되는 경우를 고려하여, 20℃에서의 절연저항(IR₁)이 1.5×10⁵ΩF 이상이고, 100℃에서의 절연저항을 IR₂로 할 때 IR₁/IR₂는 700 이하인 것이 바람직하고, 특히 내열직류회로용 콘덴서로서 적절하게 사용된다. IR₁이 2×10⁵ΩF 이상이고, IR_l/IR₂가 500 이하인 것이 더욱 바람직하다. IR₁이 1.5×10⁵ΩF 미만일 때, IR₁/IR₂가 700을 넘으면 콘덴서를 오래 사용할 경우 내전압특성을 저하시키는 경우가 있다.

본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름에 금속층을 형성하여 사용하는 경우는, 금속층을 형성하는 면에 접착력을 높이기 위해서 코로나방전처리 또는 플라즈마처리를 하는 것이 바람직하다. 코로나방전처리는 공지의 방법을 이용할 수 있지만, 처리를 할 때에 분위기 가스로서 공기, 탄산가스, 질소가스 및 이것들의 혼합가스 중에서의 처리가 바람직하다. 또한 플라즈마처리는 여러가지 기체를 플라즈마 상태로 두고, 필름표면을 화학변성시키는 방법을 채용할 수가 있고, 예를 들면 일본특허공개 소59-98140호 공보에 기재된 방법 등이 있다.

본 발명의 콘덴서에 유전체로서 사용하는 2축배향된 폴리프로필렌필름은 전극으로서 이용하는 금속박과 같이 감은 것이라도 좋고, 전극으로서, 미리 금속화를 실시한 것이라도 좋지만, 콘덴서소자의 소형화를 위해서는 금속화하여 두루 감는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름에 금속층을 형성하는 경우 금속은 특별하게 한정되는 것은 아니지만, 알루미늄, 아연, 구리, 주석, 은, 니켈 등을 단독 또는 병용하여 사용하는 것이 금속화층의 내구성, 생산성의 점에서 바람직하고 알루미늄 또는 아연을 주성분으로 하는 금속인 것이 더욱 부가적인 효과로서 알루미늄으로는 콘덴서의 절연파괴 시의 자기회복성(셀프힐(self-heal)성)의 향상, 아연으로는 콘덴서에 내코로나성이 얻어지기 때문에 바람직하다. 여기서 주성분이 되는 금속은 금속층을 형성하는 금속 중, 50중량% 이상으로 되는 것을 가리킨다. 실제로 금속층을 구성하는 각각의 금속의 함유량을 정량하기 위해서는, 우선 일정량의 금속층을 염산을 이용하여 용해시킨 뒤, 플라즈마 발광분광계(ICP)로서 개개의 금속 함유량을 정량하는 방법이 바람직하게 채용된다.

또한, 본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름에 금속층을 형성하는 경우, 금속은 교류용으로 사용되는 콘덴서에 있어서는, 콘덴서의 내코로나성을 우선한다는 관점에서, 아연을 주성분으로 하는 금속층인 것이 바람직하고, 아연을 주성분으로 하여, 주성분 이외의 금속으로서 알루미늄을 이용한 합금이 내코로나성과 적절한 콘덴서가 파괴할 때의 자기회복성(셀프힐성)이 양립하기 때문에 더욱 바람직하다. 아연과 알루미늄의 합금을 이용한 경우, 아연의 함유량은 80중량% 이상, 95중량% 이하가, 알루미늄은 5중량% 이상, 20중량% 이하가 가장 바람직하다.

한편, 본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름에 금속층을 형성하는 경우의 금속은 직류용으로 사용되는 콘덴서에 있어서는 콘덴서의 절연파괴 시의 자기회복성(셀프힐성)의 향상을 우선한다는 관점에서, 알루미늄을 주성분으로 하는 금속층인 것이 바람직하다.

본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름에 금속층을 형성하는 방법은, 진공증착법, 스퍼터링법, 이온빔법 등을 들 수 있지만, 특별하게 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 금속화 필름의 막저항값은 1Ω/□∼ 40Ω/□의 범위가 바람직하게 채용된다. 보다 바람직하게는 1.2Ω/□∼30Ω/□ 이다. 막저항값이 지나치게 작으면, 증착막의 두께가 두껍고, 증착시에 열손실이 생겨서 크레이터상의 표면결점이나 4㎛ 전후의 얇은 필름으로서는 구멍 등이 발생하는 일이 있고, 또한, 막저항값이 지나치게 크면 유전정접이 악화되고, 교류과전 시에 콘덴서의 내부로부터의 발열에 의해 장기내압이 유지되지 않게 된다. 막저항값을 이 범위로 하는 데는 증착 시의 막저항값의 모니터에 의해 제어하는 방법이 바람직하게 채용된다.

또한, 본 발명에 있어서 2축배향된 폴리프로필렌필름을 유전체로서 이용한 콘덴서를 내열교류회로나 직류회로의 안에서 고주파회로나 내열성이 요구되는 용도에 있어서 사용되는 경우는, 막저항값이 상술한 이유에 의해 2Ω/□∼10Ω/□인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서 2축배향된 폴리프로필렌필름을 유전체로서 이용한 콘덴서를 직류용도로 특히 고주파회로에 사용하는 경우의 막저항값은 필름 폭방향으로 연속적으로 변화하여, 외부전극과의 접촉부가 가장 막저항값이 낮고, 절연구조에 가까운, 즉 실질적으로 필름유전체를 끼워 내부전극이 되는 부분의 막저항값이 높은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 필름 폭방향에서 최소 2Ω/□으로부터 최대10Ω/□의 범위에서 연속적으로 저항값이 변화하는 금속층을 설치한 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 증착 시에 기재필름과 금속의 증발원의 사이에 기재필름의 주행방향으로 연장된 빗형상방착판(櫛狀防着板)을 설치하는 것으로, 필름 폭방향으로 증착금속의 프럭스의 강약을 마련하는 것 등으로 달성할 수 있다.

필름 중에는 원료나 제막공정에서 도입되는 이른바, 절연결함이 잠재적으로 존재하기 때문에, 콘덴서 제조공정 중, 전압처리를 수행하여 절연결함을 불활성화하는 클리어링이라고 불리는 공정을 하는 것이 일반적이다. 클리어링의 메카니즘은 절연결함부에서의 절연파괴에 의한 줄열에 의해서 주변의 금속전극이 증발하여 방전파괴부를 전극으로부터 전기적으로 격절하는 것에 의한다. 절연파괴에 의한 줄열은 증착금속, 증착막 두께에 상관없이 일정하기 때문에, 주변의 금속전극이 증발하기 쉬운 것이 클리어링의 효과에 영향을 주고(셀프힐성), 특히 전극막 두께가 작은 쪽이 금속전극이 완전하게 증착하여 클리어링을 완전히 행할 수 있어 바람직하다.

클리어링이 불완전하면, 특히 고전압을 사용했을 시에 절연파괴에 도달하는 경우가 있다. 고주파 회로용도에 있어서, 특히 고전압에서의 사용이 행하여지는 경우에는 상기 이유에서 전극막 두께를 작게 할 필요가 있지만, 전체로서 막 두께를 작게 하면, 외부 전극과의 접촉부도 막두께를 작게 하지 않을 수 없고, 외부전극과의 접촉이 불충분하고, 콘덴서로서의 유전정접tanδ이 커지는 경우가 있다. 이것을 피하기 위해서, 내부 전극부는 막두께를 작게 하고, 외부전극 접촉부는 막두께를 크게 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 2축배향된 폴리프로필렌필름의 한 면에 금속층을 형성하는 경우에서, 또한, 필름의 중심선 평균표면조도에 양측의 면 사이에 차이가 있는 경우는, 보다 표면조도가 작은 면에 금속층을 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 금속층의 표면결점을 최소한으로 억제 할 수 있어, 절연파괴강도나 소자수명을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 2축배향된 폴리프로필렌필름에 금속층을 형성할 때에 설치되어지는 절연홈부(전기절연 목적 등에 의해 금속층을 형성하는 면에 설치되어지는 금속층이 없는 부분)의 수단은, 일반적인 타입 이외에 퓨즈기구를 설치한 것 등 목적에 따라서 채용할 수 있지만, 특히 내부전극으로 되는 금속층이 필름의 폭방향 한편의 단부에 필름의 길이방향에 연속하여 절연홈부를 설치하여 형성됨과 동시에, 필름에 방전파괴가 발생하였을 때의 전류에 의해, 그 방전파괴 주변의 내부전극을 방전이 발생하지 않은 다른 내부전극 부분과 전기적으로 절연하는 보안기능을 갖는 내부전극을 형성하면 콘덴서의 연속사용 후의 용량변화를 최소한으로 할 수 있어 바람직하다.

또한, 내부전극으로 이루어지는 금속층이 필름 폭방향의 한편 단부에 필름의 길이방향으로 연속하여 절연홈부를 설치하여 형성됨과 동시에 필름에 방전파괴가 발생하였을 때의 전류에 의해, 그 방전파괴 주변의 내부전극을 방전이 발생하지 않은 다른 내부전극 부분과 전기적으로 절연하는 보안기능을 갖는 절연홈부가 필름의 길이방향으로 여러개의 섬 형상으로 분리되고, 또한 필름의 폭방향의 이미 한쪽의 단부의 연속한 금속층과 보틀넥에 의해 접속하는 것에 의하여 형성하면, 유전손실tanδ의 악화가 적고, 또한 콘덴서의 연속 사용 후의 용량변화를 최소한으로 억제할 수 있기 때문에, 특히 내열교류회로용 콘덴서로 바람직하게 이용된다.

또한, 내부전극이 되는 금속층이 필름의 폭방향 한쪽의 단부에 필름의 길이방향으로 연속하여 절연홈부를 설치하여 형성됨과 동시에, 필름에 방전파괴가 발생하였을 때의 전류에 의해, 그 방전파괴 주변의 내부전극을 방전이 발생하여 있지 않은 다른 내부전극 부분과 전기적으로 절연하는 보안기능을 필름폭 방향으로 여러개 갖는 내부전극을 형성하면 내부전극의 막저항이 커지게 되고, 유전손실tanδ이 악화되지만, 콘덴서의 연속사용 후의 용량변화를 가장 효율적으로 억제할 수 있기 때문에, 특히 내열직류회로용 콘덴서로 바람직하게 사용된다.

절연홈부를 설치하는 방법은 레이저마진법, 오일마진법 등이 있고, 특별하게 한정하지는 않지만 간편한 오일마진법이 바람직하게 채용된다.

본 발명에 있어서, 2축배향된 폴리프로필렌필름에 금속층을 형성하는 경우의 콘덴서의 형식은 한쪽 면에 금속층(마진을 가지는)을 형성한 2장 한쌍의 필름을 합쳐서 권취하고, 각각의 쌍으로 된 금속층을 2개의 외부 취득전극(리드전극)에 단락하지 않도록 접속하는 형식이나, 양면에 금속층(각 마진을 가지는)을 부착한 필름과 금속층을 형성하지 않은 1장 이상의 필름을 한 쌍으로 합쳐서 권취하고, 각각의 쌍으로 이루어지는 금속층을 2개의 부착전극(리드전극)에 단락하지 않도록 접속하는 방법 등을 들수 있지만, 특히, 이 방법에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 필름에 형성된 금속층과 외부취득전극을 메탈리콘이라고 불리는 용사금속을 통하여 접속하는 것이 바람직하게 채용된다.

또한, 본 발명에 있어서, 2축배향된 폴리프로필렌필름에 금속층을 보틀넥(bottle neck)을 부착시켜 형성하는 경우의 콘덴서 형식은 특별하게 한정하지 않지만 금속층이 필름의 한쪽 면 또는 양쪽 면의 어느 쪽의 경우에 있어서도 2개 한 쌍으로 이루어지는 금속층의 금속층이 보틀넥 부착되면, 콘덴서의 연속사용 후의 용량변화를 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 콘덴서의 형식은 건식이나, 유침식(오일함침식) 등을 들 수 있고, 목적에 따라서 채용할 수 있지만, 교류회로용 콘덴서로서는 오일함침식이 바람직하게 사용된다.

오일함침식의 콘덴서에 사용되는 절연유로서는 특히, 한정하는 것은 아니지만, 식물유, 광물유, 왁스 등을 단독 또는 병용하여 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라서, 점도조정제 등을 병용할 수 있다.

본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 필름 콘덴서의 105℃에서의 교류절연파괴강도는 단위두께 당 200V/㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 폴리프로필렌필름 콘덴서의 정격 교류전압은 일반적으로 45∼50V/㎛이고, 안전성을 고려하여 이것의 4배 이상의 값이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 210V/㎛ 이상이다. 필름 콘덴서의 절연파괴강도를 이 범위로 하기 위해서는 콘덴서로의 가공 시의 주름이나 흠(flaw)의 발생을 피하는 것 등이 효과적이다.

본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 필름 콘덴서의25℃(실온)에서의 직류절연파괴강도는 단위두께 당 350V/㎛ 이상인 것이 바람직하다. 폴리프로필렌필름 콘덴서의 정격 직류전압은 일반적으로 65∼75V/㎛이고, 안전성을 고려하여 이것의 4배 이상의 값이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 370V/㎛ 이상이다. 필름 콘덴서의 절연파괴강도를 이 범위로 하기 위해서는 콘덴서로의 가공시의 주름이나 흠의 발생을 피하는 것 등이 효과적이다.

본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 필름 콘덴서의 105℃에서의 단위두께 당 60V/㎛(정격 전압의 1.2∼1.3배)의 교류전압 과전 하에서의 수명은 콘덴서가 장전된 장치의 보증기간의 점에서 500시간 이상인 것이 바람직 하고, 더욱 바람직하게는 1000시간 이상이다. 수명을 이 범위로 하기 위해서는 적정 량의 산화방지제를 첨가하는 것과 콘덴서로의 가공 시에 100℃ 정도의 열처리를 하는 것과, 주름이나 흠의 발생을 피하는 것과, 엑폭시수지 포매(包埋) 또는 수지나 오일함침 후 금속관 내로의 봉인(외장) 등에 의해 외기와의 접촉을 차단하는 것 등이 효과적이다.

다음에 본 발명의 2축배향된 폴리프로필렌필름 및 그것을 유전체로 하는 콘덴서의 제조방법을 이하에 설명하지만, 반드시 이것에 한정되는 것은 아니다.

폴리프로필렌 원료를 압출기에 공급하고, 가열용융하여, 여과필터를 통과시킨 뒤, 220∼320℃의 온도로 슬릿 형상 다이(die)로부터 용융압출하여, 50∼85℃의 온도로 유지된 캐스팅 드럼에 감아 부착하여 냉각고화시켜, 미연신필름을 만든다. 이 때, 캐스팅 드럼 온도가 지나치게 높으면, 필름의 결정화가 지나치게 진행되어 후의 공정에서의 연신이 곤란하게 되거나, 표면조도가 지나치게 커지는 경우가 있고, 50℃ 미만으로서는 표면조도가 지나치게 작아질 경우가 있다. 또한, 캐스팅 드럼으로의 밀착방법으로서는 정전인가법, 물의 표면장력을 이용한 밀착방법, 에어나이프법(air-knife method), 프레스롤법(pressure roll method), 수중캐스팅법(submerged casting method) 중 어느 쪽의 방법을 이용하더라도 좋지만, 본 발명의 폴리프로필렌필름을 얻는 방법으로서는 평면성이 우수하고, 또한 표면조도의 제어가 가능한 에어나이프법이 효과적이다. 특히 필름의 표면온도는 캐스트 드럼면과 반대의 면에서 드럼표면과 공기와의 냉각효율의 차이로 인하여 다른 경우가 있고, 본 발명의 필름에 이용하는 입체규칙성이 높은 폴리프로필렌은 결정성이 높으므로, 표면온도의 차이가 필름표면의 결정화 정도의 차이로서 나타나, 평면성이나 양면의 표면조도의 차에 크게 영향을 주고, 에어나이프법의 사용 시에는 내뿜는 공기의 온도를 제어하는 것도 중요하다. 본 발명의 필름을 얻기 위해서는 에어나이프법에 이용하는 공기의 온도를 ((캐스트 드럼온도) -70℃)∼((캐스트 드럼온도) -20℃)로 설정하는 것이 바람직하다.

다음에, 이 미연신필름을 2축연신하고, 2축배향시킨다. 우선 미연신필름을 120∼150℃로 유지시킨 롤로 통해서 예열하고, 계속해서 그 시트를 140℃∼150℃의 온도로 유지하여 주속차(周速差)를 설치한 롤 사이로 통과시키고, 길이방향으로 2∼6배로 연신하고, 즉각 실온에서 냉각한다. 본 발명의 mmmm이 99% 이상의 폴리프로필렌필름은 예열온도 130℃ 이하, 연신온도 140℃ 이하에서는 열량이 부족하여 연신이 고르지 못하게 되고 찢기어 제막할 수 없는 경우가 있어서, 140℃를 넘는 연신온도를 채용하는 것이 중요하다.

계속해서 상기 연신필름을 스텐터로 도입하여, 155∼165℃의 온도에서 폭방향으로 5∼15배로 연신하고, 이어서 폭방향으로 2∼20%의 이완을 부가하면서, 150∼160℃의 온도로 열고정하여 권취한다.

그 후, 증착을 실시한 면에 증착금속의 접착성을 좋게 하기 위해서, 공기 중, 질소 중, 탄산가스 중 또는 이것들의 혼합기체 중에서 코로나 방전처리을 하여 와인더로 권취한다.

얻어진 필름을 진공증착장치에 설치해서, 목적에 따른 절연홈부를 형성하기위하여 그라비아 코터 등을 이용하여 오일을 필름에 도포하고, 그 후, 목적에 적당한 금속을 원하는 막저항을 얻기 위해 증착한다. 또한, 필요에 따라서 필름의 폭방향으로 연속적으로 저항값이 변하도록 빗형상방착판을 통해 증착 한다, 이 증착 필름을 슬릿하여, 콘덴서소자를 만들기 위한 2릴-한 쌍의 증착릴로 한다. 그 다음, 소자를 형성하기 위해 릴을 두루 감고, 소자를 열프레스하여 편평한 상으로 성형하고, 단부의 금속용사(메타리콘공정), 납부착, 필요에 따라서 절연유를 함침하여, 외장을 거쳐 콘덴서로 된다.

본 발명에 있어서의 특성값의 측정방법 및 평가방법은 다음과 같다.

(1)이소탁틱도(이소탁틱 지수: Ⅱ)

시료를 60℃ 이하 온도의 n-헵탄으로 2시간 추출하고, 폴리프로필렌으로부터, 첨가물을 제거한다. 그 후 130℃로 2시간 진공건조한다. 이것으로부터 중량W(㎎)의 시료를 얻어, 속슬레-추출기(Soxhlet extractor)에 넣어 비등 n-헵탄으로 12시간 추출한다. 다음에, 이 시료를 추출하여 아세톤으로 충분히 세정한 뒤, 130℃에서 6시간 진공건조하고, 그 후 상온까지 냉각하여, 중량W'(㎎)을 측정하여 다음 식으로 구하였다.

Ⅱ=(W '/W)×100(%)

(2)이소탁틱 팬타드 분율

시료를 o-디클클로벤젠에 용해시켜 JEOL제 JNM-GX270 장치를 이용하여, 공명주파수 67.93㎒에서 ¹³C-NMR을 측정하였다. 얻어진 스펙트럼의 피크 및 펜타드분율의 계산에 관해서는 T.Hayashi 등에 의해 제안된 방법[Polymer, 29, 138∼143(1988)]에 근거하고, 메틸기로부터의 스펙트럼에 관해서, mmmmmm 피크를 21.855ppm으로서 각 피크를 지정하여, 피크면적을 구해서 메틸기로부터의 전체 피크면적에 대한 비율을 백분률로 표시하였다. 상세한 측정조건은 아래와 같다.

측정용매: o-디클클로벤젠(90wt%)/ 벤젠-D₆(10wt%)

시료농도: 15∼20wt%

측정온도: 120∼130℃

공명주파수: 67.93㎒

펄스폭: 10μsec(45°펄스)

펄스반복시간: 7.091sec

데이터점: 32K

적산회수: 8168

측정모드: 노이즈 디커플링(noise decoupling)

(3) 중심선 평균표면조도, 최대조도 (이하 각각, Ra, Rt로 함)

JIS-B0601에 따라서, 트레이서형 표면조도계를 이용하여 측정하였다. 또한, 고사카연구소(주)제, 고정밀도 박막 단차측정기(형식: ET-10)를 사용하여, 원추형 촉침 반지름 0.5㎛R, 하중 5㎎, 절단은 0.08㎜로 하였다.

(4) Δd의 측정

10장을 포갠 마이크로미터법 필름두께(d(MMV)(㎛))는 JIS-B7502에 준하여 측정하였다. 또한, 측정력은 700±100gf, 최소표시량이 0.0001㎜의 마이크로미터를 이용하여, 필름을 10장 포개어서 측정한 값을 10으로 나누어 d(MMV)(㎛)로 하였다. 또한, 중량법 필름두께(d(WMV)(㎛))는 필름을 10㎝ 각으로 잘라서, 멜터사제 전자천칭으로써 측정한 중량W(g)으로부터 하기 식을 구하였다.

d(WMV)= 100 x W/ρ

[여기서, d(WMV)는 중량법 필름두께(㎛), W는 10㎝각의 필름중량(g), ρ는 필름의 밀도(g/㎤)이고, ρ는 JIS-K-7112-D법에 준하여, 에탄올-수계 밀도구배관으로 23±0.5℃로 측정]

다음에 구한 d(MMV)와 d(WMV)를 이용하여 하기 식에 의해 Δd(㎛)를 산출하였다.

Δd=d(MMV)-d(WMV)

(5) 열수축률

필름을 기계방향과 폭방향으로 각각 세로 260㎜, 가로 10㎜로 샘플링하고, 양단으로부터 30㎜의 곳에 마크를 넣고, 원래 치수(L₀: 200㎜)로 한다. 이 샘플의 하단에 3g의 가중을 걸어, 120℃의 오븐 안에 매달아 15분간 열처리한다. 그 후, 샘플을 추출, 마크한 길이(L₁)를 측정해서, 다음 식에 의해 열수축률을 산출하고, 기계방향과 폭방향의 합을 열수축률로 하였다.

열수축률=[(L₀-L₁)/L₀]×100(%)

(6) 회분

JIS-C-2330에 준한다. 초기 중량W₀의 2축배향 폴리프로필렌필름을 백금도가니에 넣어, 우선 가스버너로 충분히 태운 뒤, 750∼800℃의 전기로에서 약 1시간 처리하여 완전하게 재(灰)화하여, 얻어진 재의 중량 W₁을 측정해서, 아래 식으로부터 구하였다.

회분=(W₁/W₀ )×1000000(ppm)

W₀: 초기중량(g)

W₁: 재화중량(g)

(7) 절연결함시험

JIS-C-2330에 준하여, 10장 포개어 마이크로미터법에서의 필름두께 7.5㎛의 필름을 하기 평가기준으로 판정하였다.

○: 절연결함수가 2개 이하

△: 절연결함수가 3∼5개

× 절연결함수가 6개 이상 (콘덴서용 필름으로서 사용 불가)

본 발명에 있어서, ○ 및 △를 합격으로 하였다.

(8) 소자절연파괴강도(교류)

열풍오븐 내에 105℃로 유지된 콘덴서소자를 카수가전기(주)제 교류고압안정화전원(주파수 60㎐)에 접속하여, 200V/초의 속도로 승압하면서 전압을 가하여, 소자가 파괴된 때의 전압을 구하고, 10개 샘플소자 측정한 평균값을 소자절연파괴강도로 하여, 하기 평가기준으로 판정하였다.

○: 200V/㎛ 이상

△: 150V/㎛ 이상 200V/㎛ 미만

× 150V/㎛ 미만

본 발명에 있어서 ○ 및 △을 합격으로 하였다.

(9)소자절연파괴강도(직류)

25℃로 유지된 콘덴서 소자를 카수가전기(주)제 직류고압안정화전원에 접속하여, 200V/초의 속도로 승압하면서 전압을 가하여, 소자가 파괴된 때의 전압을 구하여, 10개 샘플소자 측정한 평균값을 소자절연파괴강도로 하였다.

(10) 소자수명 실험

필름두께 당 60V/㎛의 교류전압(주파수 60㎐)을 콘덴서소자에 인가하여, 105℃의 분위기로 소자가 파괴되기까지의 시간을 측정하고, 하기 평가기준으로 판정하였다.

○: 500시간 이상

△: 400시간 이상 500시간 미만

× 400시간 미만

본 발명에 있어서 ○ 및 △을 합격으로 하였다.

(11) 도데실벤젠 침지 후의 중량변화율, 치수변화율

필름 샘플을 무하중 아래에서, 도데실벤젠 속에서 100℃, 8시간 처리 후, 실온 중에서 16시간 걸쳐서 자연방냉 하는 사이클을 3회 행하고, 필름의 각 변화율을 다음 식에 의해 구하였다. 여기서, 치수변화율은 필름의 길이방향(MD)과 폭방향(TD)의 2종류를 측정하였다. 또한, 같은 샘플을 5개 측정하여, 그 평균치를 측정치로 하였다.

중량변화율(%)=(J₀-J₁)/J₀ x 100

치수변화율(%)=(M₀-M₁)/M₀ x 100

(여기서 J₀과 J₁은 각각 도데실벤젠에 침지 전과 침지 후의 필름샘플의 중량이고, M₀와 M₁은 각각 도데실벤젠에 침지 전과 침지 후의 필름샘플의 치수임)

(12) 내코로나성 평가

필름두께 당 30V/㎛의 교류전압(주파수 60㎐)을 콘덴서소자에 105℃의 분위기로 500시간 인가하여, 소자의 용량변화율을 다음 식에 근거하여 구하고, 아래와같이 평가하였다.

용량변화율(%)=(C₁-C₀)/C₀ x l00

(여기서, C₀는 인가 전의 콘덴서소자의 용량이고, C₁은 인가 후의 콘덴서소자의 용량임)

○: 용량변화율 ＜ 5% 내코로나성 양호

△: 5% ≤ 용량변화율 ≤ 10% 내코로나성에 문제가 없는 레벨

× 10＜용량변화율 내코로나성 불량

본 발명에 있어서 ○ 및 △을 합격으로 한다.

(13) 내전류성

고주파정전류전원(타카사고제, HFS100K-100)을 이용하여, 콘덴서소자에 100㎑, 인가전압 10V에서 10A의 전류를 3분간 흘려, 표본을 쉐링브리지법(Schering bridge method)으로 유전손실 tanδ을 측정하였다.

(14) 절연저항과 셀프힐성

일본전자기계공업회 규격 EIAJ RC-3666A에 준하여 콘덴서소자의 절연저항을 측정한다(IR₁ 및 R₀). 이 다음, 직류 500V를 출발점에 직류100V 스텝으로 1분간 씩 전압을 단계적으로 인가하여, 방전파괴개수를 방전음으로 관측하고, 합계 10개의 방전파괴가 관측되어지는 시점에서 전압인가를 중지한다. 방전파괴 후의 절연저항을 측정하고(R), R/R₀의 값으로 셀프힐성을 이하의 기준으로 판정하였다.

R/R₀ 1.5 이상: 셀프힐성◎

R/R₀ 1 이상, 1.5 미만: 셀프힐성○

R/R₀ 0.8 이상, 1 미만: 셀프힐성△

R/R₀ 0. 8 미만: 셀프힐성×

본 발명에 있어서 ◎ 및 ○ 및 △이 받아들여 진다.

(15) 금속막저항

증착된 필름 샘플을 길이방향으로 폭 2㎜, 길이 50㎜으로 절단하여, 절단된 것의 길이방향의 저항치를 4점접촉법으로 측정하여, 폭 및 전압측정단자틈에서 교정하였다. 폭방향으로 저항치가 다른 것은 폭방향의 전체 샘플을 측정하여, 최대값 및 최소값를 구하였다.

(16) 산소흡수유도시간

세조각으로 절단된 폴리프로필렌필름 3g을 1기압의 산소분위기 중으로 넣어, 184℃에서 가열한다. 경시적으로 산소압력을 측정하여 두고, 이 압력이 급격히 감소하기 시작하기까지의 시간을 산소흡수 유도시간으로 하였다.

(17) 콘덴서 직류 장기 과전 내용성(直流長期課電耐用性)

콘덴서소자를 플라스틱케이스에 충전제인 엑폭시수지와 같이 수납하여 시료콘덴서를 만들었다. 이 시료 콘덴서를 85℃의 분위기 온도 속에서 200V/㎛의 직류전압을 1000시간 과전하여, 과전 전 후의 절연결함수의 변화를 조사하였다.

본 발명을 실시예, 비교예를 참조로 하여 이하에 상세히 설명한다.

(실시예 1)

Ⅱ가 99.1%, mmmm이 99.7%, 회분이 21ppm, 용융체 유동속도(melt flow rate)가 4.2g/10분의 폴리프로필렌원료에 2,6-디-t-부틸-p-크레졸(BHT) 3000ppm, 테트라키스[메틸렌-3(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄(Irganox1010) 4000ppm을 첨가한 것을 압출기에 공급하여 280℃의 온도로 용융하고, T형 다이로부터 시트상으로 압출성형하여, 80℃ 온도의 캐스팅 드럼에 에어나이프법을 사용해서, 공기온도 25℃로써 감아서 냉각고화하였다. 이어서, 상기 시트를 143℃로 예열하고, 계속해서 148℃의 온도로 유지하여 주속차를 형성한 롤 사이에 통과시키고, 길이방향으로 4.8배로 연신하였다. 계속해서 그 필름을 스텐터에 도입하여, 161℃의 온도에서 폭방향으로 11배 연신하고, 이어서 폭방향으로 10%의 이완을 주면서 150℃로 열처리를 행하여, 7.50㎛ 두께의 2축배향 폴리프로필렌필름을 얻었다. 또한, 30W·분/㎡의 처리강도로 대기 중에서 코로나방전처리를 하였다. 얻어진 필름의 Ⅱ는 99.0%, mmmm은 99.6%이었다. 이 필름을 진공증착기에 설치하고, 구리를 핵부여 금속으로 하고, 코로나 처리면에 아연(알루미늄 8중량% 함유)을 막저항이 4.0Ω/이 되도록 증착하였다. 이 때, 오일마진법에 의해 슬릿 후에 도 1과 같이 금속층(1)을 폭방향 한편의 단부로 절연홈부(2)(마진부: 폭방향의 길이1㎜)를 형성하도록 증착 하였다. 이 필름을 슬릿하여, 전체 폭 38㎜의 금속화 필름을 얻었다. 얻어진 필름 한쌍 2릴을 이용하여 소자를 형성하기 위해 감고, 소자의 단면에 금속용사하여, 여기에서 납선을 부착하여 용량 5㎛F의 콘덴서소자를 작성하였다, 얻어진 폴리프로필렌필름과 콘덴서소자에 관한 평가결과를 표 1에 정리하였다.

(비교예 1)

Ⅱ가 98.0%, mmmm이 99.2%, 회분이 21ppm, 용융체 유동속도가 3.1g/10분인 폴리프로필렌원료를 이용하여, 캐스트 드럼온도를 85℃로 한 것 이외에는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌필름(Ⅱ는 97.8%, mmmm은 99.1%)과 콘덴서소자를 얻었다. 얻어진 폴리프로필렌필름과 콘덴서소자에 관한 평가결과를 표 1에 정리하였다.

(비교예 2)

Ⅱ가 99.8%, mmmm이 99.9%, 회분이 12ppm, 용융체 유동속도가 2.4g/10분의 폴리프로필렌원료를 이용하여, 실시예1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌필름의 제작을 시도하였지만, 폭방향의 연신 후에 필름파단이 자주 발생하여, 안전하게 필름을 생산할 수 없었다. 파단 없이 생산할 수 있는 필름의 Ⅱ는 99.7%, mmmm은 99.9%이었다.

(비교예 3)

Ⅱ가 98.4%, mmmm이 98.9%, 회분이 21ppm, 용융체 유동속도가 3. 9g/10분의 폴리프로필렌원료를 이용하고, 실시예1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌필름(Ⅱ는 98.2%, mmmm은 98.5%)과 콘덴서소자를 얻었다. 얻어진 폴리프로필렌필름과 콘덴서소자에 관한 평가결과를 표 1에 정리하였다.

(비교예 4)

실시예1과 동일한 폴리프로필렌원료를 이용하고, 캐스트 드럼 온도를 90℃ 로 한 것 이외에는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌필름(Ⅱ는 99.0%, mmmm은 99.6%)과 콘덴서소자를 얻었다. 얻어진 폴리프로필렌필름과 콘덴서 소자에 관한 평가결과를 표 1에 정리하였다.

(비교예 5)

실시예1과 동일한 폴리프로필렌원료를 이용하고, 캐스트 드럼 온도를 30℃ 로 한 것 이외에는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌필름(Ⅱ는 99.0%, mmmm은 99.6%)과 콘덴서소자를 얻었다. 얻어진 폴리프로필렌필름과 콘덴서소자에 관한 평가결과를 표 1에 정리하였다.

(실시예 2)

실시예1과 동일한 폴리프로필렌원료를 이용하고, 캐스트 드럼 온도를 70℃ 로 한 것 이외에는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌필름(Ⅱ는 99.0%, mmmm은 99.6%)과 콘덴서소자를 얻었다. 얻어진 폴리프로필렌필름과 콘덴서소자에 관한 평가결과를 표 1에 정리하였다.

(실시예 3)

실시예1과 동일한 폴리프로필렌원료를 이용하고, 캐스트 드럼 온도를 80℃, 에어나이프의 공기온도를 0℃로 한 것 이외에는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌필름(Ⅱ는 99.0%, mmmm은 99.6%)과 콘덴서소자를 얻었다. 얻어진 폴리프로필렌필름과 콘덴서소자에 관한 평가결과를 표 1에 정리하였다.

(실시예 4)

실시예1과 동일한 폴리프로필렌원료를 이용하고, 캐스트 드럼 온도를 70℃, 에어나이프의 공기온도를 50℃로 한 것 이외에는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌필름(Ⅱ는 99.0%, mmmm은 99.6%)과 콘덴서소자를 얻었다. 얻어진 폴리프로필렌필름과 콘덴서소자에 관한 평가결과를 표 1에 정리하였다.

(실시예 5)

실시예1과 동일한 폴리프로필렌원료를 이용하고, 에어나이프를 사용하지 않는 것 이외에는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌필름(Ⅱ는 99.0%, mmmm은 99.6%)과 콘덴서소자를 얻었다. 또한, 제막 시에 필름의 폭방향으로 컬(curl)이 발생하여 가로 연신 시에 클립 어긋남이 가끔 일어나고, 수율이 저하하였다. 얻어진 폴리프로필렌필름과 콘덴서소자에 관한 평가결과를 표 1에 정리하였다.

(실시예 6)

실시예1에 이용한 폴리프로필렌원료와 비교예1에 이용한 폴리프로필렌원료를 1:2로 건조-혼합(dry-blending)한 원료를 이용한 것 이외에는 실시예1과 동일한 방법으로 폴리프로필렌필름(Ⅱ는 98.6%, mmmm은 99.2%)과 콘덴서소자를 얻었다. 얻어진 폴리프로필렌필름과 콘덴서소자에 관한 평가결과를 표 1에 정리하였다.

[표 1]

(실시예 7)

실시예1에 이용한 필름을 진공증착기에 설치하여, 구리를 핵부여 금속으로 하고, 코로나 처리면에 아연(알루미늄을 8중량% 함유)을 막저항이 4.0Ω/□가 되도록 증착하였다. 이 때, 오일마진법에 의해 슬릿 후에 도 2와 같이 금속층(1)이 필름 폭방향의 한 쪽의 단부에 필름의 길이방향으로 연속한 절연홈부(2)(마진부: 폭방향의 길이1㎜)를 설치하여 형성함과 동시에, 그 금속층(1)이 절연홈부(3)(길이방향의 폭1㎜)에 의해 필름의 길이방향에 복수개의 섬 형상으로 분리되도록 길이방향의 간격30㎜ 마다 설치하고, 또한 필름의 폭방향의 한 쪽의 단부의 연속한 금속층(폭 1㎜)과 보틀넥(4)(길이방향, 폭방향 모두 1㎜)에 의해 접속되도록 증착하였다. 이 필름을 슬릿하여, 전체 폭 38㎜의 금속화 필름을 얻었다. 얻어진 필름과 실시예1에 이용한 금속화 필름을 한쌍으로써 이용하여 소자형성을 위해 감고, 소자의 단면에 금속용사하고, 여기에 납선을 부착하여 용량 5㎌의 콘덴서소자를 작성하였다. 얻어진 콘덴서소자를 크리스탈린왁스로 함침하여 얻은 콘덴서의 평가결과를 표 2에 정리하였다.

(실시예 8)

실시예2의 2축배향 폴리프로필렌필름을 이용한 것 이외에는, 실시예7과 같이 금속화 필름을 작성하여, 얻어진 필름과 실시예2에서 이용한 금속화 필름을 한쌍으로써 이용하여 소자를 형성하기 위해 감고, 소자의 단면에 금속용사하여, 여기에 납선을 부착하여 용량 5㎌의 콘덴서소자를 작성하였다. 얻어진 콘덴서소자를 크리스탈린왁스로 함침하여 얻은 콘덴서의 평가결과를 표 2에 정리하였다.

(실시예 9)

실시예3의 2축배향 폴리프로필렌필름을 이용한 것 이외에는, 실시예7과 같이 금속화 필름을 작성하여, 얻어진 필름과 실시예3에서 이용한 금속화 필름을 한쌍으로써 이용하여 소자를 형성하기 위해 감고, 소자의 단면에 금속용사하여, 여기에 납선을 부착하여 용량 5㎌의 콘덴서소자를 작성하였다. 얻어진 콘덴서소자를 크리스탈린왁스로 함침하여 얻은 콘덴서의 평가결과를 표 2에 정리하였다.

(실시예 10)

실시예5의 2축배향 폴리프로필렌필름을 이용한 것 이외에는, 실시예7과 같이 금속화 필름을 작성하여, 얻어진 필름과 실시예5에서 이용한 금속화 필름을 한쌍으로써 이용하여 소자를 형성하기 의해 감고, 소자의 단면에 금속용사하고, 여기에 납선을 부착하여 용량 5㎌의 콘덴서소자를 작성하였다. 얻어진 콘덴서소자를 크리스탈린왁스로 함침하여 얻은 콘덴서의 평가결과를 표 2에 정리하였다.

(실시예 11)

실시예6의 2축배향 폴리프로필렌필름을 이용한 것 이외에는, 실시예7과 같이 금속화 필름을 작성하여, 얻어진 필름과 실시예6에서 이용한 금속화 필름을 한쌍으로써 이용하여 소자를 형성하기 위해 감고, 소자의 단면에 금속용사하여, 여기에 납선을 부착하여 용량 5㎌의 콘덴서소자를 작성하였다. 얻어진 콘덴서소자를 크리스탈린왁스로 함침하여 얻은 콘덴서의 평가결과를 표 2에 정리하였다.

(실시예 12)

실시예1에서 이용한 금속화 필름을 한쌍 2릴로써 이용한 것 이외에는, 실시예7과 같이 콘덴서를 작성하였다. 얻어진 콘덴서의 평가결과를 표 2에 정리하였다.

(비교예 6)

비교예1의 2축배향 폴리프로필렌필름을 이용한 것 이외에는, 실시예7과 같이 금속화 필름을 작성하여, 얻어진 필름과 비교예1에서 이용한 금속화 필름을 한쌍으로서 이용하여 소자를 형성하기 위해 감고, 소자의 단면에 금속용사하고, 여기에 납선을 부착하여 용량 5㎌의 콘덴서소자를 작성하였다. 얻어진 콘덴서소자를 크리스탈린왁스로 함침하여 얻은 콘덴서의 평가결과를 표 2에 정리하였다.

(비교예 7)

비교예4의 2축배향 폴리프로필렌필름을 이용한 것 이외에는, 실시예7과 같이 금속화 필름을 작성하여, 얻어진 필름과 비교예4에서 이용한 금속화 필름을 한쌍으로서 이용하여 소자를 형성하기 위해 감고, 소자의 단면에 금속용사하고, 여기에 납선을 부착하여 용량 5㎌의 콘덴서소자를 작성하였다. 얻어진 콘덴서소자를 크리스탈린왁스로 함침하여 얻은 콘덴서의 평가결과를 표 2에 정리하였다.

(실시예 13)

내부전극으로서 알루미늄을 막저항이 4.0Ω/□가 되도록 증착한 것 이외에는 실시예7과 같이 콘덴서소자를 작성하였다. 얻어진 콘덴서소자를 크리스탈린왁스로 함침하여 얻은 콘덴서의 평가결과를 표 2에 정리하였다.

[표 2]

(실시예 14)

Ⅱ가 98.8%, mmmm이 99.4%, 회분이 19ppm의 폴리프로필렌을 압출기에 공급하여 수지온도 280℃의 온도로 용융하고, T다이로부터 시트상으로 압출성형하고, 70℃ 온도의 캐스팅 드럼에 에어나이프법을 사용하여, 공기온도 25℃로써 감기어 냉각고화하고, 이어서, 상기 시트를 135℃로 예열하고, 계속해서 그 시트를 140℃의 온도로 유지하여 주속차를 형성한 롤 사이에 통과시키고, 길이방향으로 5배 연신하여, 즉각 실온으로 냉각한다. 계속해서 그 필름을 스텐터에 도입하고, 170℃의 온도로 예열하고, 계속해서 165℃의 온도로 폭방향으로 10배 연신하고, 이어서 폭방향으로 8%의 이완을 주고, 30W.min/㎡으로 대기 속에서 코로나방전처리를 하였다. 얻어진 필름의 회분 및 mmmm은 원료의 그것들의 값과 차가 없었다. 이 필름을 진공증착기에 설치하여, 구리를 핵부여 금속으로 하고, 코로나 처리면에 아연을 막저항이 4.0Ω/□가 되도록 도 1과 같이 금속층(1)을 폭방향의 한쪽 단부에 절연홈부(2)(마진부: 폭방향의 길이1㎜)를 설치하도록 증착하였다. 이 필름을 슬릿하여, 전체 폭 38㎜의 금속화 필름을 얻었다.

얻어진 필름 한쌍 2릴을 이용하여 소자를 형성하기 위해 감고, 소자의 단면에 금속용사하고, 여기에 납선을 부착하여 용량 5㎌의 콘덴서소자를 작성하였다. 얻어진 필름 및 콘덴서소자의 각종 특성은 표 3에서 기재된 바와 같고, 필름 내절연파괴특성에 우수한 것으로 되어 있었다. 또한, 콘덴서소자의 내절연파괴특성 및 대전류 인가 후의 유전정접 tanδ도 양호하고, 셀프힐성은 △의 판정이었다.

(실시예 15∼17, 비교예 8∼11)

표3에 기재된 바와 같이, 실시예14와 같이 하여, 각종 조건을 변경한 2축배향 폴리프로필렌필름 및 콘덴서를 얻었다.

필름 및 콘덴서 특성은 표 3에 기재된 바와 같았다.

표중의 약호는, 다음을 나타낸다.

BDV: 절연파괴전압

DC: 직류

[표 3]

실시예 15∼17는, 모두 본 발명의 범위 내의 것이고, 얻어진 2축배향 폴리프로필렌필름은, 내전압성이 양호하고, 상기한 필름으로부터 얻어지는 콘덴서의 내전압성이 우수하고, 대전류 인가 후의 유전손실 tanδ도 양호하고, 셀프힐성은 △의 판정이었다.

한편, 비교예8∼10은 mmmm이 본 발명의 범위 밖이고, 얻어진 2축배향 폴리프로필렌필름의 절연파괴전압이 작고, 상기한 필름으로 이루어지는 콘덴서의 내절연파괴특성에 뒤떨어진 것으로 되었다. 또한 열수축률도 크고, 내열성에도 뒤떨어진것으로 되었다.

비교예11은, mmmm은 범위내이지만 회분이 본 발명의 범위 밖이고, 내절연파괴특성 및 대전류 인가 후의 유전손실 tanδ이 뒤떨어진 것으로 되었다.

(실시예 18∼20)

실시예14와 같은 2축배향 폴리프로필렌필름을 이용하여, 증착시 빗형상의 방착판을 증발원(蒸發源)과 기재필름 사이에 삽입하고, 필름 폭방향으로 2.5Ω/□로부터 8Ω/□로 연속적으로 막저항이 변화하여, 8Ω/□의 전극금속측에 마진을 설치한 구성으로 한 것을 좌우대칭인 2쌍으로 하고, 실시예14와 같은 방법으로 콘덴서소자로 하였다(실시예18).

막저항을 필름 폭방향으로 12Ω/□로 일정하게 한 것을 실시예19, 막저항을 1.5Ω/□로 일정하게 한 것을 실시예20으로 하였다. 결과를 표 4에 나타낸다.

(실시예 21)

증착에 이용한 금속을 알루미늄으로 한 것 이외에는 실시예18과 같은 방법으로 콘덴서소자로 하였다. 결과를 표 4에 나타낸다.

[표 4]

모든 콘덴서소자가 우수한 내전압성을 보이고, 특히, 실시예18의 것은 대전류 통전 후의 유전정접tanδ도 셀프힐성도 우수한 것으로 되어, 고주파회로용 콘덴서로서 매우 우수한 것으로 되었다. 실시예19의 것은 막저항이 크고, 실시예18과 비교하면, 대전류 통전 후의 유전정접tanδ이 약간 높은 것으로 되었다. 실시예20의 것은 막저항이 낮고, 실시예18과 비교하면 셀프힐성이 약간 떨어진 것으로 되었다. 실시예21의 것은 실시예18에 비해 셀프힐성이 더욱 양호하고, 고주파회로용 콘덴서로서 가장 우수한 것으로 되었다.

(실시예 22)

실시예2에서 이용한 폴리프로필렌 원료를 이용하여, 실시예1과 같이 해서 두께 5.0㎛의 2축배향 폴리프로필렌필름을 얻었다. 얻어진 필름을 진공증착기에 설치하여, 코로나 처리면에 알루미늄을 막저항이 8Ω/□ 가 되도록 도 1과 같이 금속층(1)을 폭방향의 한쪽 단부에 절연홈부(2)(마진부: 폭방향의 길이 2.5㎜)를 설치되도록 증착을 하였다. 이 금속화 필름을 슬릿하여, 전체 폭 100㎜의 금속화 필름을 얻었다.

얻어진 금속화 필름 한쌍 2릴을 이용하여 소자를 형성하기 위해 감고, 소자의 단면에 금속용사하여, 여기에 납선을 부착하여 콘덴서소자를 작성하였다. 얻어진 콘덴서소자를 플라스틱케이스에 충전제인 에폭시수지와 함께 봉입하여 콘덴서를 10개 제작하였다. 콘덴서의 정전용량은 60㎌이었다.

이 콘덴서를 85℃의 분위기 온도 중에서 1000V의 직류전압으로 100시간 과전하여, 절연파괴를 발생시킨 콘덴서의 개수를 세었다.

또한 상술한 실험으로 파괴하지 않은 콘덴서를 풀어서 얻은 금속화 폴리프로필렌필름의 절연결함수(IF)와 과전하지 않고 있는 금속화 폴리프로필렌필름의 절연결함수(IF₀)를 각각 측정하여, 과전 후의 절연결함수의 증가상황을 조사하였다. 또, 절연결함은 시험용 전극으로서의 금속화 필름과 구리제 평판 사이에 시료인 금속화 폴리프로필렌필름을 끼우고, 1.25kV의 직류전압을 1분간 과전하여 발생하는 파괴개수(결함개수)를 세었다. 시료면적은 0.2㎡으로 하였다.

얻어진 필름(얻어진 필름의 회분 및 mmmm은 원료의 그것들의 값과 차가 없었다) 및 콘덴서의 각종 특성은 표 5에 기재된 바와 같다.

(실시예 23)

실시예2에서 이용한 폴리프로필렌원료 중 산화방지제로서 테트라키스[메틸렌-3(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄의 함유량을 1000ppm으로 한 것 이외에는 실시예22와 같이 하여 콘덴서를 제작하였다.

얻어진 필름(얻어진 필름의 회분 및 mmmm은 원료의 그것들의 값과 차가 없는) 및 콘덴서의 각종 특성은 표 5에 기재된 바와 같다.

(실시예 24)

실시예2에서 이용한 폴리프로필렌원료 중 산화방지제로서 테트라키스[메틸렌-3(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄의 함유량을 3000ppm으로 한 것 이외에는 실시예22와 같이 하여 콘덴서를 제작하였다.

(실시예 25)

테트라키스[메틸렌-3(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄 대신에 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠을 3000ppm 첨가한 것 이외에는 실시예22와 같이 하여 콘덴서를 제작하였다.

(실시예 26)

실시예25에서 이용한 2축배향 폴리프로필렌필름을 진공증착기에 설치하여, 코로나 처리면에 알루미늄을 막저항이 8Ω/□가 되도록 증착하였다. 이 때 오일마진법에 의해 슬릿 후에 도 3과 같이 금속층(1)이 필름의 폭방향 한쪽 단부에 필름의 길이방향으로 연속한 절연홈부(2)(마진부: 폭방향의 길이 2.5㎜)를 설치하여 형성됨과 함께, 상기한 금속층(1)이 길이 20㎜로 폭방향에 대한 경사각 45°에서 단속적인 절연홈부(3)(폭 1㎜)에 의해 필름의 폭방향에 복수개의 보안기능인 보틀넥(4)이 형성되도록 설치하고, 또한 보안기능부인 보틀넥(4)의 폭이 1㎜가 되도록 증착하였다. 이 금속화 필름을 슬릿하여, 전체 폭 100㎜의 금속화 필름을 얻었다.

얻어진 금속화 필름 한쌍 2릴을 이용하여 소자를 형성하기 위해 감고, 소자의 단면에 금속용사하여, 여기에 납선을 부착하여 콘덴서소자를 작성하였다. 얻어진 콘덴서소자를 플라스틱케이스에 충전제인 엑폭시수지와 함께 봉입하여 콘덴서를 10개 제작하였다. 콘덴서의 정전용량은 60㎌이었다.

얻어진 금속화 필름 및 콘덴서의 각종 특성은 표 5에 기재된 바와 같다.

(비교예 12)

비교예3의 폴리프로필렌원료를 이용한 것 이외에는 실시예22와 같이 하여 콘덴서를 제작하였다.

얻어진 필름(얻어진 필름의 재분 및 mmmm은 원료의 그것들의 값과 차가 없는) 및 콘덴서의 각종 특성은 표 5에 기재된 바와 같다.

[표 5]

본 발명에 의하면, 내열성 및 내절연파괴특성이 우수하고, 절연결함이 적고, 절연유에 침지할 때의 필름층 사이에 절연유의 침투성과 내팽윤성이 우수한 2축배향 폴리프로필렌필름 및 이 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 내열성, 내절연파괴특성, 내코로나성, 장기내열내용성, 내전류성이 우수한 콘덴서를 얻을 수 있다.

Claims

2축배향한 폴리프로필렌필름으로서, 상기 필름의 이소탁틱도가 98∼99.5%, 이소탁틱 펜타드 분율이 99% 이상이고, 회분이 30ppm 이하이고, 또한, 양면의 중심선 평균 표면조도가 모두 0.01∼0.4㎛인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌필름.
제1항에 있어서, 하기 식으로 정의되는 필름두께의 측정방법에 의한 차(Δd)가 0.01∼0.5㎛인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌필름.

Δd=d(MMV)-d(WMV)

[여기서, d(MMV)는 10장 겹친 마이크로미터법 필름 두께(㎛)이고, d(WMV)는 중량법 필름 두께(㎛)이다]
제1항 또는 제2항에 기재된 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 것을 특징으로 하는 콘덴서.
필름표면의 적어도 한 면에 내부전극으로서 금속층을 설치한 제 1항 또는 제 2항에 기재된 폴리프로필렌필름을 유전체로써 사용한 것을 특징으로 하는 콘덴서.
제 4항에 있어서, 금속층의 저항값이 2Ω/□∼10Ω/□인 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 것을 특징으로 하는 콘덴서.
제 4항에 있어서, 금속층을 구성하는 주된 금속이 알루미늄 또는 아연인 폴리프로필렌필름을 유전체로써 사용한 것을 특징으로 하는 콘덴서.
제 4항에 있어서, 필름층 사이가 절연유로 함침되어 이루어지는 내열교류회로용인 것을 특징으로 하는 콘덴서.
제 7항에 있어서, 도데실벤젠에 침지했을 때의 중량변화율이 5∼12%인 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 내열교류회로용인 것을 특징으로 하는 콘덴서.
제 7항에 있어서, 내부전극인 금속층을 구성하는 주된 금속이 아연인 내열교류회로용인 것을 특징으로 하는 콘덴서.
제 7항에 있어서, 내부전극으로 된 금속층이 필름의 폭방향의 한쪽 단부에 필름의 길이방향으로 연속하여 절연홈부를 설치하여 형성됨과 동시에, 필름에 방전파괴가 발생하였을 때의 전류에 의해, 상기 방전파괴의 주변의 내부전극을 방전이 발생하지 않은 다른 내부전극 부분과 전기적으로 절연하는 보안기능을 갖는 내부전극을 형성하는 내열교류회로용인 것을 특징으로 하는 콘덴서.
제 10항에 있어서, 내부전극으로 이루어지는 금속층이 필름의 폭방향 한쪽 단부에 필름의 길이방향으로 연속하여 절연홈부를 설치하여 형성됨과 동시에, 필름에 방전파괴가 발생하였을 때의 전류에 의해, 상기 방전파괴 주변의 내부전극을 방전이 발생하지 않은 다른 내부전극 부분과 전기적으로 절연하는 보안기능이 절연홈부에 의해 필름의 길이방향으로 복수개의 섬 형상으로 분리되고, 또한 필름의 폭방향의 또 다른 한쪽 단부의 연속한 금속층과 보틀넥에 의해 접속하는 것에 의하여 형성되는 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 내열교류회로용인 것을 특징으로 하는 콘덴서.
제 4항에 있어서, 100㎑, 10A, 3분간 통전 후의 유전정접 tanδ이 0.05% 이하인 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 고주파회로용인 것을 특징으로 하는 콘덴서.
제 12항에 있어서, 금속층의 저항값이 최소 2Ω/□∼최대 10Ω/□의 범위에서 필름 폭방향으로 연속적으로 변화하는 고주파회로용인 것을 특징으로 하는 콘덴서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 산소흡수유도시간이 20분 이상, 20℃에 있어서의 절연저항 IR₁이 1.5×10⁵ΩF 이상이고, 100℃에 있어서의 절연저항을 IR₂로 할 때 IR₁/IR₂가 700 이하인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌필름.
제 14항에 있어서, 산화방지제로서 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시벤질)벤젠 또는 테트라키스[메틸렌-3(3,5-디-t-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄을 단독으로 사용 또는 병용하고, 그 함유량이 0.05중량% 이상 0.35중량% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌필름.
필름표면의 적어도 한 면에 내부전극으로서 금속층을 설치한 것을 특징으로 하는 제 14항에 기재된 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 내열직류회로용 콘덴서.
제 16항에 있어서, 금속층의 저항치가 2Ω/□∼10Ω/□인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 내열직류회로용 콘덴서.
제 16항에 있어서, 내부전극인 금속층을 구성하는 주된 금속이 알루미늄 또는 아연인 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 내열직류회로용 콘덴서.
제 16항에 있어서, 내부전극으로 이루어지는 금속층이 필름의 폭방향 한 쪽 단부에 필름의 길이방향으로 연속하여 절연홈부를 설치하여 형성됨과 동시에, 필름에 방전파괴가 발생하였을 때의 전류에 의해, 상기한 방전파괴의 주변 내부전극을 방전이 발생하지 않은 다른 내부전극 부분과 전기적으로 절연하는 보안기능을 갖는 내부전극을 형성한 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌필름을 유전체로서 사용한 내열직류회로용 콘덴서.
제 19항에 있어서, 내부전극으로 이루어지는 금속층이 필름의 폭방향 한 쪽 단부에 필름의 길이방향으로 연속하여 절연홈부를 설치하여 형성됨과 동시에, 필름에 방전파괴가 발생하였을 때의 전류에 의해, 상기 방전파괴 주변의 내부전극을 방전이 발생하지 않은 다른 내부전극부분과 전기적으로 절연하는 보안기능을 필름 폭방향에 복수개 갖는 내부전극을 형성한 것을 특징으로 하는 폴리프로필렌필름을 유전체로써 사용한 내열직류회로용 콘덴서.