聚丙烯薄膜能.doc

精品文檔1前言 由于電容器用雙向拉伸聚丙烯薄膜具有較高的機(jī)械性能和電氣性能，聚丙烯薄膜電容器的使用范圍越來越廣。為滿足電氣裝置小型化和元件密集化的發(fā)展要求，提高聚丙烯薄膜電容器的最高使用溫度，特別是在交流回路上使用的電容器，不僅要抑制電容器元件的內(nèi)部發(fā)熱，而且要考慮使用的環(huán)境溫度。例如，在路燈等照明穩(wěn)定器上使用的交流回路及馬達(dá)控制回路上使用的電容器，電網(wǎng)補(bǔ)償用各種高低壓電容器、空調(diào)馬達(dá)啟動(dòng)用電容器、城市輕軌機(jī)車用電容器等對電容器的耐熱性能有著更高的要求。用普通BOPP薄膜卷繞而成的電容器隨著其工作時(shí)間的加長，其內(nèi)部溫升較快，導(dǎo)致電容器的穩(wěn)定性急劇下降，甚至造成電容器失效，給電氣整機(jī)或電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的安全隱患。因此要求電容器具有較高的使用溫度。作為電介質(zhì)使用的聚丙烯薄膜耐溫性要求：短時(shí)間的快速加熱產(chǎn)生的機(jī)械變形，即熱收縮率適當(dāng)?shù)匦?；在高溫下膜的電性能?yōu)良；高溫下電性能隨時(shí)間下降得盡量少。 根據(jù)聚丙烯的熔點(diǎn)為165這一物理限制，進(jìn)一步提高電容器用聚丙烯薄膜的使用溫度應(yīng)該是可行的。2聚丙烯薄膜耐溫性指標(biāo)分析 眾所周知，薄膜的耐溫性能與薄膜的熱收縮率密不可分，高的薄膜熱收縮率可導(dǎo)致收卷后膜卷硬度過大，卷繞過緊，從而使薄膜易粘結(jié)或在高速分切情況下破裂；在蒸鍍Al或Zn時(shí)會因過高的熱能轉(zhuǎn)換導(dǎo)致薄膜收縮造成金屬層皸裂；電容器心子在熱聚合時(shí)端面易倒伏，造成噴金層剝離或噴金附著力差。上述因素將導(dǎo)致電容器質(zhì)量缺陷，這也是為什么要提高薄膜耐溫性的原因。因此，用薄膜的熱收縮率指標(biāo)來衡量聚丙烯薄膜的耐溫性能是必然的，但兩者之間究竟是什么關(guān)系目前尚無定義。作者查閱相關(guān)資料，日本學(xué)者提出聚丙烯薄膜在120溫度下放置15分鐘，其橫向熱收縮率1，縱向熱收縮率3（或者橫向和縱向熱收縮率之和4），薄膜的灰分和內(nèi)部霧度的積小于10ppm，等規(guī)度大于985的聚丙烯薄膜電容器的最高使用溫度可從原來的85最高再提高20。因此，提高薄膜的耐溫性能，應(yīng)從聚丙烯薄膜的熱收縮機(jī)理、原料、工藝等方面進(jìn)行分析。3聚丙烯薄膜的熱收縮機(jī)理分析 分子鏈的剛?cè)岜碚麈溸\(yùn)動(dòng)的自由性，鏈愈柔順，鏈段愈容易運(yùn)動(dòng)、分離，熔點(diǎn)低，耐熱愈差。大多數(shù)高分子鏈具有柔性，高分子聚丙烯也不例外，在不受外力作用時(shí)自發(fā)趨于卷曲形狀。電容器用雙向拉伸聚丙烯薄膜是通過在一定溫度下對聚丙烯粒子的擠出、鑄片成型、縱向拉伸、橫向拉伸、收卷等過程完成的。聚丙烯薄膜的熱收縮率受其柔性影響，首先表現(xiàn)為薄膜應(yīng)力的松弛，剛收卷的薄膜熱收縮率較時(shí)效后的薄膜大；其次，聚丙烯薄膜在縱向和橫向拉伸過程中的分子取向無法做到完全的規(guī)整排列，薄膜中存在晶區(qū)和非晶區(qū)，非晶區(qū)域也即薄膜中的空洞，給薄膜的收縮提供了空間，薄膜在120溫度環(huán)境下，聚丙烯分子獲得能量，使其足于克服主鏈單鍵旋轉(zhuǎn)位壘時(shí)，鏈段和整個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)加劇，分子鏈再次趨于卷曲，出現(xiàn)熱收縮。4原料分析 在合成高聚物的晶體中，分子鏈通常采取比較伸展的構(gòu)象。聚丙烯是具有較大取代基的高分子鏈，采取螺旋形構(gòu)象，在晶體中作緊密堆砌時(shí)，采取主鏈中心軸互相平行的方式排列，高分子一旦結(jié)晶，排列在晶相中的高分子鏈的構(gòu)象就不再改變。如果聚合物的主鏈結(jié)構(gòu)具有一定的規(guī)整性，高分子鏈能結(jié)晶，結(jié)晶造成分子的緊密集聚，增強(qiáng)了分子間的作用力，結(jié)晶度愈高，熔點(diǎn)愈高，其耐熱性能將提高。因此，提高薄膜耐溫性的關(guān)鍵是提高薄膜的結(jié)晶度，使薄膜中的分子排列規(guī)整，減少非晶區(qū)。而高聚物分子中取代基團(tuán)的對稱性直接影響薄膜的結(jié)晶，為此，如要提高聚丙烯薄膜的結(jié)晶度，首先要提高原料的等規(guī)度。目前，國內(nèi)電容器膜用聚丙烯粒子的等規(guī)度一般在96，結(jié)晶度為40，而采用等規(guī)度為985以上的聚丙烯原料，可使結(jié)晶度提高到50。5工藝分析 高聚物的分子結(jié)構(gòu)是能否結(jié)晶的根本原因，但高聚物能否實(shí)現(xiàn)結(jié)晶，還必須有一定的外部條件。欲使結(jié)晶過程能自發(fā)地進(jìn)行，體系的自由能必須減少，即GG晶G非晶0。根據(jù)高聚物結(jié)晶過程分析，影響聚合物結(jié)晶的外部條件有兩個(gè)： 1）溫度 當(dāng)聚合物溫度接近熔點(diǎn)Tm時(shí)，鏈段遷移擴(kuò)散容易，而晶核形成困難，成核速率??；當(dāng)溫度接近玻璃化溫度Tg時(shí)，成核速率大，而分子鏈擴(kuò)散進(jìn)入晶格困難，晶體生長慢。一般在Tm和Tg之間有一個(gè)最大結(jié)晶速率的溫度，它與Tm的關(guān)系粗略地服從Tmax085Tm。 2）進(jìn)行拉伸或應(yīng)力取向 在拉伸過程中，原來卷曲的分子鏈伸展開來，其構(gòu)象大大減少，分子排列有序性提高，拉伸后的熵S非晶比拉伸前的熵非晶為小，因此，拉伸取向有利于結(jié)晶。 另外，拉伸后的薄膜在張緊的情況下進(jìn)行熱處理（熱定型），即在高于拉伸溫度，低于熔點(diǎn)溫度的某一適宜溫度（該過程溫度控制在聚合物最大結(jié)晶速率的溫度Tmax，接近于一種等溫和靜態(tài)的結(jié)晶過程）對薄膜進(jìn)行熱處理以加速聚合物二次結(jié)晶或后結(jié)晶過程。熱處理為一松弛過程，通過適當(dāng)?shù)募訜幔ㄍǔ閹酌耄┠艽偈狗肿渔湺渭铀僦嘏乓蕴岣呓Y(jié)晶度和使晶體結(jié)構(gòu)趨于完善，后冷卻至室溫，其內(nèi)部分子鏈的相對位置不易發(fā)生移動(dòng)。而且聚合物中晶體（微晶）類似“交聯(lián)點(diǎn)”有限制鏈段運(yùn)動(dòng)的作用，高結(jié)晶度微晶密度較高，使大分子鏈非晶部分變短，因而聚合物的耐熱性能得到提高。 因此，提高雙向拉伸聚丙烯薄膜耐溫性能的工藝關(guān)鍵點(diǎn)為： （1）擠出溫度和激冷輥溫度的控制； （2）薄膜拉伸溫度的確定； （3）熱定型溫度的確定； （4）縱向和橫向拉伸比的確定。6結(jié)論 通過采用等規(guī)度985以上的電工用聚丙烯原料和合理的BOPP雙向拉伸工藝，降低薄膜的熱收縮率，提高薄膜的耐溫性能是完全可能的。同時(shí)，由于聚丙烯薄膜結(jié)晶度的提高，分子鏈排列規(guī)整，薄膜的拉伸強(qiáng)度和介電強(qiáng)度也得到了提高。國外已有相關(guān)產(chǎn)品，我公司通過采用高等規(guī)度原料并優(yōu)化拉伸工藝，也已生產(chǎn)出耐溫性能明顯提高的電容器用聚丙烯薄膜。參考文獻(xiàn)：1天津大學(xué)化工系高分子教研室編高分子物理M1979年4月2高俊剛、李源勛高分子材料M2002年6月3楊偉、楊鳴波BOPP熱穩(wěn)定性研究J中國塑料2001，154楊偉