CN102509610B

CN102509610B - 2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法

Info

Publication number: CN102509610B
Application number: CN 201110446049
Authority: CN
Inventors: 黄剑鹏
Original assignee: Great Southeast Wan-Xiang Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo Great Southeast Wan-Xiang Science & Technology Co ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: CN102509610A

Abstract

一种2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，它包括以下步骤：1）原料和生产条件；2）挤出机挤出铸片；3）激冷辊及风淋冷却；4）纵向拉伸；5）横向拉伸；6）测厚、切边及电晕处理；7）收卷；8）第一次时效处理；9）分切；10）第二次时效处理。与现有技术相比，本发明通过对上述步骤中原料的选取、生产条件的设定、挤出时的加热方式、激冷温度、厚片的厚度、纵横双向拉伸、电击强度及时效处理方式等的改进才制备出了2.5μm聚丙烯电容薄膜，且制备的2.5μm聚丙烯电容薄膜在高温下热收缩率较低和各相性能较稳定，同时在电晕处理时和后续的蒸度金属层时，不易出现被击穿或收缩的情况。

Description

2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法

技术领域

本发明属于电容膜制备领域，特别是涉及一种2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法。

背景技术

目前，用聚丙烯薄膜（聚丙烯的英文简称为PP）制得的电容器已得到普遍的应用，随着电子、信息产业的应用和发展，对电容器的技术性能、可靠性水平、结构形状和几何尺寸及使用安全性提出了越来越高的要求，特别是电器和电路往小型化方向发展，使得对电容器的尺寸要求也就更高，需要更小的薄膜电容器，也就要求制备薄膜电容器的聚丙烯薄膜厚度更薄，而现有技术的聚丙烯薄膜均是厚度在2.8μm以上的聚丙烯薄膜，而2.8μm以下的聚丙烯薄膜由于厚度较薄，现有技术的常规的制备方法制备时，在双向拉伸容易出现拉断的断膜现象，或是在电晕处理时容易被电弧轰击而出现被击穿的情况，故目前还没有产业化生产的2.5μm聚丙烯电容薄膜。

发明内容

本发明的目的是为解决以上技术问题是，提供一种可制备出2.5μm聚丙烯电容薄膜的2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法。

为实现本发明目的，本发明所用的技术方案是：提供一种2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，它包括以下步骤：

1）原料和生产条件：原料为灰分为10~20ppm，熔融指数为3.2~4.0g/10min，熔点为162~170℃的聚丙烯颗粒；生产设备的第一工艺罩内环境要求温度为32~36℃，湿度为30%~70%，洁净度级数为一万级或一万级以下；第二工艺罩内环境要求温度为20~30℃，湿度为50%~60%，洁净度级数为一万级或一万级以下；

2）挤出机挤出铸片：将步骤1）中的聚丙烯颗粒投入挤出机挤出成片状熔体，挤出机的螺筒的直径为160~175mm，长径比为L/D=33，温度为190~260℃，采用剪切加热方式加热，挤出机中的过滤器为平网15~40μm，9~14个烛芯滤的过滤器，挤出机模头的开槽宽度为650~850 mm，模头的温度为230~250℃；

3）激冷辊及风淋冷却：将步骤2）中制得的片状熔体通过激冷辊及风淋冷却定型得到厚片，激冷辊的温度为96~108℃，厚片的厚度为产品厚度的9~11倍；

4）纵向拉伸：将步骤3）制得的厚片依次进行纵向预热、拉伸和定型，预热辊为10根，拉伸辊为6根，定型辊为6根，预热温度为100~140℃，拉伸温度为130~150℃，拉伸倍率为4.0~6.0，定型温度为138~148℃；

5）横向拉伸：将步骤4）制得的厚膜依次进行横向预热、拉伸和定型，预热温度为160~172℃，拉伸温度为155~165℃，拉伸倍率为8.0~10，定型温度为150~180℃；

6）测厚、切边及电晕处理：薄膜的厚度为2.5μm，对薄膜的一面进行电晕处理，电晕时电极的轰击强度为7~9W·Min/m²；

7）收卷：收卷张力为20%~32%，收卷压力为40%~50%；

8）第一次时效处理：将收卷后的薄膜在无尘等级为1万级或1万级以下、温度为30~40℃的环境中时效处理，时间为72~82小时；

9）分切：根据需求将第一次时效处理后的薄膜分切成一定宽度的小卷薄膜；

10）第二次时效处理：将分切后的小卷薄膜在无尘等级为1万级或1万级以下、温度为30~40℃的环境中时效处理，时间为≥12小时。

所述的步骤2）中的挤出机的螺筒的直径为170mm，挤出机模头的开槽宽度为840 mm，模头的温度为240~250℃。

所述的步骤3）中厚片的厚度为产品厚度的10倍。

所述的步骤4）中预热辊分为六组，沿进料方向各组的温度依次为100℃、103℃、110℃、115℃、125℃和130℃；所述的拉伸辊分为五组，沿进料方向各组的温度依次为135℃、135℃、140℃、144℃和140℃；所述的定型辊分为两组，沿进料方向各组的温度依次为140℃和145℃；且拉伸段设有红外加热装置。

所述的步骤5）中预热段为4区10.5~16.5米，拉伸段为4区9~15米，定型段为5区15~19.5米。

所述的步骤6）中电极的轰击强度为8W·Min/m²。

所述的步骤7）中收卷张力为26%，收卷压力为45%。

所述的步骤8）中环境无尘等级为1万级，温度为35℃。

与现有技术相比，本发明通过对上述步骤中原料的选取、生产条件的设定、挤出时的加热方式、激冷温度、厚片的厚度、纵横双向拉伸、电击强度及时效处理方式等的改进才制备出了2.5μm聚丙烯电容薄膜，且制备的2.5μm聚丙烯电容薄膜在高温下热收缩率较低和各相性能较稳定，同时在电晕处理时和后续的蒸度金属层时，不易出现被击穿或收缩的情况。

附图说明

附图为聚丙烯的结晶速率与温度之间的关系图。

如图所示：V为结晶速率，T为温度，Tg为玻璃化温度，Tz为结晶转变温度，Tm为熔点。

具体实施方式

下面结合具体实施实例说明，但本发明不限于以下具体实施实例。

实施例1

一种2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，它包括以下步骤：

1）原料和生产条件：原料为BOREALLS POLYMERS生产的型号为HC318BF的聚丙烯颗粒，灰分为10~20ppm，熔融指数为3.2~4.0g/10min，熔点为162~170℃的聚丙烯颗粒，在保证力学性能达要求的前提下，选用分子量较小，分子量分布窄的聚丙烯颗粒，因为如果原材料的分子量分布宽，则在熔融时分子量大的未塑化而被已熔的分子量小的聚合物带出时，容易形成薄膜中的“鱼眼”而导致薄膜报废，据熔融指数大，分子量小的原理，在保证力学性能达要求的前提下，选用分子量较小，分子量分布窄的料，则在生产过程中就不易出现“鱼眼”而导致薄膜报废的情况，也不易出现断膜的现象，保证薄膜可拉伸到尽量薄；生产设备的第一工艺罩内环境要求温度为32℃，湿度为30%，洁净度级数为一万级；第二工艺罩内环境要求温度为20℃，湿度为50%，洁净度级数为一万级；因为生产条件往往是最容易忽略的，但是根据实际生产的经验生产设备内的环境对生产薄膜起到非常重要的作用，不但影响结晶度同时还影响成膜的电气性能，特别是生产超薄型聚丙烯金属化电容薄膜时，在普通的或不合适的生产环境中生产在双向拉伸过程中，最容易出现断膜的现象，而导致薄膜的厚度无法达到2.5μm，故在生产条件做了要求；

2）挤出机挤出铸片：将步骤1）中的聚丙烯颗粒投入挤出机挤出成片状熔体，挤出机的螺筒的直径为160mm，长径比为L/D=33，温度为190~260℃，采用剪切加热方式加热，挤出机中的过滤器为平网15μm，9个烛芯滤的过滤器，挤出机模头的开槽宽度为660 mm，模头的温度为240℃；要高分子链取向，温度设定应使聚丙烯处于皮革态与粘流态之间，使链段可动，在挤出机中使用剪切生热将原料加热到熔点以上，则可保证温度均匀，不过热，还可使原料粒料间、粒料与挤出机金属筒壁间及粒料与挤出机螺杆间有更多机会相互磨擦和剪切，形成应力诱导，引起原料熔融体分子转动和分子链的缠结，形成一种纤维状结构，一定程度上起到成核作用，有利于提高铸片中的结晶度；

3）激冷辊及风淋冷却：将步骤2）中制得的片状熔体通过激冷辊及风淋冷却定型得到厚片，激冷辊的温度为96℃，厚片的厚度为产品厚度的9倍；厚片质量的好坏，往往决定了拉伸能否正常进行及最终薄膜的质量，约占责任关系的60％；而聚丙烯的结晶速率与温度关系如附图所示：略偏的倒钟罩形，激冷辊的温度必须控制均匀即厚片及结晶状态均匀，从而使高温熔体急速冷却，迅速越过Tz（120℃-150℃）降温使结晶度低，才能顺利进行双向拉伸，要使厚度大于成品膜厚10倍左右的厚片在短时间内骤冷到玻璃化温度，激冷辊的传热问题变得非常突出，所以激冷辊温度设计不合理是不能确保制取低结晶度的厚片，这也是导致超薄型薄膜在开发时容易出现厚度均匀性不好和破膜多的一个重要因素；厚片在Tz前和Tz后虽然得到同样的结晶度，但对后工序的生产过程和产品的物理性能是两个不同的概念，未过Tz点附近停留，则结晶度高，尽快越过Tz降温并停留，则结晶度低；而激冷辊温度设定为96-108℃时，厚片成型所得的结晶度刚好符合生产2.5μm超薄型金属化膜的要求；所以快速冷却，一方面使熔体迅速经过结晶区域，从而降低结晶度；另一方面由于晶体生长时间短，也使结晶尺寸变细，有利于韧性的改善和在生产过程中解决破膜问题，同时使制成的电容器内电压不会降低；

4）纵向拉伸：将步骤3）制得的厚片依次进行纵向预热、拉伸和定型，预热辊为10根，拉伸辊为6根，定型辊为6根，预热温度为100~130℃，拉伸温度为135~140℃，拉伸倍率为4.4，定型温度为140~145℃；预热辊分为六组，沿进料方向各组的温度依次为100℃、103℃、110℃、115℃、125℃和130℃；所述的拉伸辊分为五组，沿进料方向各组的温度依次为135℃、135℃、140℃、144℃和140℃；所述的定型辊分为两组，沿进料方向各组的温度依次为140℃和145℃；且拉伸段设有红外加热装置；但这种超薄型薄膜厚片非常薄，如采用太高的预热温度其实是不可行的，因此本发明通过10根预热辊和厚片增加受热时间的方法，预热温度由100-130℃逐步提升，使得厚片均匀受热，使厚片热透而不烫伤，减少急速加热导致聚丙烯形成球晶，薄膜透明性下降；而且各预热辊之间，在线速度上有一定的递增量，即预热辊之间后辊比前辊速度增加5％~8％用于补偿厚片的伸长和保持膜与辊面有良好的接触，使厚片紧贴辊（热伸长及弹性回弹力），保证传热效率和加热均匀；如附图所示，因聚丙烯有熔融、取向、重结晶等多个过程，故厚片在纵拉机转速快慢不同的两辊之间完成，要拉伸倍数一般在4.0~6.0倍；同时聚丙烯在有重结晶——放热，故拉伸时应有良好的散热条件，以免温度波动引起厚片边太厚或翘起，故设置红外线加热装置进行补热；因聚丙烯是结晶性聚合物，其最大结晶速率的温度约为熔点（Tm）的0.75～0.90倍，温度越高（如在Tm附近）或越低（如在玻璃化转变温度附近），越难结晶；如果要防止预热、拉伸过程中聚丙烯结晶度的急剧增加，选择拉伸温度时最好不要在其最大结晶速率的温度区域，而选在结晶开始熔融、分子链能够运动的温度下，即在低于Tm 15~25℃（即140-150℃）左右的温度范围内进行拉伸；厚片在138~148℃下定型，是要满足消除纵拉后产生的内应力以及充分保证其晶体转化为a晶体，从而保证了纵向热收缩率达到要求；

5）横向拉伸：将步骤4）制得的厚膜依次进行横向预热、拉伸和定型，预热温度为160~172℃，拉伸温度为155~165℃，拉伸倍率为8.0，定型温度为150~180℃；预热段为4区12米，拉伸段为4区10.5米，定型段为5区16.5米；聚丙烯薄膜的横向拉伸是一个重要且复杂的过程，整个过程在一个连续的热环境中进行；所以在横拉机预热段长度10.5~16.5米基础上，实现预热段温度为160~172℃，通过链段取向，逐步实现了整条大分子链或微晶等结构单元，取向后大分子链排列得更紧密，分子间作用力提高，并往往会使垂直拉伸方向的小裂缝愈合，均使力学性能提高；在拉伸温度为155~165℃区域内进行8~10倍的拉伸，使大分子链在取向中被拉伸而绷紧，再经温度为150~180℃的热定型，使绷紧的链段尽可能地松驰下来，温度稍高，时间短，则链段松驰而大分子链的取向未松驰；由于热定型时横向适当收缩，纵横向均拉着，故宏观看大分子链仍保持着取向状态而微观上绷得紧的链段发生了不同程度的解取向，然后有一些卷曲，受冲击力时可通过链段运动适当变形，使得韧性增加，且由于链段内应力的部分已消除，减少内应力导致的后变形使尺寸稳定性，热定型取向度略下降，但由于改善了取向状态，使得力学强度不降反而是提高；

6）测厚、切边及电晕处理：薄膜的厚度为2.5μm，对薄膜的一面进行电晕处理，电晕时电极的轰击强度为7W·Min/m²；

7）收卷：收卷张力为20%，收卷压力为40%；

8）第一次时效处理：将收卷后的薄膜在无尘等级为1万级、温度为30℃的环境中时效处理，时间为82小时；

10）第二次时效处理：将分切后的小卷薄膜在无尘等级为1万级、温度为30℃的环境中时效处理，时间为24小时。

实施例2

一种2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，它包括以下步骤：

1）原料和生产条件：原料为BOREALLS POLYMERS生产的型号为HC318BF的聚丙烯颗粒，灰分为10~20ppm，熔融指数为3.2~4.0g/10min，熔点为162~170℃的聚丙烯颗粒；生产设备的第一工艺罩内环境要求温度为35℃，湿度为50%，洁净度级数为一万级或一万级以下；第二工艺罩内环境要求温度为25℃，湿度为55%，洁净度级数为一万级或一万级以下；

2）挤出机挤出铸片：将步骤1）中的聚丙烯颗粒投入挤出机挤出成片状熔体，挤出机的螺筒的直径为170mm，长径比为L/D=33，温度为190~260℃，采用剪切加热方式加热，挤出机中的过滤器为平网20μm，12个烛芯滤的过滤器，挤出机模头的开槽宽度为780mm，模头的温度为235℃；

3）激冷辊及风淋冷却：将步骤2）中制得的片状熔体通过激冷辊及风淋冷却定型得到厚片，激冷辊的温度为100℃，厚片的厚度为产品厚度的10倍；

4）纵向拉伸：将步骤3）制得的厚片依次进行纵向预热、拉伸和定型，预热辊为10根，拉伸辊为6根，定型辊为6根，预热温度为100~140℃，拉伸温度为130~150℃，拉伸倍率为5.0，定型温度为138~148℃；预热辊分为六组，沿进料方向各组的温度依次为100℃、103℃、110℃、115℃、125℃和130℃；所述的拉伸辊分为五组，沿进料方向各组的温度依次为135℃、135℃、140℃、144℃和140℃；所述的定型辊分为两组，沿进料方向各组的温度依次为140℃和145℃；且拉伸段设有红外加热装置；

5）横向拉伸：将步骤4）制得的厚膜依次进行横向预热、拉伸和定型，预热温度为160~172℃，拉伸温度为155~165℃，拉伸倍率为9.0，定型温度为150~180℃；预热段为4区13.5米，拉伸段为4区12米，定型段为5区16.5米；

6）测厚、切边及电晕处理：薄膜的厚度为2.5μm，对薄膜的一面进行电晕处理，电晕时电极的轰击强度为8W·Min/m²；

7）收卷：收卷张力为26%，收卷压力为45%；

8）第一次时效处理：将收卷后的薄膜在无尘等级为1万级、温度为35℃的环境中时效处理，时间为77小时；

10）第二次时效处理：将分切后的小卷薄膜在无尘等级为1万级或1万级以下、温度为35℃的环境中时效处理，时间为20小时。

实施例3

一种2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，它包括以下步骤：

1）原料和生产条件：原料为BOREALLS POLYMERS生产的型号为HC318BF的聚丙烯颗粒，灰分为10~20ppm，熔融指数为3.2~4.0g/10min，熔点为162~170℃的聚丙烯颗粒；生产设备的第一工艺罩内环境要求温度为36℃，湿度为70%，洁净度级数为一万级或一万级以下；第二工艺罩内环境要求温度为30℃，湿度为60%，洁净度级数为一万级或一万级以下；

2）挤出机挤出铸片：将步骤1）中的聚丙烯颗粒投入挤出机挤出成片状熔体，挤出机的螺筒的直径为175mm，长径比为L/D=33，温度为190~260℃，采用剪切加热方式加热，挤出机中的过滤器为平网25μm，14个烛芯滤的过滤器，挤出机模头的开槽宽度为840mm，模头的温度为245℃；

3）激冷辊及风淋冷却：将步骤2）中制得的片状熔体通过激冷辊及风淋冷却定型得到厚片，激冷辊的温度为108℃，厚片的厚度为产品厚度的11倍；

4）纵向拉伸：将步骤3）制得的厚片依次进行纵向预热、拉伸和定型，预热辊为10根，拉伸辊为6根，定型辊为6根，预热温度为100~140℃，拉伸温度为130~150℃，拉伸倍率为5.4，定型温度为138~148℃；预热辊分为六组，沿进料方向各组的温度依次为100℃、103℃、110℃、115℃、125℃和130℃；所述的拉伸辊分为五组，沿进料方向各组的温度依次为135℃、135℃、140℃、144℃和140℃；所述的定型辊分为两组，沿进料方向各组的温度依次为140℃和145℃；且拉伸段设有红外加热装置；

5）横向拉伸：将步骤4）制得的厚膜依次进行横向预热、拉伸和定型，预热温度为160~172℃，拉伸温度为155~165℃，拉伸倍率为10，定型温度为150~180℃；预热段为4区15米，拉伸段为4区13.5米，定型段为5区18米；

6）测厚、切边及电晕处理：薄膜的厚度为2.5μm，对薄膜的一面进行电晕处理，电晕时电极的轰击强度为9W·Min/m²；

7）收卷：收卷张力为32%，收卷压力为50%；

8）第一次时效处理：将收卷后的薄膜在无尘等级为1万级或1万级以下、温度为40℃的环境中时效处理，时间为72小时；

10）第二次时效处理：将分切后的小卷薄膜在无尘等级为1万级或1万级以下、温度为40℃的环境中时效处理，时间为12小时。

上述方法制得的2.5μm聚丙烯电容薄膜的指标为拉伸强度纵向（MD）为132.5Mpa，横向（TD）为265 Mpa；热收缩率纵向（MD）为3.3％，横向（TD）为0.02％；50度介电强度520V/μm以上；元件法是350V/μm的产品（元件法：就是指模型电容器法，即试样为卷在硬绝缘管蕊上的模型电容器元件的一种方法，简称元件法）。

Claims

1.一种2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1）原料和生产条件：原料为灰分为10～20ppm，熔融指数为3.2～4.0g/10min，熔点为162～170℃的聚丙烯颗粒；生产设备的第一工艺罩内环境要求温度为32～36℃，湿度为30%～70%，洁净度级数为一万级或一万级以下；第二工艺罩内环境要求温度为20～30℃，湿度为50%～60%，洁净度级数为一万级或一万级以下；

2）挤出机挤出铸片：将步骤1）中的聚丙烯颗粒投入挤出机挤出成片状熔体，挤出机的螺筒的直径为160～175mm，长径比为L/D=33，温度为190～260℃，采用剪切加热方式加热，挤出机中的过滤器为平网15～40μm，9～14个烛芯滤的过滤器，挤出机模头的开槽宽度为650～850mm，模头的温度为230～250℃；

3）激冷辊及风淋冷却：将步骤2）中制得的片状熔体通过激冷辊及风淋冷却定型得到厚片，激冷辊的温度为96～108℃，厚片的厚度为最终制得2.5μm聚丙烯电容薄膜的厚度的9～11倍；

4）纵向拉伸：将步骤3）制得的厚片依次进行纵向预热、拉伸和定型，预热辊为10根，拉伸辊为6根，定型辊为6根，预热温度为100～140℃，拉伸温度为130～150℃，拉伸倍率为4.0～6.0，定型温度为138～148℃；

5）横向拉伸：将步骤4）制得的厚膜依次进行横向预热、拉伸和定型，预热温度为160～172℃，拉伸温度为155～165℃，拉伸倍率为8.0～10，定型温度为150～180℃；

6）测厚、切边及电晕处理：薄膜的厚度为2.5μm，对薄膜的一面进行电晕处理，电晕时电极的轰击强度为7～9W·Min/m²；

7）收卷：收卷张力为20%～32%，收卷压力为40%～50%；

8）第一次时效处理：将收卷后的薄膜在无尘等级为1万级或1万级以下、温度为30～40℃的环境中时效处理，时间为72～82小时；

10）第二次时效处理：将分切后的小卷薄膜在无尘等级为1万级或1万级以下、温度为30～40℃的环境中时效处理，时间为≥12小时。

2.根据权利要求1所述的2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤2）中的挤出机的螺筒的直径为170mm，挤出机模头的开槽宽度为840mm，模头的温度为240～250℃。

3.根据权利要求1所述的2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤3）中厚片的厚度为最终制得2.5μm聚丙烯电容薄膜的厚度的10倍。

4.根据权利要求1所述的2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤4）中预热辊分为六组，沿进料方向各组的温度依次为100℃、103℃、110℃、115℃、125℃和130℃；所述的拉伸辊分为五组，沿进料方向各组的温度依次为135℃、135℃、140℃、144℃和140℃；所述的定型辊分为两组，沿进料方向各组的温度依次为140℃和145℃；且拉伸段设有红外加热装置。

5.根据权利要求1所述的2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤5）中预热段为4区10.5～16.5米，拉伸段为4区9～15米，定型段为5区15～19.5米。

6.根据权利要求1所述的2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤6）中电极的轰击强度为8W·Min/m²。

7.根据权利要求1所述的2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤7）中收卷张力为26%，收卷压力为45%。

8.根据权利要求1所述的2.5μm聚丙烯电容薄膜的制备方法，其特征在于：所述的步骤8）中环境无尘等级为1万级，温度为35℃。