聚丙烯薄膜性能

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1、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(duì)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

2、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：①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?；②在高溫下膜的電性能?yōu)良；③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(huì)因過高的熱能轉(zhuǎn)換導(dǎo)致薄膜收縮造

3、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98．5％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

4、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(duì)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

5、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

6、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(duì)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98．5％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ΔG＝ΔG晶－ΔG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　

7、　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Tmax≌0．85Tm。???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?！　×硗?，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

8、率的溫度Tmax，接近于一種等溫和靜態(tài)的結(jié)晶過程）對(duì)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