CN108116021A - 一种多层结构聚丙烯薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多层结构聚丙烯薄膜及其制备方法，具体为采用热压法制备多层结构聚丙烯薄膜。通过热压法制备厚度为20～100μm的聚丙烯薄膜，将热压制得的聚丙烯薄膜与双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)交替叠放再次热压，设置热压温度不低于聚丙烯熔融温度，制备获得多层结构聚丙烯薄膜。本发明创新性的引入双向拉伸聚丙烯薄膜，将不同结晶形态的聚丙烯通过多层结构的方式相结合，获得的薄膜多层结构清晰且致密，直流击穿场强相比同样原料同样厚度的单层聚丙烯薄膜最高可提高15.3％，且介电常数与介电损耗保持不变，其储能密度最高可以提升32.3％。

Description

一种多层结构聚丙烯薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于电力电容器领域，具体涉及一种多层结构聚丙烯薄膜及其制备方法。
背景技术
聚丙烯薄膜在电力电容器中被广泛用作储能介质，要获得高储能密度的电容器，得先提高聚丙烯薄膜的储能密度。目前对聚丙烯薄膜储能密度的研究表明，通过多层共挤的方法形成的聚丙烯薄膜其击穿场强有一定的升高；且很多研究表明多层结构的PVDF在储能密度上取得了一定的成果，但是对于多层聚丙烯的储能特性的研究几乎没有。
聚丙烯属于半结晶聚合物，并且具有不同的结晶形态，例如球晶、串晶以及双向拉伸聚丙烯薄膜所呈现的网状结晶。不同结晶形态具有不同的电学、力学、以及热学性能。通过多层的方法可以将不同结晶形态，不同表面状态甚至不同成分改性的聚丙烯复合在一起，从而可以提高其电学、力学以及机械等性能。
发明内容
本发明提供了一种多层结构聚丙烯薄膜及其制备方法，具体为采用热压法制备多层结构聚丙烯薄膜。
通过热压法制备厚度为20～100μm的聚丙烯薄膜，将热压制得的聚丙烯薄膜与双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)交替叠放再次热压，设置热压温度不低于聚丙烯熔融温度(>167℃)，制备获得多层结构聚丙烯薄膜。
具体制备步骤如下：
1)在厚度分别为40μm、120μm左右的聚酰亚胺薄膜上裁剪直径为50mm的圆孔作为模具；
2)在厚度为40μm的模具的每个圆孔中放入适量的聚丙烯料，使用平板硫化机，在190℃预热一段时间，排气，然后在20MPa热压成型，获得单层的聚丙烯薄膜试样；
3)在厚度为120μm的模具的每个圆孔中放入3个单层试样，每单层试样之间放入厚度为10μm双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)，使用平板硫化机，在170℃预热一段时间，排气，然后在20MPa下热压成型，获得多层多层结构聚丙烯薄膜。
优选的，所述的单层的聚丙烯薄膜试样的直径为50mm，厚度为50μm左右。
优选的，所述多层结构聚丙烯薄膜的直径为50mm，厚度为150μm左右。
优选的，放入聚丙烯料的量为0.06-0.10g。
更优选的，放入聚丙烯料的量为0.08g。
优选的，在190℃/170℃预热的时间设置为280-320s之间，在20MPa下热压成型时间也设置为280-320s之间。
更优选的，在190℃/170℃预热的时间和在20MPa下热压成型时间都设置为300s。
优选的，排气次数设置为10-15次，每次9-11s。
更优选的，排气次数设置为10次，每次10s。
本方法创新性的引入双向拉伸聚丙烯薄膜，将不同结晶形态的聚丙烯通过多层结构的方式相结合，获得的薄膜多层结构清晰且致密，直流击穿场强相比同样原料同样厚度的单层聚丙烯薄膜最高可提高15.3％，且介电常数与介电损耗保持不变，由储能公式：
因此其储能密度最高可以提升32.3％。
附图说明
图1为本发明的多层结构聚丙烯薄膜示意图；
图2为本发明的多层结构聚丙烯薄膜显微图；
图3为本发明的多层结构聚丙烯薄膜直流击穿场强Weibull分布图；
图3中：●代表1层聚丙烯的直流击穿场强，■代表2层聚丙烯的直流击穿场强，◆代表3层聚丙烯的直流击穿场强，▲代表4层聚丙烯的直流击穿场强。
具体实施方式
以下通过实施例及附图1-3对本发明进一步说明，但并不因此限制本发明。
实施例1：
热压法制备多层结构聚丙烯薄膜，具体制备步骤如下：
1)在厚度分别为40μm、120μm左右的聚酰亚胺薄膜上裁剪直径为50mm的圆孔作为模具；
2)在厚度为40μm的模具的每个圆孔中放入适量的聚丙烯料，使用平板硫化机，在190℃预热一段时间，排气，然后在20MPa热压成型，获得单层的聚丙烯薄膜试样；
其中，聚丙烯料的量可为0.06-0.10g，例如可为0.08g，在190℃预热的时间可设置为280-320s之间，例如可设置为300s，排气次数可设置为10-15次、每次9-11s，例如设置为排气10次，每次10s；在20MPa下热压成型时间可设置为280-320s，例如可设置为300s，单层的聚丙烯薄膜试样的直径为50mm，厚度为50μm左右。
3)在厚度为120μm的模具的每个圆孔中放入3个单层试样，每单层试样之间放入厚度为10μm双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)，使用平板硫化机，在170℃预热一段时间，排气，然后在20MPa下热压成型，获得多层多层结构聚丙烯薄膜；
其中，在170℃预热的时间可设置为280-320s之间，例如可设置为300s，排气次数可设置为10-15次、每次9-11s，例如设置为排气10次，每次10s；在20MPa下热压成型时间可设置为280-320s，例如可设置为300s，多层结构聚丙烯薄膜的直径为50mm，厚度为150μm左右。
实施例2
对实施例1所获得的样品进行性能测试，分别测试了样品的击穿性能和介电性能。
击穿测试根据ASTM-D149和ASTM-D3755，采用直径为12.7mm的半球型电极，在硅油中对薄膜进行直流击穿试验，升压速度为500V/s。每种试样至少获得30个有效击穿点，对这至少30个击穿场强数据进行威布尔统计分析，选取威布尔分布的尺度参数，即击穿概率为63.2％时的击穿场强作为特征击穿场强进行评判。
介电测试是对薄膜试样进行测试，首先在试样表面喷金(金离子溅射)，电极直径是30mm。在室温(25℃)、0.1Hz-105Hz频率范围进行测试，获得试样的介电常数和介电损耗。
结果显示，
单层聚丙烯直流击穿场强：378.2kV/mm，同等厚度的多层聚丙烯(加了BOPP间隔)的击穿场强：436.2kV/mm。介电常数和介电损耗基本保持不变，由储能密度公式可知其储能密度提高32.3％。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种多层结构聚丙烯薄膜，其特征在于，通过热压法制备厚度为20～100μm的聚丙烯薄膜，将热压制得的聚丙烯薄膜与双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)交替叠放再次热压，设置热压温度不低于聚丙烯熔融温度，制备获得多层结构聚丙烯薄膜。
2.一种多层结构聚丙烯薄膜的制备方法，具体制备步骤如下：优选的，
1)在厚度分别为40μm、120μm左右的聚酰亚胺薄膜上裁剪直径为50mm的圆孔作为模具；
2)在厚度为40μm的模具的每个圆孔中放入适量的聚丙烯料，使用平板硫化机，在190℃预热一段时间，排气，然后在20MPa热压成型，获得单层的聚丙烯薄膜试样；
3)在厚度为120μm的模具的每个圆孔中放入3个单层试样，每单层试样之间放入厚度为10μm双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)，使用平板硫化机，在170℃预热一段时间，排气，然后在20MPa下热压成型，获得多层多层结构聚丙烯薄膜。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的单层的聚丙烯薄膜试样的直径为50mm，厚度为50μm左右。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述多层结构聚丙烯薄膜的直径为50mm，厚度为150μm左右。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：放入聚丙烯料的量为0.06-0.10g。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：放入聚丙烯料的量为0.08g。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在190℃/170℃预热的时间设置为280-320s之间，在20MPa下热压成型时间也设置为280-320s之间。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在190℃/170℃预热的时间和在20MPa下热压成型时间都设置为300s。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：排气次数设置为10-15次，每次9-11s。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：排气次数设置为10次，每次10s。
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