CN112601652A - 双轴拉伸聚丙烯薄膜、金属化薄膜、金属化薄膜卷和薄膜电容器 - Google Patents
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Abstract
一种双轴拉伸聚丙烯薄膜,其厚度为1.0μm~3.5μm,第一方向上的135℃的拉伸断裂应力为70MPa以上,第一方向上的125℃的拉伸断裂应力与第一方向上的135℃的拉伸断裂应力之差为0MPa以上且15MPa以下。
Description
技术领域
本公开涉及双轴拉伸聚丙烯薄膜、金属化薄膜、金属化薄膜卷和薄膜电容器。
背景技术
双轴拉伸聚丙烯薄膜具有高的耐电压性、低的介电损耗特性等优异的电特性,且具有高的耐湿性,因此,用作薄膜电容器的电介质。例如,用作构成混合动力汽车/电动汽车的动力控制单元的逆变器中的薄膜电容器的衍生物。
如图1所示,构成薄膜电容器的金属化薄膜5具备:双轴拉伸聚丙烯薄膜10;和,设于双轴拉伸聚丙烯薄膜10的金属层30。在双轴拉伸聚丙烯薄膜10的两面中的、一个面上设有金属层30。需要说明的是,图1为图2中的I-I剖视图。
如图2所示,在金属化薄膜5上,在TD方向D2中的一个端部51上设有沿MD方向D1连续延伸的绝缘边界21。通常,绝缘边界21如下形成:在对双轴拉伸聚丙烯薄膜10实施金属蒸镀前,用油覆盖双轴拉伸聚丙烯薄膜10的规定位置,从而形成。需要说明的是,符号52是指金属化薄膜5中的TD方向D2的另一个端部,符号31是指重边部,符号32是指活动部。
为了制作这种金属化薄膜5,例如有如下工序:将熔融后的聚丙烯树脂在T模头中以片状挤出,得到浇铸坯料片;将浇铸坯料片进行双轴拉伸,得到双轴拉伸聚丙烯薄膜;将双轴拉伸聚丙烯薄膜解出,吹送油,实施金属蒸镀,将分切前金属化薄膜6(参照图3)卷取于卷取辊(以下,将其有时称为“蒸镀工序”)。如图3所示,分切前金属化薄膜6具有沿MD方向D1连续延伸的多个绝缘边界21。边将这种分切前金属化薄膜6解出,边用切断刀沿TD方向D2分割成多个,可以得到金属化薄膜5。蒸镀工序中,向双轴拉伸聚丙烯薄膜吹送100℃~150℃的油。用于金属蒸镀的金属在蒸发源中通常被加热至600℃以上。在蒸发源与冷却辊之间使吹送油后的双轴拉伸聚丙烯薄膜10通过,蒸镀金属。需要说明的是,图3中,符号300是指,通过蒸镀形成的、分切前金属化薄膜6的金属层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开昭63-310954
发明内容
发明要解决的问题
蒸镀工序中,双轴拉伸聚丙烯薄膜由于受到来自绝缘边界形成用的油、蒸镀金属、蒸发源的热的影响而有时引起热损耗(褶皱、松弛)。该热损耗在蒸镀后的分切前金属化薄膜卷取时产生褶皱、或有时引起源自褶皱、松弛的蒸镀膜不均。特别是如电容器用双轴拉伸聚丙烯薄膜那样薄的双轴拉伸聚丙烯薄膜中,源自热损耗的不良的发生、具体而言褶皱不良、蒸镀膜不均的发生明显。这种不良对后续工序(分切工序、电容器元件卷绕工序、薄膜电容器制作工序等)造成不良影响,因此,产生了不良的部分被废弃。
因而,薄膜电容器用于混合动力汽车/电动汽车等,因此,期望在高温且高电压的严苛的环境下,静电容量也不易降低、且不易短路。
本公开的目的在于,提供如下双轴拉伸聚丙烯薄膜:虽然双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度薄,但是可以抑制蒸镀工序后的卷绕形态中的褶皱不良,且可以抑制蒸镀膜不均的发生,此外,两种限度试验(温度限度试验和电压限度试验)中,可以制作随着时间经过的静电容量的减少小、且达到短路为止的时间长的薄膜电容器。
用于解决问题的方案
本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度为1.0μm~3.5μm,第一方向上的135℃的拉伸断裂应力为70MPa以上,前述第一方向上的125℃的拉伸断裂应力与前述第一方向上的135℃的拉伸断裂应力之差为0MPa以上且15MPa以下。
对于本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜,虽然双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度薄,但是可以抑制蒸镀工序后的卷绕形态中的褶皱不良的发生,且可以抑制蒸镀膜不均的发生。本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜此外在两种限度试验(温度限度试验和电压限度试验)中,可以制作随着时间经过的静电容量的减少小、且达到短路为止的时间长的薄膜电容器。另外,由于双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度薄,因此,前述薄膜电容器的静电容量和每单位体积的静电容量大。
能否抑制蒸镀工序后的卷绕形态中的褶皱不良和蒸镀膜不均的发生的理由如下推测。
以往发生蒸镀工序后的卷绕形态中的褶皱不良和蒸镀膜不均的主要原因认为,第一在于,在附着有绝缘边界形成用的油的部分处温度升高,该部分由于运输时的张力而沿MD方向容易伸长,其他部分(未附着油的部分)不易伸长,第二在于,双轴拉伸聚丙烯薄膜通过蒸镀源附近时,越靠近蒸镀源,越受到来自附着的蒸镀金属或蒸发源的热,薄膜温度升高,因此,靠近蒸发源的部分由于运输时的张力而沿MD方向容易伸长,远离蒸发源的部分不易伸长。
与此相对,认为,对于本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜,可以抑制以往可能源自由绝缘边界形成用的油而产生的温度不均(附着有油的部分中温度高、未附着油的部分中温度低)、和受到来自蒸镀金属的附着、蒸镀源的热所导致的双轴拉伸聚丙烯薄膜的急剧温度变化的、卷绕形态中的褶皱不良、和蒸镀膜不均。对此,以下详细进行说明。
第一认为,对于本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜,可以抑制以往可能源自由绝缘边界形成用的油而产生的温度不均(附着有油的部分中温度高、未附着油的部分中温度低)的、卷绕形态中的褶皱不良、和蒸镀膜不均。
如前述,能抑制前述褶皱不良和前述蒸镀膜不均的理由在于,首先第一方向上的135℃的拉伸断裂应力为70MPa以上,因此,可以抑制附着有绝缘边界形成用的油的部分由于运输时的张力而沿MD方向伸长。另外,作为另一理由,第一方向上的125℃的拉伸断裂应力与第一方向上的135℃的拉伸断裂应力之差为0MPa以上且15MPa以下,因此,基于双轴拉伸聚丙烯薄膜面内的温度不均而可以减小强度的TD方向不均,由此,可以抑制MD方向伸长率的TD方向不均。
如此认为,通过可以抑制附着有绝缘边界形成用的油的部分沿MD方向伸长、和可以抑制MD方向伸长率的TD方向不均这两者,本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜可以使蒸镀工序中的运输稳定化。
作为其结果,本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜可以抑制以往可能源自由绝缘边界形成用的油而产生的温度不均的、卷绕形态中的褶皱不良、和蒸镀膜不均。
认为,第二在于,本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜可以抑制以往可能源自受到来自蒸镀金属的附着、蒸镀源的热所导致的双轴拉伸聚丙烯薄膜的急剧温度变化的、卷绕形态中的褶皱不良、和蒸镀膜不均。
如前述,能抑制前述褶皱不良和前述蒸镀膜不均的理由在于,首先第一方向上的135℃的拉伸断裂应力为70MPa以上,因此,双轴拉伸聚丙烯薄膜受到来自在金属蒸镀工序中附着的蒸镀金属或蒸发源的热时,可以抑制由于运输时的张力而沿MD方向伸长。另外,作为另一理由,第一方向上的125℃的拉伸断裂应力与第一方向上的135℃的拉伸断裂应力之差为0MPa以上且15MPa以下,因此,可以减小基于温度变化的、强度的不均,由此,可以抑制运输时的张力所导致的MD方向伸长率的不均。
如此认为,通过能抑制源自受到来自蒸镀金属或蒸发源的热而双轴拉伸聚丙烯薄膜沿MD方向伸长、和能抑制基于温度变化的MD方向伸长率的不均这两者,本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜可以使蒸镀工序中的运输稳定化。
作为其结果,认为,本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜可以抑制以往可能源自受到来自蒸镀金属的附着、蒸镀源的热所导致的双轴拉伸聚丙烯薄膜的急剧温度变化的、卷绕形态中的褶皱不良、和蒸镀膜不均。
根据这种原理,本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度虽然薄,但是可以抑制以往可能源自由绝缘边界形成用的油而产生的温度不均、和受到来自蒸镀金属的附着、蒸镀源的热所导致的双轴拉伸聚丙烯薄膜的急剧温度变化的、卷绕形态中的褶皱不良、和蒸镀膜不均。
与此相对,专利文献1公开了提高刚性、抑制蒸镀时的褶皱发生的方案,但是不仅尚未研究双轴拉伸聚丙烯薄膜的高温下的刚性,而且尚未研究对高温下的温度不均、温度变化的刚性的强弱。另外,双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度也厚,尚未研究薄的薄膜。由此认为,专利文献1的双轴拉伸聚丙烯薄膜有时难以抑制薄的薄膜的卷绕形态中的褶皱不良、和蒸镀膜不均这两者。
本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜在两种限度试验(温度限度试验和电压限度试验)中能制作静电容量的减少小、且达到短路为止的时间长的薄膜电容器的理由如下推测。
第一在于,认为,第一方向上的135℃的拉伸断裂应力为70MPa以上,因此,本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜的内部结构在高温(具体而言,温度限度试验的115℃、电压限度试验的105℃)下也牢固。
第二在于,第一方向上的125℃的拉伸断裂应力与第一方向上的135℃的拉伸断裂应力之差为0MPa以上且15MPa以下,对于温度变化而言拉伸断裂应力的变化小,因此,通过用于达到温度限度试验和电压限度试验的试验温度(具体而言,温度限度试验中115℃、电压限度试验中105℃)的加热而内部结构不易崩解,在试验温度下也可以维持牢固的结构。作为其结果,认为,本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜在温度限度试验和电压限度试验中可以抑制伴有时间经过的静电容量的减少、且可以抑制短路的发生。
需要说明的是,本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜可以用于电容器。
进而,本公开还涉及金属化薄膜,本公开的金属化薄膜可以具有:本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜;和,层叠于双轴拉伸聚丙烯薄膜的单面或两面的金属层。
本公开还涉及金属化薄膜卷,本公开的金属化薄膜卷可以是将本公开的金属化薄膜卷绕而成的。
本公开还涉及薄膜电容器,本公开的薄膜电容器可以具有经卷绕的本公开的金属化薄膜、或具有层叠有多层本公开的金属化薄膜的构成。
发明的效果
对于本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜,虽然厚度薄,但是可以抑制蒸镀工序后的卷绕形态中的褶皱不良,且可以抑制蒸镀膜不均的发生,此外,两种限度试验(温度限度试验和电压限度试验)中,可以制作伴有时间经过的静电容量的减少小、且达到短路为止的时间长的薄膜电容器。
附图说明
图1为金属化薄膜的剖视简图,更详细地为图2中的I-I线的剖视简图。
图2为金属化薄膜的俯视简图。
图3为自卷取辊解出的分切前金属化薄膜的俯视简图。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行说明。但是,本发明不仅限定于这些实施方式。
本说明书中,“含有”和“包含”的表现包括“含有”、“包含”、“实质上由……构成”和“仅由……构成”的概念。
本说明书中,“电容器”的表现包括“电容器”、“电容器元件”和“薄膜电容器”的概念。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜不是微孔性薄膜,因此,不具有大量的孔隙。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜可以由2层以上的多层构成,优选由单层构成。
本说明书中,将聚丙烯有时简记作PP,将聚丙烯树脂有时简记作PP树脂。
首先对本实施方式中记载的方向进行说明。本实施方式中,第一方向是指,双轴拉伸聚丙烯薄膜的长度方向,即,与纵向相同的方向。长度方向有时被称为辊的卷取方向。本实施方式中,第一方向可以为与MachineDirection(以下,称为“MD方向”)相同的方向。MD方向有时被称为流动方向、机械轴方向等。以下中,将第一方向主要称为MD方向。但是,本发明中,第一方向不限定于是指与长度方向相同的朝向的方式,不限定于是指与MD方向相同的朝向的方式。另一方面,第二方向是指与双轴拉伸聚丙烯薄膜的宽度方向相同的方向。本实施方式中,第二方向可以为与TransverseDirection(以下,称为“TD方向”)相同的方向。以下中,将第二方向主要称为TD方向。但是,本发明中,第二方向不限定于是指与宽度方向相同的朝向的方式,不限定于是指与TD方向相同的朝向的方式。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜中,第一方向上的135℃的拉伸断裂应力为70MPa以上、优选80MPa以上、更优选85MPa以上。双轴拉伸聚丙烯薄膜的前述拉伸断裂应力如果低于70MPa,则受到来自绝缘边界形成用的油、蒸镀金属、蒸镀源的热时,可以说受到热的部分的、对运输时的张力的强度不充分。另外,前述拉伸断裂应力如果低于70MPa,则可以说双轴拉伸聚丙烯薄膜的内部结构不充分牢固。第一方向上的135℃的拉伸断裂应力优选120MPa以下、更优选110MPa以下、进一步优选105MPa以下、特别优选100MPa以下。优选120MPa以下的理由是由于,第一方向上的135℃的拉伸断裂应力如果过高,则双轴拉伸聚丙烯薄膜的制膜稳定性(薄膜的破损难易性)不充分。本说明书中,将135℃的拉伸断裂应力有时称为σb135。
第一方向上的135℃的拉伸断裂应力(σb135)可以根据MD拉伸倍率而调整。MD拉伸倍率为沿MD方向拉伸浇铸坯料片时的倍率。但是,第一方向上的135℃的拉伸断裂应力(σb135)也受到由于位于MD拉伸辊组的上游的MD预热辊组的温度、与MD预热辊组的密合时间、MD拉伸辊组的温度、与MD拉伸辊组的密合时间、位于MD拉伸辊组的下游的MD松弛辊组的温度、与MD松弛辊组的密合时间的影响。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜中,第一方向上的125℃的拉伸断裂应力与第一方向上的135℃的拉伸断裂应力(σb135)之差为0MPa以上且15MPa以下、优选3MPa以上且15MPa以下、更优选5MPa以上且14MPa以下、进一步优选6MPa以上且14MPa以下。该差可以从第一方向上的125℃的拉伸断裂应力中减去第一方向上的135℃的拉伸断裂应力(σb135)而得到。该差如果超过15MPa,则可以说基于由绝缘边界形成用的油而产生的温度不均、通过蒸发源附近时产生的温度变化的、强度的TD方向不均不充分小,另外,由于用于达到温度限度试验和电压限度试验的试验温度(具体而言,温度限度试验中115℃、电压限度试验中105℃)的加热而内部结构变得容易崩解。本说明书中,将125℃的拉伸断裂应力有时称为σb125。本说明书中,将第一方向上的125℃的拉伸断裂应力(σb125)与第一方向上的135℃的拉伸断裂应力(σb135)之差有时称为拉伸断裂应力差,也有时称为σb125-σb135。
拉伸断裂应力差(σb125-σb135)可以通过位于MD拉伸辊组的上游的MD预热辊组的温度、与MD预热辊组的密合时间、MD拉伸辊组的温度、与MD拉伸辊组的密合时间、位于MD拉伸辊组的下游的MD松弛辊组的温度、与MD松弛辊组的密合时间而调整。但是,拉伸断裂应力差(σb125-σb135)也受到由于MD拉伸倍率而影响。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度处于1.0μm~3.5μm的范围内。本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度优选1.0μm以上、更优选1.5μm以上、进一步优选2.0μm以上。另外,本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度优选3.5μm以下、更优选3.0μm以下、进一步优选2.8μm以下。本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度如果为3.5μm以下,则可以增大制成电容器元件时的每单位体积的静电容量,因此,可以适合作为电容器用使用。
需要说明的是,对于聚丙烯薄膜,厚度越薄,越可以增大每单位体积的静电容量。更具体地说明时,静电容量C用介电常数ε、电极面积S、电介质厚度d(聚丙烯薄膜的厚度d)如以下表示。
C=εS/d
此处,薄膜电容器的情况下,电极的厚度与聚丙烯薄膜(电介质)的厚度相比薄3个数量级以上,因此,如果忽视电极的体积,则电容器的体积V如以下表示。
V=Sd
因此,根据上述2个式子,每单位体积的静电容量C/V如以下表示。
C/V=ε/d2
由上述式可知,每单位体积的静电容量(C/V)与聚丙烯薄膜厚度的平方成反比例。另外,介电常数ε由使用的材料确定。如此可知,只要不变更材料,除减薄厚度之外,就无法改善每单位体积的静电容量(C/V)。
双轴拉伸聚丙烯薄膜的前述厚度是指如下值:在温度23±2℃、湿度50±5%RH的环境下,用Citizen Seimitsu Co.,Ltd.制、纸厚测定器MEI-11(测定压100kPa、降下速度3mm/秒、测定端子φ=16mm、测定力20.1N)测得的值。样品在重叠10张以上的状态下从辊切出,以切出时在薄膜不进入褶皱、空气的方式进行操作。对重叠10张的样品,进行5次测定,5次的平均值除以10,算出厚度。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜中,第一方向上的23℃的拉伸断裂应力优选155MPa以上、更优选160MPa以上。双轴拉伸聚丙烯薄膜的前述拉伸断裂应力如果为155MPa以上,则双轴拉伸聚丙烯薄膜的内部结构充分变牢固,薄膜的绝缘击穿电压进一步改善,可以进一步改善电容器元件的耐电压性能。第一方向上的23℃的拉伸断裂应力优选300MPa以下、更优选280MPa以下、进一步优选250MPa以下。双轴拉伸聚丙烯薄膜的前述拉伸断裂应力如果为300MPa以下,则双轴拉伸聚丙烯薄膜的制膜稳定性(薄膜的破损难易性)更优异。本说明书中,将MD方向上的23℃的拉伸断裂应力有时称为σb23。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜中,125℃下的第一方向的热收缩率优选7.0%以下,更优选6.5%以下。125℃下的第一方向的热收缩率如果为7.0%以下,则在高温下作为电容器元件使用时,可以抑制薄膜的收缩过度变大。其结果,可以防止薄膜间的空隙变化而电容器元件引起变形,可以抑制电容器元件的耐电压性能降低。125℃下的第一方向的热收缩率优选3.0%以上、更优选4.0%以上、进一步优选5.0%以上。
本实施方式中,125℃下的第一方向的热收缩率可以根据拉伸条件等而控制。例如,将第一方向设为MD方向的情况下,有MD拉伸倍率越高,MD热收缩率越变大的倾向,有MD的预热/拉伸/松弛工序的温度越低,MD热收缩率越变大的倾向。本说明书中,将MD方向上的125℃的热收缩率有时称为Sb125。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜中,135℃下的第一方向的热收缩率优选9.0%以下、更优选8.5%以下、进一步优选8.0%以下。135℃下的第一方向的热收缩率如果为9.0%以下,则在高温下作为电容器元件使用时,可以抑制薄膜的收缩过度变大。其结果,可以防止薄膜间的空隙变化而引起电容器元件变形,可以抑制电容器元件的耐电压性能降低。135℃下的第一方向的热收缩率优选3.0%以上、更优选4.0%以上、进一步优选5.0%以上。
本实施方式中,135℃下的第一方向的热收缩率可以根据拉伸条件等而控制。例如,将第一方向设为MD方向的情况下,有MD拉伸倍率越高,MD热收缩率越变大的倾向,有MD的预热/拉伸/松弛工序的温度越低,MD热收缩率越变大的倾向。本说明书中,将MD方向上的135℃的热收缩率有时称为Sb135。
前述Sb125与前述Sb135的差值(亦即,Sb125-Sb135)优选-4.0%以上且0%以下、更优选-3.0%以上且-0.1%以下、进一步优选-2.5%以上且-0.5%以下、特别优选-2.2%以上且-1.0%以下。前述差值为上述优选的范围的情况下,可以更充分减小基于由绝缘边界形成用的油而产生的温度不均、通过蒸发源附近时产生的温度变化的、强度的TD方向不均。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜中,125℃下的第一方向的尺寸变化率优选-2.2%以上、更优选-2.0%以上。125℃下的第一方向的尺寸变化率如果为-2.2%以上,则在高温下作为电容器元件使用时,可以抑制薄膜的收缩过度变大。其结果,可以防止薄膜间的空隙变化而引起电容器元件变形,可以抑制电容器元件的耐电压性能降低。125℃下的第一方向的尺寸变化率优选1.0%以下、更优选0.5%以下、进一步优选0.0%以下。
本实施方式中,125℃下的第一方向的尺寸变化率可以根据拉伸条件等而控制。例如,将第一方向设为MD方向的情况下,有MD拉伸倍率越高,MD尺寸变化率沿负方向越变大的倾向(亦即,有作为MD尺寸变化率的值,变得更低的倾向)。另外,例如,将第一方向设为MD方向的情况下,有MD的预热/拉伸/松弛工序的温度越低,MD尺寸变化率沿负方向越变大的倾向(亦即,有作为MD尺寸变化率的值,变得更低的倾向)。
前述125℃下的第一方向的尺寸变化率是以TMA法测定的值,更详细地基于实施例中记载的方法。本说明书中,将125℃下的第一方向的尺寸变化率有时称为Db125。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜中,135℃下的第一方向的尺寸变化率优选-3.2%以上、更优选-3.0%以上。135℃下的第一方向的尺寸变化率如果为-3.2%以上,则在高温下作为电容器元件使用时,可以抑制薄膜的收缩过度变大。其结果,可以防止薄膜间的空隙变化而引起电容器元件变形,可以抑制电容器元件的耐电压性能降低。135℃下的第一方向的尺寸变化率优选1.0%以下、更优选0.5%以下、进一步优选0.0%以下。
本实施方式中,135℃下的第一方向的尺寸变化率可以根据拉伸条件等而控制。例如,将第一方向设为MD方向的情况下,有MD拉伸倍率越高,MD尺寸变化率沿负方向越变大的倾向,有MD的预热/拉伸/松弛工序的温度越低,MD尺寸变化率沿负方向越变大的倾向。
前述135℃下的第一方向的尺寸变化率是以TMA法测定的值,更详细地基于实施例中记载的方法。本说明书中,将135℃下的第一方向的尺寸变化率有时称为Db135。
前述Db125与前述Db135的差值(亦即,Db125-Db135)优选0%以上且1.5%以下、更优选0.1%以上且1.0%以下、进一步优选0.2%以上且0.9%以下、特别优选0.3%以上且0.8%以下。前述差值为上述优选的范围的情况下,可以更充分减小基于由绝缘边界形成用的油而产生的温度不均、通过蒸发源附近时产生的温度变化的、强度的TD方向不均。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜中,用广角X射线衍射法测定的(040)面的微晶尺寸优选12.20nm以下、更优选12.00nm以下。微晶尺寸越小,漏电流越变小,变得不易产生焦耳放热所导致的结构破坏,因此,耐热性、耐电压性和历经长时间的耐热性和耐电压性优选改善。然而,如果考虑机械强度等观点和高分子链的片(折叠晶体)厚度,则认为微晶尺寸的下限值通常为10.00nm、优选11.00nm。
本实施方式中,微晶尺寸可以根据得到浇铸坯料时的冷却条件和拉伸条件等而控制。有浇铸温度越低,微晶尺寸越变小的倾向,有拉伸倍率越高,微晶尺寸越变小的倾向,有拉伸温度越低,微晶尺寸越变小的倾向。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜中,依据实施例中记载的方法制作电容器元件进行温度限度试验时,静电容量的变化率达到+5%以上或-5%以下的时间优选500小时以上。
本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜中,依据实施例中记载的方法制作电容器元件进行电压限度试验时,静电容量的变化率达到+5%以上或-5%以下的时间优选500小时以上。
接着,以下,对本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜的适合的原料和制造方法进行说明。但是,本实施方式的双轴拉伸聚丙烯薄膜的原料和制造方法分别不限定于以下的记载。
双轴拉伸聚丙烯薄膜包含聚丙烯树脂。聚丙烯树脂的含量相对于双轴拉伸聚丙烯薄膜整体(将双轴拉伸聚丙烯薄膜整体设为100质量%时),优选90质量%以上、更优选95质量%以上。聚丙烯树脂的含量的上限相对于双轴拉伸聚丙烯薄膜整体,例如为100质量%、98质量%等。聚丙烯树脂可以单独包含一种聚丙烯树脂,也可以包含二种以上的聚丙烯树脂。
此处,双轴拉伸聚丙烯薄膜中所含的聚丙烯树脂为二种以上的情况下,将含量多者的聚丙烯树脂在本说明书中称为“主成分的聚丙烯树脂”。另外,双轴拉伸聚丙烯薄膜中所含的聚丙烯树脂为一种的情况下,将该聚丙烯树脂在本说明书中称为“主成分的聚丙烯树脂”。
以下,本说明书中,未特别明确记载是否为主成分而称为“聚丙烯树脂”时,只要没有特别限定,就是指作为主成分的聚丙烯树脂、和主成分以外的聚丙烯树脂这两者。例如,记载为“聚丙烯树脂的重均分子量Mw优选25万以上且45万以下。”的情况是指,作为主成分的聚丙烯树脂的重均分子量Mw优选25万以上且45万以下、和主成分以外的聚丙烯树脂的重均分子量Mw优选25万以上且45万以下这两者。
聚丙烯树脂的重均分子量Mw优选25万以上且45万以下、更优选25万以上且40万以下。聚丙烯树脂的重均分子量Mw如果为25万以上且45万以下,则树脂流动性变得适度。其结果,容易控制浇铸坯料片的厚度,变得容易制作薄的拉伸薄膜。
聚丙烯树脂的分子量分布(Mw/Mn)优选5以上且12以下、更优选5以上且11以下、进一步优选5以上且10以下。
本说明书中,聚丙烯树脂的重均分子量(Mw)、数均分子量(Mn)和分子量分布(Mw/Mn)是用凝胶渗透色谱(GPC)装置而测定的值。更具体而言,是使用东曹株式会社制、差示折光计(RI)内置型高温GPC测定机的HLC-8321GPC-HT(商品名)而测定的值。作为GPC柱,连接东曹株式会社制的1根TSKgel guardcolumnHHR(30)HT(7.5mmI.D.×7.5cm)与3根TSKgelGMHHR-H(20)HT而使用。将柱温设定为140℃,制成利用使作为洗脱液的三氯苯以1.0ml/10分钟的流速流动并测定的东曹株式会社制的标准聚苯乙烯的5次近似曲线的标准曲线。其中,分子量用Q-因子换算为聚丙烯的分子量。由得到的标准曲线和SEC色谱图,用测定装置用的解析软件,得到重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)。
聚丙烯树脂的微分分布值差DM优选-5%以上且14%以下、更优选-4%以上且12%以下、进一步优选-4%以上且10%以下。此处,“微分分布值差DM”是在分子量微分分布曲线中,从对数分子量Log(M)=4.5时的微分分布值中减去Log(M)=6.0时的微分分布值而得到的差。
需要说明的是,“微分分布值差DM为-5%以上且14%以下”是指,根据聚丙烯树脂所具有的Mw的值,将低分子量侧的分子量1万~10万的成分(以下,也称为“低分子量成分”)的作为代表性的分布值的对数分子量Log(M)=4.5的成分、与高分子量侧的分子量100万左右的成分(以下,也称为“高分子量成分”)的作为代表性的分布值的Log(M)=6.0左右的成分比较时,差值为正时,可以理解为低分子量成分者多,差值为负时可以理解为高分子量成分者多。
亦即,即使分子量分布Mw/Mn为5~12,也只不过单纯地表示分子量分布幅度的宽窄,甚至不知道其中的高分子量成分、低分子量成分的量的关系。因此,从稳定制膜性和浇铸坯料片的厚度均匀性的观点出发,对于聚丙烯树脂,为了具有宽的分子量分布的同时适度包含低分子量成分,将分子量1万~10万的成分与分子量100万的成分相比,优选以微分分布值差成为-5%以上且14%以下的方式使用聚丙烯树脂。
微分分布值差DM为如下得到的值。首先,与上述同样地得到SEC色谱图。使用内置于所使用的测定装置中的解析软件,将该色谱图转换为微分分子量分布曲线。由该微分分子量分布曲线,读取Log(M)=4.5和Log(M)=6.0时的微分分子量分布值。微分分布值差DM是从Log(M)=4.5时的微分分子量分布值中减去Log(M)=6.0时的微分分子量分布值而算出的。
聚丙烯树脂的庚烷不溶性物(HI)优选96.0%以上、更优选97.0%以上。另外,聚丙烯树脂的庚烷不溶性物(HI)优选99.5%以下、更优选99.0%以下。此处,庚烷不溶性物越多,表示树脂的立构规整性越高。庚烷不溶性物(HI)如果为96.0%以上且99.5%以下,则根据适度高的立构规整性,树脂的结晶性适度改善,高温下的耐电压性改善。另一方面,浇铸坯料片成型时的固化(结晶)的速度变得适度,具有适度的拉伸性。
聚丙烯树脂的内消旋五单元组分率([mmmm])优选94.0%以上、更优选94.5%以上、进一步优选95.0%以上。另外,聚丙烯树脂的上述内消旋五单元组分率优选低于98.0%、更优选97.5%以下、进一步优选97.0%以下。通过使用这种聚丙烯树脂,从而根据适度高的立构规整性而树脂的结晶性适度改善,初始耐电压性和历经长时间的耐电压性改善。另一方面,根据成型为浇铸坯料片时的适度的固化(结晶)速度可以得到期望的拉伸性。
内消旋五单元组分率([mmmm])为通过高温核磁共振(NMR)测定而能得到的立构规整性的指标。本说明书中,内消旋五单元组分率([mmmm])是指,利用日本电子株式会社制的高温型傅里叶变换核磁共振装置(高温FT-NMR)、JNM-ECP500而测得的值。观测核为13C(125MHz),测定温度为135℃,溶解聚丙烯树脂的溶剂使用的是邻二氯苯(ODCB:ODCB与氘代ODCB的混合溶剂(混合比=4/1)。利用高温NMR的测定方法例如可以参照“日本分析化学·高分子分析研究恳谈会编、新版高分子分析手册、纪伊国屋书店、1995年、第610页”中记载的方法而进行。
聚丙烯树脂的熔体流动速率(MFR)优选1.0~8.0g/10分钟、更优选1.5~7.0g/10分钟、进一步优选2.0~6.0g/10分钟。
聚丙烯树脂通常可以用公知的聚合方法而制造。作为聚合方法,例如可以示例气相聚合法、本体聚合法和淤浆聚合法。另一方面,作为聚丙烯树脂,当然也使用市售品。
为了改善电特性,聚丙烯原料树脂中所含的源自聚合催化剂残渣等的总灰分优选尽量少。对于总灰分,将聚丙烯树脂作为基准(100重量份),优选50ppm以下、更优选40ppm以下、特别优选30ppm以下。
聚丙烯树脂或聚丙烯树脂组合物可以包含添加剂。作为添加剂,例如可以举出抗氧化剂、氯吸收剂、紫外线吸收剂、润滑剂、增塑剂、阻燃剂、抗静电剂、成核剂(例如熔融型核剂)等。聚丙烯树脂或聚丙烯树脂组合物可以以不对双轴拉伸聚丙烯薄膜造成不良影响的量包含添加剂。对于熔融型核剂,优选聚丙烯树脂或聚丙烯树脂组合物中实质上不含。
接下来,对使用2种以上聚丙烯树脂时的各聚丙烯树脂进行说明。
使用2种以上聚丙烯树脂的情况下,可以举出下述直链聚丙烯树脂A-1与下述直链聚丙烯树脂B-1、下述直链聚丙烯树脂A-2与下述直链聚丙烯树脂B-2、下述直链聚丙烯树脂A-3与下述直链聚丙烯树脂B-3、或下述直链聚丙烯树脂A-4与下述直链聚丙烯树脂B-4的组合作为适合的例子。本实施方式中,称为直链聚丙烯树脂A的表现包括称为直链聚丙烯树脂A-1、直链聚丙烯树脂A-2、直链聚丙烯树脂A-3、和直链聚丙烯树脂A-4的概念。称为直链聚丙烯树脂B的表现包括称为直链聚丙烯树脂B-1、直链聚丙烯树脂B-2、直链聚丙烯树脂B-3和直链聚丙烯树脂B-4的概念。
<直链聚丙烯树脂A>
(直链聚丙烯树脂A-1)
微分分布值差DM为8.0%以上的直链聚丙烯树脂。
(直链聚丙烯树脂A-2)
庚烷不溶性物(HI)为98.5%以下的直链聚丙烯树脂。
(直链聚丙烯树脂A-3)
230℃下的熔体流动速率(MFR)为4.0g/10分钟以上且10.0g/10分钟以下的直链聚丙烯树脂。
(直链聚丙烯树脂A-4)
重均分子量(Mw)为25万以上且低于34.5万的直链聚丙烯树脂。
<直链聚丙烯树脂B>
(直链聚丙烯树脂B-1)
微分分布值差DM低于8.0%的直链聚丙烯树脂。
(直链聚丙烯树脂B-2)
庚烷不溶性物(HI)超过98.5%的直链聚丙烯树脂。
(直链聚丙烯树脂B-3)
230℃下的熔体流动速率(MFR)为0.1g/10分钟以上且低于4.0g/10分钟的直链聚丙烯树脂。
(直链聚丙烯树脂B-4)
重均分子量(Mw)为34.5万以上且45万以下的直链聚丙烯树脂。
本实施方式中,直链聚丙烯树脂A可以为主成分的聚丙烯树脂,直链聚丙烯树脂B可以为主成分的聚丙烯树脂,优选直链聚丙烯树脂A为主成分的聚丙烯树脂。
直链聚丙烯树脂A的重均分子量Mw优选25万以上且45万以下、更优选25万以上且40万以下、进一步优选25万以上且低于34.5万。直链聚丙烯树脂A的重均分子量Mw如果为25万以上且45万以下,则树脂流动性变得适度。其结果,容易控制浇铸坯料片的厚度,变得容易制作薄的双轴拉伸聚丙烯薄膜。另外,浇铸坯料片和双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度中变得不易产生不均,可以得到适度的拉伸性,故优选。
直链聚丙烯树脂A的分子量分布Mw/Mn优选8.5以上且12.0以下、更优选8.5以上且11.0以下、进一步优选9.0以上且11.0以下。
直链聚丙烯树脂A的分子量分布Mw/Mn如果为上述优选的范围内,则浇铸坯料片和双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度中变得不易产生不均,可以得到适度的拉伸性,故优选。
直链聚丙烯树脂A的微分分布值差DM优选8.0%以上、更优选8.0%以上且18.0%以下、进一步优选9.0%以上且17.0%以下、特别优选10.0%以上且16.0%以下。
微分分布值差DM为8.0%以上且18.0%以下的情况下,与高分子量成分相比时,以8.0%以上且18.0%以下的比率较多地包含低分子量成分。因此,变得容易得到本实施方式中的双轴拉伸聚丙烯薄膜的表面,优选。
直链聚丙烯树脂A的庚烷不溶性物(HI)优选96.0%以上、更优选97.0%以上。另外,直链聚丙烯树脂A的庚烷不溶性物(HI)优选99.5%以下、更优选98.5%以下、进一步优选98.0%以下。
直链聚丙烯树脂A的230℃下的熔体流动速率(MFR)优选1.0~15.0g/10分钟、更优选2.0~10.0g/10分钟、进一步优选4.0~10.0g/10分钟、特别优选4.3~6.0g/10分钟。直链聚丙烯树脂A的230℃下的MFR为上述范围内的情况下,熔融状态下的流动特性优异,因此,不易发生熔体破裂之类的不稳定流动,另外,拉伸时的断裂也被抑制。因此,膜厚均匀性良好,因此,有容易引起绝缘击穿的薄壁部的形成被抑制的优点。
直链聚丙烯树脂A的含有率相对于双轴拉伸聚丙烯薄膜整体,优选55质量%以上且90质量%以下、更优选60质量%以上且85质量%以下、进一步优选60质量%以上且80质量%以下。
直链聚丙烯树脂B的重均分子量Mw优选30万以上且40万以下、更优选33万以上且38万以下、进一步优选35万以上且38万以下。另外,直链聚丙烯树脂B的重均分子量Mw也优选34.5万以上且45万以下。
直链聚丙烯树脂B的分子量分布Mw/Mn优选6.0以上且低于8.5、更优选6.5以上且8.4以下、进一步优选7.0以上且8.3以下。
直链聚丙烯树脂B的分子量分布Mw/Mn如果为上述优选的范围内,则浇铸坯料片和双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度中变得不易产生不均,可以得到适度的拉伸性,故优选。
直链聚丙烯树脂B的微分分布值差DM优选低于8.0%、更优选-20.0%以上且低于8.0%、进一步优选-10.0%以上且7.9%以下、特别优选-5.0%以上且7.5%以下。
直链聚丙烯树脂B的庚烷不溶性物(HI)优选97.5%以上、更优选98%以上、进一步优选超过98.5%、特别优选98.6%以上。另外,直链聚丙烯树脂B的庚烷不溶性物(HI)优选99.5%以下、更优选99%以下。
直链聚丙烯树脂B的230℃下的熔体流动速率(MFR)优选0.1~6.0g/10分钟、更优选0.1~5.0g/10分钟、进一步优选0.1以上g/10分钟且低于4.0g/10分钟、特别优选0.1g/10分钟以上且3.9g/10分钟以下。
使用直链聚丙烯树脂B作为聚丙烯树脂的情况下,将聚丙烯树脂设为100质量%时,直链聚丙烯树脂B的含有率优选10质量%以上且45质量%以下、更优选15质量%以上且40质量%以下、进一步优选20质量%以上且40质量%以下。
组合使用直链聚丙烯树脂A与直链聚丙烯树脂B作为聚丙烯树脂的情况下,将聚丙烯树脂整体设为100质量%时,优选包含55~90重量%的直链聚丙烯树脂A和45~10重量%的直链聚丙烯树脂B,更优选包含60~85重量%的直链聚丙烯树脂A和40~15重量%的直链聚丙烯树脂B,特别优选包含60~80重量%的直链聚丙烯树脂A和40~20重量%的直链聚丙烯树脂B。
聚丙烯树脂包含直链聚丙烯树脂A和直链聚丙烯树脂B的情况下,双轴拉伸聚丙烯薄膜成为直链聚丙烯树脂A与直链聚丙烯树脂B的微细混合状态(相分离状态),因此,高温下的耐电压性改善。
以上的说明是针对使用2种以上聚丙烯树脂时的各聚丙烯树脂的说明。
双轴拉伸聚丙烯薄膜可以包含除聚丙烯树脂以外的其他树脂(以下也称为“其他树脂”)。作为其他树脂,可以举出聚乙烯、聚(1-丁烯)、聚异丁烯、聚(1-戊烯)、聚(1-甲基戊烯)等除聚丙烯以外的聚烯烃;乙烯-丙烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物等α-烯烃彼此的共聚物;苯乙烯-丁二烯无规共聚物等乙烯基单体-二烯单体无规共聚物;苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物等乙烯基单体-二烯单体-乙烯基单体无规共聚物等。双轴拉伸聚丙烯薄膜可以以不对双轴拉伸聚丙烯薄膜造成不良影响的范围的量包含这样的其他树脂。需要说明的是,优选双轴拉伸聚丙烯薄膜中实质上不含该其他树脂。
用于制造双轴拉伸聚丙烯薄膜的拉伸前的浇铸坯料片可以如下适合地制作。但是,本公开的双轴拉伸聚丙烯薄膜的制造方法不限定于以下中记载的方法。
首先,将聚丙烯树脂组合物(作为一例为聚丙烯树脂粒料、干式混合后的聚丙烯树脂粒料、或预先熔融混炼而制作的混合聚丙烯树脂粒料等)供给至挤出机并加热熔融。
加热熔融时的挤出机设定温度优选220℃~280℃、更优选230℃~270℃。另外,加热熔融时的树脂温度优选220℃~280℃、更优选230℃~270℃。加热熔融时的树脂温度是用***至挤出机的温度计而测定的值。
需要说明的是,加热熔融时的挤出机设定温度、树脂温度是考虑所使用的聚丙烯树脂的物性而选择的。需要说明的是,通过使加热熔融时的树脂温度为这样的数值范围内,从而也可以抑制树脂的劣化。
接着,使用T模头,将熔融树脂组合物挤出为片状,在至少1个以上的金属鼓上使其冷却、固化,从而成型为未拉伸的浇铸坯料片。
金属鼓的表面温度(挤出后、最初接触的金属鼓的温度)优选50℃~100℃、更优选90℃~100℃。金属鼓的表面温度可以根据使用的聚丙烯树脂的物性等而确定。金属鼓的表面温度相对于上述优选的范围内过高或过低时,有对聚丙烯薄膜的表面粗糙化的程度产生影响的担心,因此,有电容器元件的修复性(保安性)降低,电容器元件的耐电压性降低的担心。
双轴拉伸聚丙烯薄膜可以通过对浇铸坯料片进行双轴拉伸处理而制造。作为双轴拉伸方法,优选依次双轴拉伸方法。
依次双轴拉伸方法中,例如可以如下进行:将浇铸坯料片在位于MD拉伸辊组的上游的MD预热辊组上预热,接着,将预热后的浇铸坯料片在MD拉伸辊组上沿MD方向进行拉伸,接着,将沿MD方向拉伸了的片在位于MD拉伸辊组的下游的MD松弛辊组上松弛,在拉幅机中沿TD方向进行拉伸。以下,将沿MD方向进行拉伸的情况有时称为MD拉伸、纵拉伸,将沿TD方向进行拉伸的情况有时称为TD拉伸、横拉伸。
MD预热辊组中、最上游的预热辊、即、第一阶段的预热辊的温度优选低于第二阶段以及其后的预热辊的温度,例如优选60℃~95℃、更优选75℃~95℃。第一阶段的预热辊的温度相对于上述优选范围而言过高或过低时,有在浇铸坯料片与第一阶段预热辊之间产生局部的空气卷入的担心,有对片的平面性产生影响的担心。
第二阶段以及其后的预热辊的温度优选115℃~138℃、更优选120℃~138℃。有第二阶段以及其后的预热辊的温度越高,拉伸断裂应力差(σb125-σb135)越变小的倾向。第二阶段以及其后的预热辊的温度如果过高,则难以将135℃的拉伸断裂应力调整为70MPa以上、或难以将拉伸断裂应力差(σb125-σb135)调整为0MPa以上且15MPa以下。第二阶段以及其后的预热辊的温度如果过低,则难以将拉伸断裂应力差(σb125-σb135)调整为0MPa以上且15MPa以下。
与MD预热辊组的密合时间优选5秒~10秒。有密合时间越长,拉伸断裂应力差(σb125-σb135)越变小的倾向。密合时间如果过长,则难以将135℃的拉伸断裂应力调整为70MPa以上、或难以将拉伸断裂应力差(σb125-σb135)调整为0MPa以上且15MPa以下。密合时间如果过短,则难以将拉伸断裂应力差(σb125-σb135)调整为0MPa以上且15MPa以下。与MD预热辊组的密合时间是指,浇铸坯料片的任意部位实际上与构成MD预热辊组的MD预热辊密合的时间的长度,不包括在相邻的MD预热辊之间未与任何MD预热辊密合的时间。
MD拉伸辊组的温度优选130℃~150℃。有MD拉伸辊组的温度越高,拉伸断裂应力差(σb125-σb135)越变小的倾向。MD拉伸辊组的温度如果过高,则难以将135℃的拉伸断裂应力调整为70MPa以上、或难以将拉伸断裂应力差(σb125-σb135)调整为0MPa以上且15MPa以下。MD拉伸辊组的温度如果过低,则难以将拉伸断裂应力差(σb125-σb135)调整为0MPa以上且15MPa以下。
与MD拉伸辊组的密合时间优选1秒~2秒。有密合时间越长,拉伸断裂应力差(σb125-σb135)越变小的倾向。密合时间如果过长,则难以将135℃的拉伸断裂应力调整为70MPa以上、或难以将拉伸断裂应力差(σb125-σb135)调整为0MPa以上且15MPa以下。密合时间如果过短,则难以将拉伸断裂应力差(σb125-σb135)调整为0MPa以上且15MPa以下。与MD拉伸辊组的密合时间是指,浇铸坯料片的任意部位实际上与构成MD拉伸辊组的MD拉伸辊密合的时间的长度,不包括在相邻的MD拉伸辊之间未与任何MD拉伸辊密合的时间。
MD拉伸倍率优选4.5倍~6.0倍。有越提高MD拉伸倍率,135℃的拉伸断裂应力(σb135)越变高,拉伸断裂应力差(σb125-σb135)越变大的倾向。MD拉伸倍率如果过高,则MD拉伸后的聚丙烯薄膜的取向过度变高,TD拉伸工序中有时产生拉伸断裂。MD拉伸倍率如果过低,则难以将135℃的拉伸断裂应力调整为70MPa以上。
MD松弛辊组的温度优选120℃~128℃。有MD松弛辊组的温度越高,拉伸断裂应力差(σb125-σb135)越变小的倾向。MD松弛辊组的温度如果过高,则难以将第一方向上的135℃的拉伸断裂应力调整为70MPa以上。MD松弛辊组的温度如果过低,则高温下的第一方向的热收缩率和尺寸变化率变大,薄膜间的空隙变化而引起电容器元件变形,电容器元件的耐电压性能有时降低。
与MD松弛辊组的密合时间优选1秒~2秒。有密合时间越长,拉伸断裂应力差(σb125-σb135)越变小的倾向。密合时间如果过短,则难以将拉伸断裂应力差(σb125-σb135)调整为0MPa以上且15MPa以下。密合时间如果过长,则难以将135℃的拉伸断裂应力调整为70MPa以上。与MD松弛辊组的密合时间是指,浇铸坯料片的任意部位实际上与构成MD松弛辊组的MD松弛辊密合的时间的长度,不包括在相邻的MD松弛辊之间未与任何MD松弛辊密合的时间。
将经MD松弛辊组的MD拉伸后的聚丙烯薄膜导入至拉幅机,优选在155℃~170℃下、进行TD拉伸至3倍~11倍。
对TD拉伸后的聚丙烯薄膜实施松弛、热固定。通过以上,可以得到双轴拉伸聚丙烯薄膜。
对于双轴拉伸聚丙烯薄膜,出于提高蒸镀工序等后续工序中的粘接特性的目的,在拉伸和热固定工序结束后,可以以在线或离线进行电晕放电处理。电晕放电处理可以利用公知的方法而进行。优选使用空气、二氧化碳气体、氮气、或它们的混合气体作为气氛气体而进行。
在双轴拉伸聚丙烯薄膜的单面涂布对应于绝缘边界的图案的图案的油,形成绝缘边界用油掩模,对其实施金属蒸镀,得到分切前金属化薄膜。绝缘边界用油掩模用于防止由于金属蒸镀而金属颗粒附着于双轴拉伸聚丙烯薄膜的成为绝缘边界的部分。绝缘边界用油掩模可以如下形成:将贮藏于油罐的、绝缘边界形成用的油气化,从设置于罐的喷嘴,将油吹送至双轴拉伸聚丙烯薄膜,从而可以形成。油是在100℃~150℃下向双轴拉伸聚丙烯薄膜吹出的。使绝缘边界用油掩模形成后的双轴拉伸聚丙烯薄膜在蒸发源与冷却辊之间通过而形成金属层。蒸发源中,用于金属蒸镀的金属通常被加热至600℃以上而蒸发。金属的蒸气向绝缘边界用油掩模形成后的双轴拉伸聚丙烯薄膜的两面中的形成有绝缘边界用油掩模的面释放。冷却辊通常可以维持为-30℃~-20℃。作为金属蒸镀中使用的金属,可以举出锌、铅、银、铬、铝、铜、镍等金属单质、它们的多种混合物、它们的合金等。需要说明的是,在金属层的活动部设置边界图案的情况下,在绝缘边界用油掩模形成与金属蒸镀之间、即、绝缘边界用油掩模形成后且金属蒸镀前,可以将图案用油掩模形成于双轴拉伸聚丙烯薄膜的两面中的形成有绝缘边界用油掩模的面。图案用油掩模通常在版辊上形成。用于形成图案用油掩模的油的温度低于用于形成绝缘边界用油掩模者的温度。用于形成图案用油掩模的油例如在室温(作为一例为40℃以下)下涂覆于双轴拉伸聚丙烯薄膜。
以下,边参照附图边对如此得到的分切前金属化薄膜、和分割分切前金属化薄膜而得到的金属化薄膜进行说明。
如图3所示,分切前金属化薄膜6包含沿MD方向D1连续延伸的多个绝缘边界21、和沿MD方向D1连续延伸的金属层300。分切前金属化薄膜6中,绝缘边界21与金属层300沿TD方向D2交替地排列。各金属层300包含二个活动部32、和位于这些活动部32之间的重边部31。即,各金属层300中,沿TD方向D2,依次排列有第一活动部32、重边部31、第二活动部32。如此,第一活动部32从重边部31的TD方向D2的一端沿TD方向D2延伸,第二活动部32从重边部31的TD方向D2的另一端沿TD方向D2延伸。第一和第二活动部32沿MD方向D1连续延伸。重边部31也沿MD方向D1连续延伸。需要说明的是,图3所示的例中,虽然在分切前金属化薄膜6中的TD方向D2的两端设有绝缘边界21,但是可以在该两端、或该两端中的一者设置金属层300。第一和第二活动部32中可以形成边界图案(未作图示)。
分切前金属化薄膜6的分切工序中,沿各绝缘边界21中的TD方向D2,在中央(以下,有时称为“TD方向中央”)和各重边部31的TD方向中央***切断刀,将分切前金属化薄膜6沿TD方向D2分割成多个,将金属化薄膜5(参照图1·2)卷取于芯。切断刀的位置与切断方向的一例为图3,由棒状的箭头表示。金属化薄膜可以以卷绕为卷状而成的金属化薄膜卷的形态保管。金属化薄膜卷(也简称为薄膜卷)可以具有卷芯(芯),或可以不具有卷芯(芯)。金属化薄膜卷优选具有卷芯(芯)。卷芯优选为圆筒状。作为金属化薄膜卷的卷芯的材质,没有特别限定。作为前述材质,可以举出纸(纸管)、树脂、纤维增强塑料(FRP)、金属等。对于前述树脂,作为一例,可以举出聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、酚醛树脂、环氧树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等。作为构成纤维增强塑料的塑料,可以举出聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、热塑性树脂等。作为构成纤维增强塑料的纤维,可以举出玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维(Kevlar(注册商标)纤维)、碳纤维、聚对苯撑苯并噁唑纤维(Zylon(注册商标)纤维)、聚乙烯纤维、硼纤维等。作为前述金属,可以举出铁、铝、不锈钢等。金属化薄膜卷的卷芯也包含使前述树脂浸渗于纸管而成的卷芯。上述情况下,前述卷芯的材质作为树脂被分类。
如图1和图2所示,如此得到的金属化薄膜5具备双轴拉伸聚丙烯薄膜10、和设置于双轴拉伸聚丙烯薄膜10的单面的金属层30。金属层30的厚度优选落入1nm~200nm。
金属化薄膜5中,在TD方向D2中的一个端部51,设有沿MD方向D1连续延伸的绝缘边界21。绝缘边界21的长度大于绝缘边界21的宽度。
金属层30沿横向位于绝缘边界21的TD方向D2上。金属层30从TD方向D2中的另一个端部52延伸至绝缘边界21。虽然未作图示,但是金属层30在金属化薄膜5中的MD方向D1的两端间连续延伸。亦即,金属层30从金属化薄膜5中的MD方向D1的一个端部连续延伸至金属化薄膜5中的MD方向D1的另一个端部。金属层30的宽度大于绝缘边界21的宽度。例如,金属层30的宽度优选相对于绝缘边界21的宽度为1.5倍~300倍。此处,金属层30的宽度是指,忽视边界图案而测定的值。
金属化薄膜5的金属层30包含重边部31。重边部31位于金属化薄膜5中的TD方向D2的端部52。重边部31沿MD方向D1连续延伸。更详细地,重边部31在金属化薄膜5中的MD方向D1的两端间连续延伸。亦即,重边部31从金属化薄膜5中的MD方向D1的一个端部连续延伸至金属化薄膜5中的MD方向D1的另一个端部。重边部31的厚度大于活动部32的厚度。
金属化薄膜5的金属层30包含活动部32。活动部32沿MD方向D1连续延伸。更详细地,活动部32在金属化薄膜5中的MD方向D1的两端间连续延伸。亦即,活动部32从金属化薄膜5中的MD方向D1的一个端部连续延伸至金属化薄膜5中的MD方向D1的另一个端部。活动部32上可以形成有边界图案、例如T边界图案等。金属层30的膜电阻通常为1Ω/□~8Ω/□左右,优选1Ω/□~5Ω/□左右。
金属化薄膜5可以以以往公知的方法层叠、或卷绕形成薄膜电容器。例如,以金属化薄膜5中的金属层30与双轴拉伸聚丙烯薄膜10交替地层叠的方式,进一步以绝缘边界21成为相反侧的方式,使2张1对的金属化薄膜5重叠并卷绕。此时,优选将2张1对的金属化薄膜5沿TD方向D2错开1mm~2mm地层叠。使用的卷绕机没有特别限制,例如,可以使用株式会社皆藤制作所制的自动卷取机3KAW-N2型等。制作扁平型电容器的情况下,卷绕后,通常,对得到的卷绕物实施压制。通过压制促进薄膜电容器的卷边/电容器元件成型。从层间间隙的控制/实施稳定化的方面出发,施加的压力根据双轴拉伸聚丙烯薄膜10的厚度等而其最佳值变化,但例如为2kg/cm2~20kg/cm2。紧接着压制,向卷绕物的两端面喷镀金属,设置喷镀金属(Metallikon)电极,得到薄膜电容器。
如此,薄膜电容器可以具有层叠有多层金属化薄膜5的构成,或可以具有经卷绕的金属化薄膜5。这种薄膜电容器可以适合用于控制电动汽车、混合动力汽车等的驱动发动机的逆变器-电源设备用电容器等。另外,铁道车辆用、风力发电用、太阳能发电用、一般家电用等中也可以适合使用。
图1~2中,对在双轴拉伸聚丙烯薄膜10的单面设有金属层30的金属化薄膜5进行了说明,但是本发明的金属化薄膜当然不限定于这种结构的金属化薄膜5。例如,本发明的金属化薄膜可以在双轴拉伸聚丙烯薄膜的两面设有金属层。
本实施方式中,对具有重边部的金属化薄膜进行了说明,但是金属化薄膜当然可以不具有重边部。
实施例
接着,根据实施例对本发明进一步具体地进行说明,但这些例子用于说明本发明,并不对本发明进行任何限定。另外,只要没有特别限定,例中的“份”和“%”就分别表示“质量份”和“质量%”。
<PP树脂>
为了制作各例的双轴拉伸聚丙烯薄膜而使用的PP树脂A为Prime Polymer Co.,Ltd.制,PP树脂B为大韩油化工业株式会社制。PP树脂A和PP树脂B为直链状的均聚聚丙烯。
<重均分子量(Mw)、数均分子量(Mn)和分子量分布(Mw/Mn)的测定>
利用GPC(凝胶渗透色谱),在以下的条件下,测定PP树脂的重均分子量(Mw)、数均分子量(Mn)和分子量分布(Mw/Mn)。
具体而言,使用东曹株式会社制、属于差示折光计(RI)内置高温GPC装置的HLC-8321GPC-HT型。作为柱,将东曹株式会社制的1根TSKgel guardcolumnHHR(30)HT(7.5mmI.D.×7.5cm)和3根TSKgel GMHHR-H(20)HT连接而使用。在140℃的柱温下,使作为洗脱液的三氯苯以1.0ml/分钟的流速流动并测定。制成使用东曹株式会社制的标准聚苯乙烯的5次近似曲线的标准曲线。其中,分子量使用Q-因子换算为聚丙烯的分子量。由得到的标准曲线和SEC色谱图,使用测定装置用的解析软件,得到重均分子量(Mw)和数均分子量(Mn)。
<微分分布值差DM的测定>
微分分布值差DM以如下方法得到。首先,与上述同样地,得到SEC色谱图。使用内置于使用的测定装置的解析软件,将该色谱图转换为微分分子量分布曲线。由该微分分子量分布曲线读取Log(M)=4.5和Log(M)=6.0时的微分分子量分布值。微分分布值差DM从Log(M)=4.5时的微分分子量分布值中减去Log(M)=6.0时的微分分子量分布值而算出。
<内消旋五单元组分率([mmmm])的测定>
使PP树脂溶解于溶剂,用高温型傅里叶变换核磁共振装置(高温FT-NMR),在以下的条件下进行测定。
高温型核磁共振(NMR)装置:日本电子株式会社制、高温型傅里叶变换核磁共振装置(高温FT-NMR)、JNM-ECP500
观测核:13C(125MHz)
测定温度:135℃
溶剂:邻二氯苯(ODCB:ODCB与氘代ODCB的混合溶剂(混合比=4/1))
测定模式:信号单脉冲质子宽带解耦环
脉冲幅度:9.1μsec(45°脉冲)
脉冲间隔:5.5秒
累积次数:4500次
位移基准:CH3(mmmm)=21.7ppm
表示立构规整性度的五单元组分率根据源自同方向排列的单元组“内消旋(m)”与不同方向排列的单元组“消旋(r)”这5单元组(五单元组)的组合(mmmm、mrrm等)的各信号的强度积分值以百分率(%)算出。关于源自mmmm、mrrm等的各信号的归属,例如将“T.Hayashiet al.,Polymer,29卷,138页(1988)”等光谱的记载作为参考。
<庚烷不溶性物(HI)的测定>
对于各PP树脂,压制成型为10mm×35mm×0.3mm,制作约3g的测定用样品。接着,加入庚烷约150mL,进行索格利特萃取8小时。根据萃取前后的试样质量算出庚烷不溶性物。
<熔体流动速率(MFR)的测定>
对于各PP树脂,用东洋精机株式会社的熔融指数测定仪,依据JIS K 7210的条件M而测定原料树脂粒料的形态下的熔体流动速率(MFR)。具体而言,首先,在将试验温度设为230℃的机筒内,***称量为4g的试样,在2.16kg的载荷下预热3.5分钟。之后,测定在30秒内从底孔挤出的试样的重量,求出MFR(g/10分钟)。重复上述测定3次,将其平均值作为MFR的测定值。
<实施例1>
[浇铸坯料片的制作]
将PP树脂A〔Mw=32万、Mw/Mn=9.3、微分分布值差DM=11.2、内消旋五单元组分率[mmmm]=95%、HI=97.3%、MFR=4.9g/10分钟、Prime Polymer Co.,Ltd.制〕与PP树脂B〔Mw=35万、Mw/Mn=7.7、微分分布值差DM=7.2、内消旋五单元组分率[mmmm]=96.5%、HI=98.6%、MFR=3.8g/10分钟、大韩油化工业株式会社制〕以(树脂A):(树脂B)=60:40的比连续地计量,将混合后的干混体供给至挤出机,在树脂温度255℃下进行熔融后,用T模头挤出,卷绕于保持表面温度为95℃的金属鼓并使其固化,制作浇铸坯料片。
[双轴拉伸聚丙烯薄膜的制作]
将浇铸坯料片在MD预热辊组上预热,接着,在MD拉伸辊组上沿MD方向拉伸,接着,在MD松弛辊组上松弛。将其在拉幅机中、以163℃沿TD方向拉伸至10倍,实施松弛和热固定,将厚度2.3μm的双轴拉伸聚丙烯薄膜卷取。
MD拉伸倍率为4.5倍、第一阶段的预热辊的温度为85℃、第二阶段以及其后的预热辊的温度为130℃、MD拉伸辊组的温度为146℃、MD松弛辊组的温度为125℃、与MD预热辊组的密合时间为7.4秒、与MD拉伸辊组的密合时间为1.1秒、与MD松弛辊组的密合时间为1.1秒。
[分切前金属化薄膜的制作]
将双轴拉伸聚丙烯薄膜解出,在双轴拉伸聚丙烯薄膜上形成绝缘边界用油掩模。接着,对于形成有绝缘边界用油掩模的双轴拉伸聚丙烯薄膜,形成具有对应于电极图案的图案的图案用油掩模。接着,对于形成有图案用油掩模的双轴拉伸聚丙烯薄膜,进行金属蒸镀。将金属蒸镀后的双轴拉伸聚丙烯薄膜卷取于作为卷芯的电木芯(芯)。如此得到分切前金属化薄膜的卷。
为了形成前述绝缘边界用油掩模,在双轴拉伸聚丙烯薄膜的两面中的一个面上,用喷嘴狭缝吹送120℃左右的Fomblin oil的蒸气。绝缘边界用油掩模对双轴拉伸聚丙烯薄膜整面以条纹状形成(参照图3)。
对于前述图案用油掩模,用版辊形成。对于图案用油掩模,对双轴拉伸聚丙烯薄膜整面中的未形成绝缘边界用油掩模的区域,以大致对应于金属蒸镀电极的电极图案的图案形成。
前述金属蒸镀中,首先蒸镀铝。铝的蒸镀对双轴拉伸聚丙烯薄膜的两面中、形成有绝缘边界用油掩模和图案用油掩模的面(以下,称为“油掩模形成面”)的整体进行。接着,为了形成重边部,蒸镀锌。对于锌,在油掩模形成面上,针对想要形成重边部的区域而蒸镀。金属蒸镀边将双轴拉伸聚丙烯薄膜在维持为-24℃的冷却辊上冷却边进行。如此,使双轴拉伸聚丙烯薄膜在冷却辊与金属蒸镀的蒸发源之间通过,蒸镀铝,蒸镀锌。
<实施例2>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为4.6倍代替4.5倍,使与MD预热辊组的密合时间为7.8秒代替7.4秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。涉及与MD预热辊组的密合时间的前述变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<实施例3>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为4.8倍代替4.5倍,使与MD预热辊组的密合时间为8.1秒代替7.4秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。涉及与MD预热辊组的密合时间的前述变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<实施例4>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为5.0倍代替4.5倍,使与MD预热辊组的密合时间为8.4秒代替7.4秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。涉及与MD预热辊组的密合时间的前述变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<实施例5>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为4.6倍代替4.5倍,使第二阶段以及其后的预热辊的温度为125℃代替130℃,使MD拉伸辊组的温度为135℃代替146℃,使与MD预热辊组的密合时间为5.5秒代替7.4秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。涉及与MD预热辊组的密合时间的前述变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<实施例6>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为4.6倍代替4.5倍,使MD拉伸辊组的温度为143℃代替146℃,使与MD预热辊组的密合时间为7.5秒代替7.4秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。涉及与MD预热辊组的密合时间的前述变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<实施例7>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为4.6倍代替4.5倍,使MD拉伸辊组的温度为140℃代替146℃,使与MD预热辊组的密合时间为7.5秒代替7.4秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。涉及与MD预热辊组的密合时间的前述变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<实施例8>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为5.5倍代替4.5倍,使第二阶段以及其后的预热辊的温度为135℃代替130℃,使与MD预热辊组的密合时间为9.5秒代替7.4秒,使与MD拉伸辊组的密合时间为1.8秒代替1.1秒,使与MD松弛辊组的密合时间为1.8秒代替1.1秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。前述各密合时间的变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<实施例9>
使双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度为2.5μm,除此之外,与实施例1同样地制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。
<比较例1>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为4.6倍代替4.5倍,使MD拉伸辊组的温度为128℃代替146℃,使与MD预热辊组的密合时间为7.5秒代替7.4秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。涉及与MD预热辊组的密合时间的前述变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<比较例2>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为4.6倍代替4.5倍,使第一阶段的预热辊的温度为70℃代替85℃,使第二阶段以及其后的预热辊的温度为110℃代替130℃,使与MD预热辊组的密合时间为7.5秒代替7.4秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。涉及与MD预热辊组的密合时间的前述变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<比较例3>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为4.6倍代替4.5倍,使与MD预热辊组的密合时间为4.5秒代替7.4秒,使与MD拉伸辊组的密合时间为0.8秒代替1.1秒,使与MD松弛辊组的密合时间为0.8秒代替1.1秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。前述各密合时间的变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<比较例4>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为4.4倍代替4.5倍,使第一阶段的预热辊的温度为70℃代替85℃,使第二阶段以及其后的预热辊的温度为110℃代替130℃,使MD拉伸辊组的温度为128℃代替146℃,使与MD预热辊组的密合时间为4.1秒代替7.4秒,使与MD拉伸辊组的密合时间为0.8秒代替1.1秒,使与MD松弛辊组的密合时间为0.8秒代替1.1秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。前述各密合时间的变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<比较例5>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为6.0倍代替4.5倍,使与MD预热辊组的密合时间为4.5秒代替7.4秒,使与MD拉伸辊组的密合时间为0.8秒代替1.1秒,使与MD松弛辊组的密合时间为0.8秒代替1.1秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。前述各密合时间的变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<比较例6>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法尝试了制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为6.5倍代替4.5倍,使与MD预热辊组的密合时间为7.5秒代替7.4秒,使与MD拉伸辊组的密合时间为0.7秒代替1.1秒,使与MD松弛辊组的密合时间为0.7秒代替1.1秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下尝试了制作分切前金属化薄膜。前述各密合时间的变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
然而,进行双轴拉伸时,具体而言,将浇铸坯料片沿MD方向进行拉伸时发生了断裂,因此,无法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜。
<比较例7>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使与MD预热辊组的密合时间为10.8秒代替7.4秒,使与MD拉伸辊组的密合时间为1.6秒代替1.1秒,使与MD松弛辊组的密合时间为1.6秒代替1.1秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。前述各密合时间的变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<比较例8>
变更双轴拉伸条件,除此之外,利用与实施例1相同的方法制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。具体而言,使MD拉伸倍率为4.6倍代替4.5倍,使与MD预热辊组的密合时间为13.7秒代替7.4秒,使与MD拉伸辊组的密合时间为2.1秒代替1.1秒,使与MD松弛辊组的密合时间为2.1秒代替1.1秒,除此之外,在与实施例1相同的条件下制作分切前金属化薄膜。前述各密合时间的变更通过将浇铸速度由实施例1进行变更而进行。
<参考比较例>
使双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度为4.6μm,除此之外,与实施例1同样地制作双轴拉伸聚丙烯薄膜和分切前金属化薄膜。使用该分切前金属化薄膜,除此之外,利用与实施例1同样的方法制作电容器的情况下(亦即,利用与后述的<电容器的制作和静电容量的测定>的项目中记载的方法同样的方法制作电容器的情况下),该电容器的每单位体积的静电容量理论上停留在实施例1中得到的电容器的每单位体积的静电容量的0.25倍。因此,该参考比较例的双轴拉伸聚丙烯薄膜与实施例1~9的双轴拉伸聚丙烯薄膜相比,在电容器的静电容量和每单位体积的静电容量的观点上大幅劣化。
<厚度测定>
在温度23±2℃、湿度50±5%RH的环境下,使用Citizen Seimitsu Co.,Ltd.制、纸厚测定器MEI-11(测定压100kPa、降下速度3mm/秒、测定端子φ=16mm、测定力20.1N)而测定。样品直接重叠10张以上,从辊切出,切出时以褶皱、空气不进入薄膜中的方式进行操作。对于重叠10张的样品,进行5次测定,5次的平均值除以10,算出厚度。
<MD方向上的125℃的拉伸断裂应力(σb125)>
MD方向上的125℃的拉伸断裂应力(σb125)依据JIS K 7127:1999而测定。首先,从实施例、比较例的双轴拉伸聚丙烯薄膜切出长度150mm、宽度10mm的矩形的样品。此时,以MD方向成为长度方向的方式切出样品。将样品以卡盘间距50mm安装于带烘箱的拉伸试验机(A&D Co.,Ltd.制Tensilon万能试验机RTG-1210)中的、加热至125℃的烘箱内的卡盘。接着,将样品预热1分钟,以试验速度300mm/分钟进行拉伸试验。拉伸试验时的最大应变中的载荷值除以拉伸试验前中的样品的截面积(拉伸试验前的样品的厚度×宽度10mm),从而算出125℃的拉伸断裂应力(σb125)。拉伸试验各进行5次。将其平均值示于表1。需要说明的是,拉伸断裂应力有时被称为拉伸断裂强度、拉伸断裂应力、拉伸断裂强度。
<MD方向上的135℃的拉伸断裂应力(σb135)>
使烘箱内的温度为135℃代替125℃,除此之外,利用与125℃的拉伸断裂应力(σb125)相同的方法进行拉伸试验,算出135℃的拉伸断裂应力(σb135)。拉伸试验各进行5次。将其平均值示于表1。
[表1]
<MD方向上的23℃的拉伸断裂应力(σb23)>
使烘箱内的温度为23℃代替125℃,除此之外,利用与125℃的拉伸断裂应力(σb125)相同的方法进行拉伸试验,算出23℃的拉伸断裂应力(σb23)。拉伸试验进行各5次。将其平均值示于表2。
<125℃下的MD方向的热收缩率>
将实施例、比较例的双轴拉伸聚丙烯薄膜切成宽度20mm、长度130mm的长方形,制作测定用样品。此时,以样品的长度方向与MD方向一致的方式切出样品。准备前述测定用样品3条。接着,用尺子测量长度100mm的部位,在该部位标记标记线。然后,使该3条测定用样品在无载荷下悬挂于125℃的热风循环式恒温槽内,并保持15分钟。之后,在室温(23℃)下冷却,用尺子测定标记线的间隔,用以下的式子,算出MD方向的热收缩率(%)。
热收缩率(%)=[(加热前的标记线间隔-加热后的标记线间隔)/(加热前的标记线间隔)]×100
将3条的测定值的平均值作为MD方向的热收缩率(%)。
需要说明的是,对于此处中记载的以外的测定条件,依据JIS C 2151:2019的“25.尺寸变化”。将结果示于表2。
<135℃下的MD方向的热收缩率>
使热风循环式恒温槽的温度为135℃代替125℃,除此之外,利用与125℃的MD方向热收缩率相同的方法测定。将结果示于表2。
<125℃下的MD方向的尺寸变化率和135℃下的MD方向的尺寸变化率>
MD方向的尺寸变化率使用热机械分析装置(Seiko Instruments Inc.制“SS-6000”),通过温度调制TMA测定而求出。
从实施例、比较例的双轴拉伸聚丙烯薄膜,以沿测定方向成为30mm、沿与测定方向正交方向成为宽度4mm的方式切出条状,制作样品。准备前述测定用样品3条。此时,以样品的测定方向与MD方向一致的方式切出样品。测定条件如下:使卡盘间距为15mm、测定温度范围为25℃~150℃、升温速度为10℃/分钟、持续施加于样品片的拉伸载荷为20mN。由炉内温度达到125℃时的卡盘间距(mm)和达到135℃时的卡盘间距(mm),用以下的式子求出MD方向的尺寸变化率。
[125℃下的MD方向的尺寸变化率(%)]=[(125℃的卡盘间距-25℃的卡盘间距)/25℃的卡盘间距]×100
[135℃下的MD方向的尺寸变化率(%)]=[(135℃的卡盘间距-25℃的卡盘间距)/25℃的卡盘间距]×100
将3条的测定值的平均值分别作为125℃下的MD方向的尺寸变化率(%)、135℃下的MD方向的尺寸变化率(%)。
需要说明的是,对于尺寸变化率,随着温度上升而薄膜尺寸变大(膨胀)的情况下,成为正(+),随着温度上升而薄膜尺寸变小(收缩)的情况下,成为负(-)。将结果示于表2。
<微晶尺寸的测定>
用XRD(广角X射线衍射)装置,在以下的条件下,以重叠了15张薄膜的状态测定实施例和比较例的双轴拉伸聚丙烯薄膜的微晶尺寸。
测定机:Rigaku Corporation制的X射线衍射装置“MiniFlex300”
X射线功率:30kV、10mA
照射X射线:单色仪单色化CuKα射线(波长0.15418nm)
检测器:闪烁计数器
测角仪扫描:2θ/θ联动扫描
由得到的数据,用解析计算机,用附带装置标准的整合粉末X射线解析软件PDXL(Ver.2.1.3.4),根据分割型模拟Voight函数进行最佳化后,算出α晶(040)面的衍射反射峰的半值宽度。用Scherrer公式(D=K×λ/(β×cosθ))由半值宽度求出微晶尺寸。
需要说明的是,Scherrer公式中,D为微晶尺寸(nm),K为常数(形状因子:本实施例中采用0.94),λ为使用X射线波长(nm),β为求出的半值宽度,θ为衍射布拉格角。使用0.15418nm作为λ。将结果示于表2。
[表2]
<电容器的制作和静电容量的测定>
将实施例、比较例中制作的分切前金属化薄膜(金属层一体型聚丙烯薄膜)分切成60mm宽。接着,使2张金属层一体型聚丙烯薄膜相对合并。使用株式会社皆藤制作所制自动卷取机3KAW-N2型,对相对合并的前述金属层一体型聚丙烯薄膜,在卷取张力250g、接触压力880g、卷取速度4m/秒下进行卷绕。双轴拉伸聚丙烯薄膜的厚度为2.3μm的情况下,进行1137股卷绕,厚度为2.5μm的情况下,进行1076股卷绕。对于元件卷绕后的元件,边以载荷5.9kg/cm2进行压制边在120℃下实施15小时热处理。之后,对元件端面喷镀锌金属。作为喷镀条件,使供料速度为15mm/秒、喷镀电压为22V、喷镀压力为0.3MPa,以厚度成为0.7mm的方式进行喷镀。如此得到了扁平型电容器。在扁平型电容器的端面焊接引线。之后,将扁平型电容器用环氧树脂密封。环氧树脂的固化在90℃下加热2.5小时后,进而,在120℃下加热2.5小时而进行。制作好的电容器元件的静电容量均为75μF(±2μF)。
<卷绕形态的褶皱不良评价>
目视实施例、比较例的分切前金属化薄膜的薄膜卷的形态(也称为卷绕形态),评价卷绕形态的状态。具体而言,判断分切前金属化薄膜的薄膜卷中是否存在折叠褶皱。将结果示于表3。
<蒸镀膜不均评价>
从实施例、比较例的卷状的分切前金属化薄膜剥离辊1周量的全幅薄膜1张,从剥离后的分切前金属化薄膜的下侧照射荧光灯的光并目视,评价蒸镀膜是否均匀地被蒸镀于该分切前金属化薄膜整体。如果以蒸镀膜成为褶皱形状的方式进行蒸镀的状态、或蒸镀膜厚产生遮蔽的状态、或这两者状态均被观察到,则判断为不良。将结果示于表3。
使用实施例、比较例中制作的分切前金属化薄膜制作电容器元件,对电容器元件进行两种限度试验(温度限度试验和电压限度试验),测定伴有时间经过的静电容量的变化率。需要说明的是,对于发生了卷绕形态的褶皱不良、蒸镀膜不均的各例,在除该蒸镀不良发生部位之外的正常部位制作电容器元件,进行试验。需要说明的是,电容器元件的制作方法如上述“电容器的制作和静电容量的测定”的项中所记载。
<温度限度试验(115℃、700V)>
将电容器元件在115℃下预热1小时后,用日置电机株式会社制LCR Hi TESTER3522-50测定静电容量。将该静电容量以下称为初始静电容量,也称为C0。接着,在115℃的恒温槽中,对电容器元件持续负荷直流700V的电压100小时。接着,测定持续负荷前述电压100小时后的静电容量(将前述静电容量也称为经过100小时后的静电容量,也称为C100)。算出静电容量的变化率(经过100小时后的静电容量的变化率)。以下式算出该变化率。
经过100小时后的静电容量的变化率
=[(经过100小时后的静电容量-初始静电容量)/初始静电容量]×100
前述经过100小时后的静电容量的变化率也称为ΔC,为ΔC={(C100-C0)/C0}×100。
将电容器元件返回至恒温槽内,对电容器元件持续负荷直流700V的电压50小时后,取出电容器元件,测定静电容量,算出相对于初始静电容量(C0)的变化率。重复该一系列的作业直至变化率成为-5%~+5%的范围外。由此,求出变化率达到-5%~+5%的范围外时的时间经过(以下,有时称为“故障时间”)。
经过100小时后的变化率(ΔC)根据电容器元件5个的平均值进行评价。经过100小时后的变化率(ΔC)成为-5%~+5%的范围外的情况下,判断评价为不良。故障时间以电容器元件5个中变化率最快成为-5%~+5%的范围外的时间评价。故障时间为450小时以下的情况下,判断评价为不良。另外,电容器元件5个中仅一个发生了短路的情况下,判断评价为不良。
将经过100小时后的静电容量的变化率(ΔC)和故障时间示于表3。
<电压限度试验(105℃、800V)>
使电容器元件的预热为105℃代替115℃,使恒温槽为105℃代替115℃,使对电容器元件施加的电压为800V代替700V,除此之外,采用与温度限度试验相同的方法,测定静电容量的变化率(ΔC)和故障时间。
[表3]
实施例1~9中,卷绕形态中未见褶皱不良,也未见蒸镀膜不均,而且在温度限度试验和电压限度试验这两者的限度试验中,故障时间超过450小时。与此相对,比较例1~5中,褶皱不良和蒸镀膜不均这两者均被观察到。比较例3中,电压限度试验的故障时间短至350小时。比较例4中,电压限度试验中引起了短路破坏。
对比实施例3与比较例1时,135℃的拉伸断裂应力(σb135)在两者中为相同,但是前述两者的限度试验中,实施例3的故障时间长于比较例1的故障时间。认为其理由是由于,实施例3的拉伸断裂应力差(σb125-σb135)小于比较例1的前述拉伸断裂应力差,从而实施例3中,由于用于达到试验温度(温度限度试验中115℃、电压限度试验中105℃)的加热而双轴拉伸聚丙烯薄膜的内部结构不易崩解,因此,静电容量的降低不易推进。
实施例4的135℃的拉伸断裂应力(σb135)高于实施例7的85MPa,为93MPa,在两者的限度试验中,实施例4的故障时间也长于实施例7的故障时间。认为,实施例4中的双轴拉伸聚丙烯薄膜的内部结构比实施例7的双轴拉伸聚丙烯薄膜的内部结构牢固。如此,由实施例4与实施例7的对比,可以解读为135℃的拉伸断裂应力(σb135)越高,双轴拉伸聚丙烯薄膜的内部结构越牢固的相关关系。
与此相对,实施例8中,135℃的拉伸断裂应力(σb135)高于实施例5的95MPa,为106MPa,但是在两者的限度试验中,实施例8的故障时间短于实施例5的故障时间。认为这暗示了,在135℃的拉伸断裂应力(σb135)106MPa附近,135℃的拉伸断裂应力(σb135)与双轴拉伸聚丙烯薄膜的内部结构的强度的相关关系开始破裂。
比较例3中,135℃的拉伸断裂应力(σb135)为70MPa以上,但是电压限度试验的故障时间短至350小时。认为这是由于,比较例3中,拉伸断裂应力差(σb125-σb135)大至17MPa,因此,由于用于达到电压限度试验的试验温度(105℃)的加热而双轴拉伸聚丙烯薄膜的内部结构容易崩解,静电容量的降低容易推进。
附图标记说明
5金属化薄膜
6分切前金属化薄膜
10双轴拉伸聚丙烯薄膜
21绝缘边界
30金属层
31重边部
32活动部
51金属化薄膜中的一个端部
52金属化薄膜中的另一个端部
300金属层
Claims (8)
1.一种双轴拉伸聚丙烯薄膜,其厚度为1.0μm~3.5μm,
第一方向上的135℃的拉伸断裂应力为70MPa以上,
所述第一方向上的125℃的拉伸断裂应力与所述第一方向上的135℃的拉伸断裂应力之差为0MPa以上且15MPa以下。
2.根据权利要求1所述的双轴拉伸聚丙烯薄膜,其135℃下的所述第一方向的尺寸变化率为-3.2%以上。
3.根据权利要求1或2所述的双轴拉伸聚丙烯薄膜,其中,125℃下的所述第一方向的尺寸变化率与135℃下的所述第一方向的尺寸变化率的差值为0%以上且1.5%以下。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的双轴拉伸聚丙烯薄膜,其中,微晶尺寸为12.20nm以下。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的双轴拉伸聚丙烯薄膜,其用于电容器。
6.一种金属化薄膜,其具有:
权利要求1~5中任一项所述的双轴拉伸聚丙烯薄膜;和,
层叠于所述双轴拉伸聚丙烯薄膜的单面或两面的金属层。
7.一种金属化薄膜卷,其是将权利要求6所述的金属化薄膜卷绕而成的。
8.一种薄膜电容器,其具有经卷绕的权利要求6所述的金属化薄膜、或具有层叠有多层权利要求6所述的金属化薄膜的构成。
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