一种低紧度免碳化固态电解电容器纸及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于电解电容器纸领域，具体涉及一种低紧度免碳化固态电解电容器纸及其制备方法和应用。


背景技术：

2.固态电解电容器中的电解质为固态导电性高分子材料，固态电解电容器的结构包括阳极、阴极、电解纸以及固态导电性高分子材料。电解电容器纸是制备电解电容器不可或缺的原料之一，在电容器中主要用于吸附导电高分子单体和氧化剂，形成聚合物，同时起到隔离极板的作用，防止阳极和阴极直接接触而短路。
3.传统的电解电容器纸为全纤维素材料，对单体的吸附能力较弱，同时纤维素中含有大量的羟基，在导电高分子单体聚合时会产生副反应，影响电容器的性能；此外，一般电解纸中纤维结合较为紧密，导电高分子单体难以完全吸附在电解纸中，导致导电高分子单体聚合后在电解纸中分布不均匀，也会影响电容器性能。目前，市场上生产的固态电解电容器，生产过程中需要在250～270℃下对电解纸进行碳化处理，以提高电解纸的疏松性及对单体的吸附性。在此工艺下，需要将整个电容器加热到较高温度下，生产工艺复杂，且高温碳化过程对阴、阳极箔的结构会造成破坏，导致产品性能不稳定，漏电流容易超标；此外，由于加热温度高，需要消耗大量的能源，一定程度上增加了企业的生产成本。
4.因此，为了简化固态电解电容器的生产工艺，降低生产能耗，引领电容器行业绿色发展的需要。申请人申请的中国发明专利(公开号：cn109208375a，公开日：20190115)，一种低紧度免碳化固态电解电容器纸及其制备方法；该电解电容器纸的原料由麻浆和化学纤维组成；麻浆的打浆度为10～30
°
sr，湿重为10～40g；化学纤维的长度为1.5～15mm，纤度为0.1～3dtex；按干重质量百分比计，麻浆为10～80％，化学纤维为20～90％。
5.进一步，为了增强固态电解电容器纸的强度，申请人申请了中国发明专利(公开号：cn109235136a，公开日：20190118)一种增强型低紧度免碳化固态电解电容器纸，该电解电容器纸的原料由麻浆和化学纤维组成；麻浆的打浆度为40～90
°
sr，湿重为5～30g；化学纤维的长度为1.5～15mm，纤度为0.1～3dtex；按干重质量百分比计，麻浆为10～80％，化学纤维为20～90％。
6.上述的两件专利中通常采用的是马尼拉麻浆、剑麻浆作为麻浆纤维，但是马尼拉麻浆、剑麻浆在国内分布较少，需要进口，增加了生产的成本。黄麻在国内分布很广，货源充足，申请人在考虑了综合成本后发现黄麻可以作为原料使用，并且发现黄麻与聚酯纤维在抄纸的过程中虽然可以如通过如专利(公开号：cn109235136a，公开日：20190118)公开的提高麻浆的打浆度提高纸张的抗张强度，但是在55
°
sr以上抗张强度则出现明显的下降；另外，本发明免碳化电解电容器纸由黄麻和聚酯纤维组成，这两种纤维的结构、密度、处理方式不相同，因此在浆料流送和布浆、过滤、脱水、成形的过程中表现出不同的特性，纸品的匀度指标可直接反映纸品内纤维排布水平。因此，为了能将材料纤维均匀形成纸页也是本次发明的重要技术方案。


技术实现要素：

7.为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种低紧度免碳化固态电解电容器纸，该电解电容器纸采用黄麻和聚酯纤维作为原料，提高了导电高分子单体结合力和分散性能；同时本发明黄麻浆打浆度为35-55
°
s，提高了纸张的抗张强度；进一步，本发明通过在圆网成形装置的进浆流道底部设置有匀浆辊，提高了纸品匀度值，达到生产的要求和下游客户对纸品的性能要求。
8.为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
9.一种低紧度免碳化固态电解电容器纸，该电解电容器纸的紧度为0.32-0.38g/cm3，按干重质量百分比计由以下组分抄纸制得：
10.黄麻浆
ꢀꢀꢀꢀ
40％-60％，
11.聚酯纤维
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60％-40％；
12.所述的黄麻浆打浆度为35-55
°
sr，湿重为10-30g，磨浆后成浆质量百分比浓度2.0-3.5％，聚酯纤维的长度为2-10mm，纤度为0.1-3dtex；该电解电容器纸采用圆网成形纸机抄纸，纸机车速80-120m/min，上网浆流质量百分比浓度为0.01～0.2％，在圆网成形装置的进浆流道底部设置有匀浆辊，匀浆辊的顺时针转速为35-50r/min。
13.作为优选，该电解电容器纸的紧度为0.34-0.36g/cm3。
14.作为优选，按干重黄麻浆与pet纤维按1:1比例。
15.作为优选，黄麻浆打浆度为40-50
°
sr，湿重为15-25g，磨浆后成浆质量百分比浓度2.5-3.2％。
16.作为优选，聚酯纤维的长度为3-8mm，纤度为1.0-2.5dtex。
17.作为优选，上网浆流质量百分比浓度为0.02～0.15％。
18.作为优选，纸机车速90-110m/min，匀浆辊的顺时针转速为40-45r/min。
19.进一步，本发明还公开了一种制备所述的低紧度免碳化固态电解电容器纸的方法，该方法包括以下的步骤：
20.1)将黄麻浆加水混合一定的浓度后，再经磨浆处理，得到浆料a；
21.2)将聚酯纤维疏解分散均匀，得到浆料b；
22.3)浆料a与浆料b进行充分混合，得到混合浆料；
23.4)将混合浆料进行圆网成形纸机抄纸成形，形成湿纸页再经过压榨、干燥、卷取和分切，得到低紧度免碳化固态电解电容器纸；纸机车速80-120m/min，上网浆流质量百分比浓度为0.01～0.2％，在圆网成形装置的进浆流道底部设置有匀浆辊，匀浆辊的顺时针转速为35-50r/min。
24.进一步，本发明还公开了所述的低紧度免碳化固态电解电容器纸在固态电解电容器中的应用。
25.进一步，本发明还公开了一种固态电解电容器，固态电解电容器的结构包括阳极、阴极、电解电容器纸以及固态导电性高分子材料；电解电容器纸采用所述的低紧度免碳化固态电解电容器纸。
26.本发明由于采用了上述的技术方案，电解电容器纸对导电高分子单体具有较好的吸附性，有利于导电高分子顺利通过纤维缝隙进入阳极箔表面的孔隙中，提高纸品的润湿性，有利于提高电容器的容量值，并且会减少导电高分子单体聚合时的副反应。同时在电容
器制程中无需对素子进行碳化处理从而简化工艺流程，减少工序缺陷的发生，有助于生产企业节能降耗和品质的提升。进一步，本技术本发明黄麻浆打浆度为35-55
°
s，提高了纸张的抗张强度；进一步，本发明通过在圆网成形装置的进浆流道底部设置有匀浆辊，能让多种纤维均匀地流送和均一布浆脱水成形，提高了纸品匀度值，达到生产的要求和下游客户对纸品的性能要求。
附图说明
27.图1为试验例3匀浆辊的转速是45r/min生产的电解电容器纸，在100倍电子显微镜下的照片。
具体实施方式
28.试验例1重点考察黄麻浆的磨浆工艺对纸品强度的分析：
29.将黄麻浆磨浆后的打浆度和湿重分别为表1所示，磨浆后成浆浓度2.8％。磨浆完成后与pet纤维按1:1混合均匀，通过圆网成型，上网成形浓度为0.05％，然后经脱水过滤、压榨、干燥、卷取和分切后得到成品，对纸品进行指标检测。
30.1、抗张强度的测试方法如下：
31.取恒温湿处理的试样，以距边缘15mm以内按纵(横)方向切成宽长250mm、其平行度≤0.1mm的试样条至少8条(切口整齐无损伤)，用纸张抗张强度仪测定，测定仪夹距180mm，加荷速率控制：试样在20
±
5s内断裂；每个试样测定5条，且这5条的结果均为有效数值(如距离夹子10mm内断裂的，应属无效数据)。取其平均值为试样平均抗张力(n)。
32.抗张强度s(kn/m)按下式计算(结果取两位小数)：
[0033][0034]
2、吸水高度的测试方法如下：
[0035]
将恒温湿处理的试样，距边缘15mm以内按纵(横)方向切成宽15
±
0.5mm、长300mm的试样条各为3条，用纸张吸水率测定仪测定，其下端浸入纯水5mm。10min读取润湿线高度。如润湿线倾斜或弯曲，则按平均高度读取结果。取3条平均值为试样吸水高度(结果保留到整数)。
[0036]
表1黄麻浆的磨浆工艺对纸品强度的数据统计分析
[0037][0038]
结论：黄麻浆与pet纤维按1：1混合抄造，成纸的纵向抗张强度随麻浆打浆度的提高而提高，但在500sr之后呈下降趋势。成纸的吸水高度变化不明显。因此对麻浆的处理最佳工艺应在45～500sr范围内。
[0039]
试验例2考察黄麻浆与pet纤维配比对纸品吸水高度和强度的分析
[0040]
黄麻浆磨浆后的打浆度和湿重分别为50
°
sr、20g，磨浆后成浆浓度2.8％。磨浆完成后与pet纤维按比例混合均匀，黄麻浆和pet占比如表2所示，通过圆网成型，上网成形浓度为0.05％，然后经脱水过滤、压榨、干燥、卷取和分切后得到成品，对纸品进行指标检测。
[0041]
表2黄麻浆与pet纤维配比对纸品吸水高度和强度的分析
[0042][0043][0044]
结论：黄麻浆单独磨浆，打浆度和湿重控制在500sr、20g的条件下，对黄麻浆与pet按不同的配比分9次进行试生产纸品定量为14g/m2，结果发现成纸的纵向抗张强度和吸水高度均有线性的变化。根据下游客户对纸品的性能要求，纸品纵向抗张强度需满足0.5kn/m以上的要求，同时吸水高度值尽可能高些。因此我们分析认为黄麻浆与pet配比接近1：1的水平有利于正常生产并能满足客户的使用要求，同时也可根据客户的个性要求进行适当调整配比。
[0045]
试验例3重点考察黄麻浆与pet纤维的均匀分布情况分析
[0046]
本发明采用的圆网成形装置由网槽和圆网笼两部分组成，圆网笼比较简单，由圆
幅框架、旋转部件和面网三部分组成；网槽由进浆流道、过滤槽和白水回流系统组成。本发明中为了能让多种纤维均匀地流送和均一布浆脱水成形，必须对网槽的结构进行改进处理。具体做法如下：在上网成形前对浆料进行赋能处理，目的是让植物纤维和合成纤维再度混合，并同步进入浆料的布浆、过滤、脱水、成形。防止因纤维特性不同出现分类成形的不良效果。具体的方法是在第三处流道底部安装直径为150mm的匀浆辊，由外设变频电机带动运行。
[0047]
黄麻浆磨浆后的打浆度和湿重分别为50
°
sr、20g，磨浆后成浆浓度2.8％。磨浆完成后黄麻浆与pet纤维按1:1比例混合均匀，通过圆网成型，上网成形浓度为0.05％，生产中匀浆辊顺时针转速如表3所示，纸机车速100m/min然后经脱水过滤、压榨、干燥、卷取和分切后得到成品，对纸品进行指标检测。图1为匀浆辊的转速是45r/min生产的电解电容器纸，在100电子显微镜下的照片，显示纸品匀度很好。
[0048]
纸品匀度的测试方法如下：
[0049]
取平整试样,按纵(横)方向切成宽200
×
230mm的试样条至少3条。开启gd-1型纸张匀度仪电源开关，显示主界面，按确定键进入设置界面，光标停在横上，按“确定”键选择横向扫描状态(默认为横向，按“＜”或“＞”可调整纵向、横向扫描方式)，且返回主界面。
[0050]
按“＞”键光标停在调光上，此时将试样固定在夹持器上且抻平，按“确认”键调整光源亮度，在屏幕“ds”前显示“ok”字样，代表光源调光结束。(调光时按键灯闪烁做调光指示)
[0051]
调整好光源后，按“＞”键光标停留在“测量”上式(此时“ok”字样消失)，按“确认”键开始测量(按键灯闪烁做测量指示)直至完成测量。
[0052]
测量完毕后，可以移动光标到“打印”选项上，按“确认”键打印测试结果。
[0053]
表3匀浆辊转速对黄麻浆与pet纤维的均匀分布情况分析
[0054][0055]
结论：在前述试验例1和试验例2的基础上，选择特定的纤维原料、配比及磨浆工艺，对试验例3进行针对性的试验，重点是对匀浆辊转速进行9次调整，结果发现成纸的纸品匀度值在不同的转速下呈现一定的变化。纸品匀度指标的变化可以看出匀浆辊的最佳转速是40r～50r/min能达到生产的要求和下游客户对纸品的性能要求。
[0056]
本发明由于采用了上述三种技术方案，上述的组份中聚酯纤维对导电高分子单体具有较好的吸附性，因此在纸张中添加聚酯纤维可以改善纸张对导电高分子单体的吸附性，使单体在纸张中分布均匀；又由于纯聚酯纤维之间结合力较弱，难以通过湿法成形进行
抄造，因此需要一定量的黄麻纤维来赋予纸张一定的强度，使其能够顺利抄造。
[0057]
本发明的免碳化固态电解电容器纸对单体具有良好的吸附性，并且能减少单体聚合过程中副反应的发生，同时纸张具有较低的紧度，纸页结构呈现疏松状态有利于导电高分子单体可以在纸张中分布均匀并迁移顺畅。因此，在电容器的生产过程中无需对电容器纸进行碳化处理。
[0058]
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。