本发明涉及电容器用塑料薄膜，特别是一种高介电常数的塑料薄膜及其制造方法。
背景技术：
目前所用电容器主要为有机薄膜电容器、电解电容器、陶瓷电容器三大类电容器。有机薄膜电容器具有温度范围宽、耐压高、介质损耗小、性能稳定、寿命长、可靠性高等优点，但产品体积大。电解电容器具有体积小、容量大、成本低的特点，但产品耐压低、损耗大、寿命短。陶瓷电容器体积小、绝缘性好，但容量比较小、损耗大，稳定性差。随着社会发展，对电容器产品的可靠性、稳定性及产品体积要求越来越高。特别是随着新能源汽车的快速发展，对电容器要求进一步提升，要求大容量、产品性能稳定可靠，且要减小产品体积及重量。目前适合新能源汽车的电容器均采用有机薄膜电容器，虽然性能满足要求，但存在产品体积大，重量重的缺点。
目前性能稳定、较常用的电容器介质材料为聚丙烯薄膜。聚丙烯性能稳定，吸水率低(0.01％)，结晶性高，结构规整，具有优良的力学性能，且具有良好的耐热性、化学稳定性、电性能、耐候性等优良性能，是目前广泛应用的电容器介质材料。用于电容器的聚丙烯薄膜的介电强度高达400V/μm以上，且介质损耗因数较小，只有0.0002,非常适合制作电容器。但由于聚丙烯塑料介电常数较小，介电常数只有2.2，制作的电容器体积较大。而电容器行业中的钽电解电容器介质为氧化钽，氧化钽膜的化学性能稳定，损耗因数较氧化铝小，而且温度稳定性良好，其介电常数比氧化铝大，通常为28,因而产品体积很小，且电性性能稳定。但因其介电强度较小，只能制作直流低压电容器(通常只有十伏左右)。要制作高压钽电解电容器只能通过内部串联形式，但这样则造成产品容量减小，体积增大，即使这样产品的电压也只能达到300Vdc左右，严重限制了产品的电压使用范围。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高介电常数的塑料薄膜及其制造方法，主要解决现有有机塑料薄膜电容器体积大、重量重的缺点，利用这种高介电常数的塑料薄膜制作电容器，在得到塑料薄膜电容器的可靠性能时，可大大减小有机薄膜电容器的体积，减小了产品的安装空间，且降低了产品成本。
为实现上述目的，本发明是这样实现的。
一种高介电常数的塑料薄膜，其特征在于：它包括有机塑料及氧化钽；氧化钽以纳米级状态均匀分布于有机塑料中；氧化钽体积比含量为10％-70％。
所述的高介电常数的塑料薄膜，其特征在于：所述的有机塑料为聚丙烯或聚乙烯或聚四氟乙烯或聚苯乙烯。
所述的高介电常数的塑料薄膜，其特征在于：所述的有机塑料为聚酯或聚碳酸酯。
所述的高介电常数的塑料薄膜，其特征在于：所述的有机塑料为聚丙烯，氧化钽体积比含量优选30％-50％。
所述的高介电常数的塑料薄膜，其特征在于：它还包括相容剂。
一种如上所述的高介电常数的塑料薄膜的制造方法，其特征在于：纳米级氧化钽通过小尺寸效应、表面或界面效应作用通过机械共混均匀分布在有机塑料熔融物中，通过挤出成型形成氧化钽有机塑料粒子；然后氧化钽有机塑料粒子采用挤出成型工艺，在挤压成型并双向拉伸加工形成厚度均匀的氧化钽聚丙烯塑料薄膜。
所述的高介电常数的塑料薄膜的制造方法，其特征在于：纳米级氧化钽通过小尺寸效应、表面或界面效应作用与相容剂结合，通过相容剂提高氧化钽与有机塑料的相容性，然后再通过机械共混均匀分布在有机塑料熔融物中，通过挤出成型形成氧化钽有机塑料粒子；然后氧化钽有机塑料粒子采用挤出成型工艺，在挤压成型并双向拉伸加工形成厚度均匀的氧化钽聚丙烯塑料薄膜。
藉由上述结构，本发明具有如下优越的技术效果。
本发明产品采用了将高介电常数的无机氧化物—氧化钽均匀分布于性能优良的有机塑料薄膜中，产品兼顾了有机塑料薄膜的温度范围宽、耐压高、介质损耗小、性能稳定、寿命长、可靠性高等优点，同时提高了塑料薄膜的介电常数，可使采用这种塑料薄膜制成的电容器的体积大大减小。
1、电容器产品尺寸大小与介质的介电常数紧密相关，聚丙烯塑料介电常数较小，介电常数只有2.2，制作的电容器体积较大。而氧化钽介电常数为28，远大于电容器用塑料介质的介电常数。将体积比10％—70％的氧化钽均匀分布于聚丙烯塑料中，可将聚丙烯塑料的介电常数调整到2.84—13.05，可有效减小电容器的体积。
2、将纳米级的氧化钽均匀分布于聚丙烯塑料中，在提升聚丙烯塑料的介电常数同时，利用聚丙烯稳定的电性能及机械性能制成氧化钽聚丙烯塑料薄膜，在减小产品体积的同时，满足产品耐压需求，可制成耐压几百、甚至几千伏的电容器。
具体实施方式
一种高介电常数的塑料薄膜，它包括一种具有电绝缘性能优良的有机塑料及一种具有绝缘性能好、介电常数大的无机氧化物-氧化钽。其制造方法是：氧化钽以纳米级状态均匀分布于有机塑料中；氧化钽体积比含量为10％-70％。氧化钽首先均匀分布于有机塑料中形成氧化钽塑料粒子，然后塑料粒子再加工拉伸形成厚度均匀的塑料薄膜。氧化钽均匀分布于有机塑料中，则混合物的介电常数根据两种物质的体积比的不同而不同。混合物的介电常数可根据下式计算得出：
lnε＝X1lnε1+X2lnε2
ε-复合介质的介电常数；
ε1--第一种介质材料的介电常数；
ε2--第二种介质材料的介电常数；
X1-第一种介质材料的体积分数；
X2--第二种介质材料的体积分数；
这里有：X1+X2＝1
根据公式计算可得出复合材料的介电常数。表1为氧化钽(介电常数为28)、聚丙烯(介电常数为2.2)不同体积比混合物的介电常数及其它参数，表2为氧化钽、聚酯(介电常数为3.1)不同体积比混合物的介电常数及其它参数。
表1氧化钽、聚丙烯不同体积比混合物参数表
表2氧化钽、聚酯不同体积比混合物参数表
理想的制作电容器的塑料薄膜要求介电常数大、耐温度、性能稳定、介电强度高且有一定的断裂伸长率及抗拉强度。目前所使用的聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯等薄膜是适宜制作电容器的。根据生产工艺则要求塑料薄膜抗拉强度＞35MPa，断裂伸长率＞30％，根据产品要求则要求塑料薄膜的电气强度＞200V/μm。而在有机塑料薄膜中掺入无机氧化物，则随着掺入比例的加大，则薄膜的抗拉强度、断裂伸长率逐渐减小，介电强度也会随着掺入无机氧化物比例的多少而受到影响。综合各项因素，氧化钽体积比含量控制在10％-70％范围内，使塑料薄膜的抗拉强度＞25MPa，断裂伸长率＞10％，电气强度＞150V/μm，产品性能参数指标虽然较单一的塑料薄膜有所下降，但可通过适当调整介质膜的厚度满足使用要求，同时因薄膜的介电常数得以提升，产品的综合性能还是有很大提升的。
另外，不同的有机塑料、不同的无机氧化物影响大小也会不同。表3为氧化钽、氧化铌、氧化铝三种无机氧化物的性能参数表。从表3中可以看出氧化铌的介电常数在41—48,采用氧化铌比氧化钽可以更明显改变材料的介电常数。但由于氧化铌的线胀系数较氧化钽大，产品综合性能较氧化铌差，这里优选氧化钽。
表3氧化物的性能参数表
实施例1：
在生产聚丙烯塑料时，在240℃—260℃将聚丙烯熔融，通过专用装置将10％体积比的纳米级氧化钽均匀加入聚丙烯熔融料中，使氧化钽完全均匀混入聚丙烯熔融物中，最后挤出、切粒形成直径约1—2.5mm、长度约1—5mm的复合介质氧化钽聚丙烯塑料粒子。复合介质氧化钽聚丙烯塑料粒子的介电常数根据公式计算得出为2.84,为复合前聚丙烯介电常数的1.29倍。复合介质氧化钽聚丙烯塑料粒子通过专用设备(如拉膜机)在250℃—270℃进行熔融、挤出，然后双向拉伸可制成约1μm—200μm厚度均匀的复合介质氧化钽聚丙烯塑料薄膜。
塑料薄膜按照设定的要求经过真空镀膜(真空蒸镀金属层)、分切制成电容器用金属化薄膜，然后经过卷绕制成电容器芯子，并进一步制成电容器元件。采用复合介质氧化钽聚丙烯塑料薄膜制成的电容器芯子的体积较聚丙烯塑料薄膜制成的电容器芯子的体积大大减小。具体产品体积减小效果以下例说明：
电容器芯子容量：200μF，金属化膜规格：3μm*50mm，膜料留边宽度为1.5mm，芯轴直径为30mm，膜料错边1mm，采用无感式卷绕制成压扁芯子。经计算电容器芯子尺寸及体积：
聚丙烯金属化膜：芯子尺寸为51mm*29.18mm*76.28mm，体积104204.8mm3
复合介质氧化钽聚丙烯金属化膜：芯子尺寸为51mm*24.06mm*71.16mm，体积80957.5mm3
采用复合介质氧化钽聚丙烯金属化膜卷绕制成的芯子的体积为采用聚丙烯金属化膜卷绕制成的芯子的体积的80957.5/104204.8*100％＝77.7％。
实施例2：
在生产聚丙烯塑料时，在240℃—260℃将聚丙烯熔融，通过专用装置将70％体积比的纳米级氧化钽均匀加入聚丙烯熔融料中，使氧化钽完全均匀混入聚丙烯熔融物中，最后挤出形成直径约1—2.5mm、长度约1—5mm的复合介质氧化钽聚丙烯塑料粒子。复合介质氧化钽聚丙烯塑料粒子的介电常数根据公式可计算得出为13.05,为复合前聚丙烯介电常数的5.93倍。复合介质氧化钽聚丙烯塑料粒子通过专用设备(如拉膜机)进行熔融及双向拉伸可制成约1μm—200μm厚度均匀的复合介质氧化钽聚丙烯塑料薄膜。采用该材料制成电容器用金属化薄膜卷绕电容器芯子，具体产品体积减小效果以下例说明：
电容器芯子容量：200μF，金属化膜规格：3μm*50mm，膜料留边宽度为1.5mm，芯轴直径为30mm，膜料错边1mm，采用无感式卷绕制成压扁芯子。经计算电容器芯子尺寸及体积：
复合介质氧化钽聚丙烯金属化膜：芯子尺寸为51mm*6.85mm*53.95mm，体积18337.4mm3
采用复合介质氧化钽聚丙烯金属化膜卷绕制成的芯子的体积为采用聚丙烯金属化膜卷绕制成的芯子的体积的18337.4/104204.8*100％＝17.6％。
实施例3：
在生产聚酯塑料时，在270℃—300℃将聚酯熔融，通过特定装置将30％体积比的纳米级氧化钽均匀加入聚酯熔融料中，使氧化钽完全均匀混入聚酯熔融物中，最后挤出形成直径约1—2.5mm、长度约1—5mm的复合介质氧化钽聚酯塑料粒子。复合介质氧化钽聚酯塑料粒子的介电常数根据下述公式可推导得出为6.0,为复合前聚酯介电常数的1.94倍。复合介质氧化钽聚酯塑料粒子通过专用设备(如拉膜机)进行熔融及双向拉伸可制成约1μm—200μm厚度均匀的复合介质氧化钽聚酯塑料薄膜。塑料薄膜加工制作成电容器用金属化薄膜，然后卷绕制成电容器芯子，并进一步制成电容器元件。采用复合介质氧化钽聚酯塑料薄膜制成的电容器芯子的体积较聚酯塑料薄膜制成的电容器芯子的体积大大减小。具体产品体积减小效果以下例说明：
电容器芯子容量：400μF，金属化膜规格：3μm*50mm，膜料留边宽度为1.5mm，芯轴直径为26mm，膜料错边1mm，采用无感式卷绕制成压扁芯子。经计算电容器芯子尺寸及体积：
聚酯金属化膜：芯子尺寸为51mm*40.01mm*80.83mm，体积147387.1mm3
复合介质氧化钽聚酯金属化膜：芯子尺寸为51mm*24.89mm*65.71mm，体积76631.4mm3
采用复合介质氧化钽聚酯金属化膜卷绕制成的芯子的体积为采用聚酯金属化膜卷绕制成的芯子的体积的76631.4/147387.1*100％＝51.99％。
实施例4：
在生产聚酯塑料时，在270℃—300℃将聚酯熔融，通过特定装置将70％体积比的纳米级氧化钽均匀加入聚酯熔融料中，使氧化钽完全均匀混入聚酯熔融物中，最后挤出形成直径约1—2.5mm、长度约1—5mm的复合介质氧化钽聚酯塑料粒子。复合介质氧化钽聚酯塑料粒子的介电常数根据下述公式可推导得出为14.47,为复合前聚酯介电常数的4.67倍。复合介质氧化钽聚酯塑料粒子通过专用设备(如拉膜机)进行熔融及双向拉伸可制成约1μm—200μm厚度均匀的复合介质氧化钽聚酯塑料薄膜。塑料薄膜制成电容器用金属化薄膜，然后卷绕成电容器芯子，并进一步制成电容器元件。采用复合介质氧化钽聚酯塑料薄膜制成的电容器芯子的体积较聚酯塑料薄膜制成的电容器芯子的体积大大减小。具体产品体积减小效果以下例说明：
电容器芯子容量：400μF，金属化膜规格：3μm*50mm，膜料留边宽度为1.5mm，芯轴直径为26mm，膜料错边1mm，采用无感式卷绕制成压扁芯子。经计算电容器芯子尺寸及体积：
聚酯金属化膜：芯子尺寸为51mm*40.01mm*80.83mm，体积147387.1mm3
复合介质氧化钽聚酯金属化膜：芯子尺寸为51mm*12.50mm*53.32mm，体积32273.7mm3
采用复合介质氧化钽聚酯金属化膜卷绕制成的芯子的体积为采用聚酯金属化膜卷绕制成的芯子的体积的32273.7/147387.1*100％＝21.9％。
根据电容器应用场合不同，则有机塑料可选取聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯等非极性介质或聚酯、聚碳酸酯等极性介质。
综合塑料薄膜的抗拉强度、断裂伸长率及介电常数综合性能，氧化钽体积比含量优选30％-50％为佳。
实施例5：
在专用设备中，先将纳米级氧化钽与相容剂(如马来酸酐、甲基三甲氧基硅烷等，重量比1％—3％，含量较小，对介电常数的影响可忽略不计)结合以提升氧化钽与聚丙烯的相容结合性。在生产聚丙烯塑料时，在240℃—260℃将聚丙烯熔融，通过专用装置将70％体积比的纳米级氧化钽均匀加入聚丙烯熔融料中，使氧化钽完全均匀混入聚丙烯熔融物中，最后挤出形成直径约1—2.5mm、长度约1—5mm的复合介质氧化钽聚丙烯塑料粒子。复合介质氧化钽聚丙烯塑料粒子的介电常数根据公式可计算得出为13.05,为复合前聚丙烯介电常数的5.93倍。复合介质氧化钽聚丙烯塑料粒子通过专用设备(如拉膜机)进行熔融及双向拉伸可制成约1μm—200μm厚度均匀的复合介质氧化钽聚丙烯塑料薄膜。采用该材料制成电容器用金属化薄膜卷绕电容器芯子，具体产品体积减小效果以下例说明：
电容器芯子容量：200μF，金属化膜规格：3μm*50mm，膜料留边宽度为1.5mm，芯轴直径为30mm，膜料错边1mm，采用无感式卷绕制成压扁芯子。经计算电容器芯子尺寸及体积：
复合介质氧化钽聚丙烯金属化膜：芯子尺寸为51mm*6.85mm*53.95mm，体积18337.4mm3
采用复合介质氧化钽聚丙烯金属化膜卷绕制成的芯子的体积为采用聚丙烯金属化膜卷绕制成的芯子的体积的18337.4/104204.8*100％＝17.6％。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。