一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式

本发明属于高分子材料先进制造，涉及到一种高性能介电薄膜的调控方式。

背景技术：

1、薄膜电容器由于其温度范围宽、使用寿命长且具有自愈性被广泛应用于电器、汽车、太阳能等新能源领域，且其尺寸通常占整个电子器件体积的50％以上，以此保持应用所需的电源，因此在保留薄膜电容器优点的同时，提升薄膜的介电性能尤为重要。干式直流电容器主要由蒸镀电极的聚丙烯薄膜交叠卷绕而成，其性能极大地依赖于介质薄膜的电学性能。然而国产聚丙烯薄膜(bopp)介电常数通常限制在2.25左右，介质损耗是进口产品的几倍甚至十几倍，击穿场强低100kv/mm左右，极大地限制了用电安全与行业发展。

2、目前，常见的介电薄膜改性方法包括制备无机/有机复合材料介电薄膜和多层介电薄膜。在针对以两种材料的多层膜介电薄膜的制备中，通常使用多层共挤出的方法制备，然而由于不同材料的熔融流动时熔体粘度不同，制备出的层厚不均匀、层数有限，且制备的薄膜性能不稳定、不可调控，影响薄膜的性能。

3、因此，本发明提供了一种更稳定、可调控、易实施的介电薄膜调控方式，解决了现有制备聚丙烯多层薄膜的问题。

技术实现思路

1、本发明提出一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，利用挤出加工的生产连续性，在不改变现有工业化加工方式下，设计特殊的调控流道制备多层薄膜，通过调控流道连接的节数来调控薄膜层数，对单一材料介电性能的提升提供了全新的方案，可极大提升聚丙烯薄膜的介电性能。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，设备由挤出机、过渡流道、调控流道、挤出口模、冷却装置和薄膜收卷装置组成，首先通过挤出机将物料在加工温度下挤出，经过挤出机出口的过渡流道和调控流道得到多层结构的熔体，熔体经挤出口模的狭缝口模后经冷却装置骤冷得到薄膜，最后经薄膜收卷装置收卷。可根据熔体流动粘度、挤出速度、收卷速度调整薄膜厚度以及总层数和单层厚度。

3、本发明一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，所述物料为超纯、等规聚丙烯。所述等规度不小于98％、灰分不大于20ppm。

4、本发明一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，所述挤出机可制备聚丙烯多层薄膜，挤出机后接过渡流道，过渡流道使得熔体的流动由挤出机圆柱形流动过渡至调控流道入口所需的长方形流道。过渡流道上设计凸起和凹槽以及螺丝孔，便于与前后连接紧密。

5、本发明一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，调控流道为入口、出口均为长方形形状及均分为n等份的通道，首先熔体在入口沿长边方向等间距分割为n层，每一层熔体顺时针扭转90°并延展，在出口汇合得到沿短边方向n层堆叠的熔体；再次经过调控流道，此时n层堆叠的熔体被下一调控流道入口分割为n份，熔体沿长边方向等间距分割为n份，此时每一份内含有短边方向堆叠的n层熔体，经过顺时针扭转90°后再延展汇合在一起，得到n2份熔体堆叠，以此类推,连接k个调控流道，最终得到薄膜的层数为nk,其中n≥4，k≥1。一般情况下n＜8，k＜8，n和k数额太大挤出机头压力太大，对延展作用也不利，易出现混合乱层，调控失败。

6、本发明一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，所述机筒最佳加热温度为200-210℃，所述调控流道及挤出口模最佳加热温度为200-220℃，温度低于200℃，物料粘度太大，物料在机筒超过210℃及在控流道及挤出口模超过220℃，物料太稀，不利于层叠。

7、本发明一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，所述冷却装置最佳冷却温度为5-15℃，产生骤冷的效果，目的是控制结晶及增大透明度，温度低于5℃，晶粒变化不显著，且冷却消耗能量大；温度高于15℃，晶粒太大，薄膜透明性不好。通过调节挤出速度以及收卷速度控制薄膜的厚度。

8、与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用挤出机挤出加工的生产连续性，在不改变现有工业化加工方式下，设计特殊的调控流道和连接的调控流道的数量来制备多层薄膜，极大地提升了单一材料薄膜的介电性能，且易实现产业化。在挤出机后接入过渡流道及若干个调控流道，再接入挤出口模，没有复杂的工艺变动，从根本上解决了不可调控、不稳定、工艺复杂的问题。

技术特征：

1.一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，其特征在于：设备由挤出机、过渡流道、调控流道、挤出口模、冷却装置和薄膜收卷装置组成，调控步骤如下：第一步物料挤出，使用挤出机塑化物料，挤出机后接过渡流道，过渡流道使得熔体的流动由挤出机圆柱形流道过渡至调控流道入口所需的长方形流道；第二步熔体分层，熔体经调控流道，将其先分为多层，然后扭转、延展、汇合在一起，再次分层、扭转、延展、汇合，以此往复得到多层熔体；第三步薄膜骤冷，口模处使用冷却装置骤冷得到薄膜；第四步牵引调厚，经薄膜收卷装置牵引拉伸，调节薄膜厚度；所述物料为等规度不小于98％、灰分不大于20ppm的等规聚丙烯；调控流道为入口、出口均为长方形形状及均分为n等份的通道，首先熔体在入口沿长边方向等间距分割为n层，每一层熔体顺时针扭转90°并延展，在出口汇合得到沿短边方向n层堆叠的熔体；再次经过调控流道，此时n层堆叠的熔体被下一调控流道入口分割为n份，熔体沿长边方向等间距分割为n份，此时每一份内含有短边方向堆叠的n层熔体，经过顺时针扭转90°后再延展汇合在一起，得到n2份熔体堆叠，以此类推,连接k个调控流道，最终得到薄膜的层数为nk,其中n≥4，k≥1。

2.根据权利要求1所述的一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，其特征在于：过渡流道上设计凸起和凹槽以及螺丝孔，便于与前后连接紧密。

3.根据权利要求1所述的一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，其特征在于：挤出机的机筒最佳加热温度为200-210℃，调控流道及挤出口模最佳加热温度为200-220℃。

4.根据权利要求1所述的一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，其特征在于：所述冷却装置最佳冷却温度为5-15℃，产生骤冷的效果。

5.根据权利要求1所述的一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，其特征在于：冷却装置使用冷风机骤冷。

技术总结
本发明公开一种干式直流电容器高性能介电薄膜的调控方式，设备由挤出机、过渡流道、调控流道、挤出口模、冷却装置和薄膜收卷装置组成，调控步骤如下：第一步物料挤出，使用挤出机塑化物料，挤出机后接过渡流道，过渡流道使得熔体的流道由挤出机圆柱形流道过渡至调控流道入口所需的长方形流道；第二步熔体分层，熔体经调控流道，将其先分为多层，然后扭转、延展、汇合在一起，再次分层、扭转、延展、汇合，以此往复得到多层熔体；第三步口模处使用冷却装置骤冷得到薄膜；第四步牵引调厚，经薄膜收卷装置牵引拉伸，调节薄膜厚度。本发明在挤出机后接入过渡流道及若干个调控流道，再接入挤出口模，解决了现有技术不可调控、不稳定、工艺复杂的问题。

技术研发人员：焦志伟,汪力,丁玉梅,何伟,杨卫民
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17