专利名称：耐热性电容器用聚酯膜、其金属化膜和用该膜的耐热性薄膜电容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及适合耐热性电容器用的聚酯薄膜，更详细地说，是涉及高温下绝缘体积电阻且绝缘破坏电压优良的耐热性电容器用聚酯薄膜和金属化薄膜及使用这种薄膜在高温下带电寿命长的耐热性薄膜电容器。
背景技术：
过去，以双轴取向聚酯薄膜为介电层，在其表面形成金属蒸镀层为电极的电容器至今仍在广泛使用。而近年，为了扩大电容器的使用温度范围，公开了在作为主成分的聚酯中掺混不同种类的聚酯或聚碳酸酯，使使用温度范围提高到高温方面的技术。例如，特公开7-21070号公报公开了使用多种聚酯的掺混物组成的薄膜所制造的耐热性优良的电容器用薄膜。
另外，聚酯薄膜用作电容器的介电体时，通常由于做成小型的形状，故与金属箔一起卷绕或制成预先在聚酯薄膜表面设置金属层的金属化薄膜再卷绕，或者用叠层方法制成元件后，进行冲压、电极加工、树脂封堵、包封，为了电气特性(主要是静电容量)的稳定化，一般是在一定温度下进行热处理。
这样，聚酯薄膜用作电容器的介电体时，一直到电容器的制成，聚酯薄膜要经受各种各样的热应力和机械应力。其结果是所制得的电容器有时从作为聚酯薄膜坯料所具有的绝缘电阻和绝缘破坏电压等方面看，要比所期待的电容器特性低。另外，如果聚酯薄膜自身的性能差，则电容器特性降低是必然的。又，制成的电容器实际上是组装到机器上，从机器的安全性方面考虑，在使用环境下使用中发生功能下降或破坏时(带电寿命短)将成为一大问题。
对这样的课题，一直以来研究薄膜强度、伸长率、表面粗糙度或电容器加工时的冲压条件、热处理条件等，偿试加以改善，例如，特开昭53-64753号公报公开了规定纵向强度和薄膜表面的突起数的优良的电容器用聚酯薄膜。
然而，过去的聚酯薄膜，其玻璃化转变温度在100℃左右，电容器使用这种聚酯薄膜为介电体时，在90℃以上的温度条件下，绝缘破坏电压降低很大，容易引起电容器的破坏，故在薄膜的基本性能方面，存在其使用温度范围被限制在90℃以下的缺点。此外，可看到在前述现有技术中显示的由几种聚酯的掺混物制造的薄膜其耐热性提高，但由于酯交换反应，导致结晶性降低、尺寸稳定性降低，或存在缺乏制膜稳定性的问题，很难实用化，并且绝缘破坏电压等特性不好。
本发明的目的是改进过去的聚酯薄膜的缺点，提供在90℃以上的高温条件下，也具有优异的电特性(绝缘体积电阻、绝缘破坏电压等)的耐热性电容器用聚酯薄膜、其金属化薄膜及使用该薄膜在高温下带电寿命长的耐热性薄膜电容器。
发明的公开本发明是潜心研究解决上述课题所发现的结果，本发明的要点是具有如下特征的耐热性电容器用聚酯薄膜该薄膜是含有聚酯(A)和聚酰亚胺(B)的双轴取向聚酯薄膜，该双轴取向薄膜的玻璃化转变温度为105℃以上、145℃以下，该薄膜的纵向断裂伸长率为70％以上、150％以下。
另外，本发明的耐热性电容器用聚酯薄膜，其理想的形态包括表面粗糙度(Ra)为10nm以上、140nm以下；聚酯(A)是以对苯二甲酸乙二醇酯为主成分的聚酯，聚酰亚胺(B)是聚醚酰亚胺；双轴取向聚酯薄膜的介电损耗(tanδ)的起始温度为85℃以上、120℃以下；双轴取向聚酯薄膜在125℃的绝缘体积电阻(IR)为1.0×1014Ω·cm以上、5.0×1016Ω·cm以下；聚酰亚胺(B)的含有率为双轴取向聚酯薄膜总重的5～30重量％；以及经过150℃、30分钟的双轴取向聚酯薄膜的纵向热收缩率在2.5％以下。
此外，本发明的耐热性电容器用金属化薄膜是至少在上述耐热性电容器用聚酯薄膜的一面形成由蒸镀等制成的金属层，进一步地，本发明的耐热性薄膜电容器是使用这样的耐热性电容器用金属化薄膜构成的。
实施发明的最佳方案本发明的耐热性电容器用聚酯薄膜采用聚酯(A)和聚酰亚胺(B)构成。
所谓构成本发明的耐热性电容器用聚酯薄膜的聚酯(A)是以芳香族二羧酸、脂环族二羧酸或脂肪族二羧酸和二醇为主构成成分的聚酯。作为芳香族二羧酸成分，例如可使用对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、1，4-萘二羧酸、1，5-萘二羧酸、2，6-萘二羧酸、二苯甲酮二羧酸、4，4’-二苯基二羧酸、3，3’-二苯基二羧酸、4，4’-二苯醚二羧酸、4，4’-二苯砜二羧酸等，其中，最好是使用对苯二甲酸、2，6-萘二羧酸。作为脂环族二羧酸成分，例如可用六氢化对苯二甲酸，1，3-金刚烷二羧酸、环己烷二羧酸等。作为脂肪族二羧酸成分，例如可用己二酸，琥珀酸、壬二酸、辛二酸、癸二酸、十四烷二酸等。这些酸的成分可只用1种，也可2种以上并用，还可以将羟基乙氧基安息香酸等羟基羧酸等进行部分共聚。而作为二醇成分，例如可用氯氢醌、甲氢醌、4，4’-二羟基联苯、4，4’-二羟基二苯砜、4，4’-二羟基二苯硫醚、4，4’-二羟基二苯甲酮、对二甲苯二醇等芳香族二醇，乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、新戊二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，2-环己烷二甲醇、1，3-环己烷二甲醇、1，4-环己烷二甲醇、二乙二醇、三乙二醇、聚亚烷基二醇、2，2’-二(4’-β-羟基乙氧基苯基)丙烷等，其中，较好的情况是用乙二醇，1，4-丁二醇、1，4-环己烷二甲醇、二乙二醇，最好是用乙二醇等。这些二醇的成分可只用1种，也可2种以上并用。另外，在聚合物实质上为线形的范围内，还可以将偏苯三酸、均苯四甲酸、丙三醇、季戊四醇、2，4-二羟基安息香酸、月桂醇、苯胩等多单官能化合物等其他化合物共聚成本发明的聚酯。除了乙二醇成分外，只要是不损本发明的目的，还可以使少量对-羟基安息香酸、间-羟基安息香酸、2，6-羟基萘酸等芳香族羟基羧酸及对-氨基苯酚、对-氨基安息香酸等进行共聚。
在本发明中，从有利于本发明的效果的观点看，较好的情况是以对苯二甲酸乙二醇酯单元或2，6-萘二甲酸乙二醇酯为主成分的聚酯，从本发明的效果显现的观点看，最好是使用以对苯二甲酸乙二醇酯单元为主成分的聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及以聚对苯二甲酸乙二醇酯为主成分的共聚物和改性物。在此，所谓以对苯二甲酸乙二醇酯单元为主成分的聚酯是至少含有70mol％以上的对苯二甲酸乙二醇酯单元的聚酯。作为酸成分也可以将对苯二甲酸以外的少量其他酸成分共聚。另外，也可以加入乙二醇以外的其他二醇成分为共聚成分。作为对苯二甲酸以外的酸成分，可列举间苯二甲酸、萘二羧酸、己二酸、癸二酸等。另外，作为乙二醇以外的二醇成分，最好是三亚甲基二醇、二乙二醇、1，4-丁二醇、环己烷二甲醇等。本发明用的聚酯(A)的原料的特性粘度，从与所配合的聚酰亚胺(B)的熔融混炼性、制膜性、熔融热稳定性的观点看，较好的情况是0.55～2.0dl/g，更好的情况是0.6～1.4dl/g，最好是0.65～1.0dl/g。
本发明所说的聚酰亚胺(B)是含环状酰亚胺基的熔融成型性的聚合物，只要是可用于本发明目的的聚合物就不特别限定，但最好是含有作为重复单元的脂肪族、脂环族或芳香族的醚单元和环状酰亚胺基的聚醚酰亚胺。例如，可列举美国专利第4141927号说明书、专利第2622678号、专利第2606912号、专利第2606914号、专利第2596565号、专利第2596566号、专利第2598478号各公报中所记载的聚醚酰亚胺，美国专利第2598536号、专利第2599171号各公报、特开平9-48852公报、美国专利第2565556号、专利第2564636号、专利第2564637号、专利第2563548号、专利第2563547号、专利第2558341号、专利第2558339号、专利第2834580号各公报中所记载的聚合物等。
另外，只要是不妨碍本发明效果的范围，则聚酰亚胺(B)的主链上还可以含有环状酰亚胺、醚单元以外的结构单元，例如，芳香族、脂肪族、脂环族酯单元、氧羰基单元等。
另外，只要是不妨碍本发明效果的范围，则聚醚酰亚胺的主链上还可以含有环状酰亚胺、醚单元以外的结构单元，例如，芳香族、脂肪族、脂环族酯单元、氧羰基单元等。
作为在本发明中可理想使用的聚醚酰亚胺的具体实例，可列举用下述一般式所示的聚合物。 (上述式中R1是具有C6～C30的二价芳香族或脂肪族残基；R2是具有C6～C30的二价芳香族残基、具有C2～C20的亚烷基、具有C2～C20的环亚烷基及从用具有C2～C8的亚烷基进行链终止的聚二有机基硅氧烷组成的群中选出的2价的有机基。)作为上述R1、R2，例如可列举下述式群所表示的芳香族残基。 在本发明中，从与聚酯(A)的相溶性、成本、熔融成型性等的观点考虑，最好是具有下述式所表示的结构单元的2，2-双[4-(2，3-二羧基苯氧基]苯基]丙烷二酐与间苯二胺，或与对-苯二胺的缩聚物。该聚醚酰亚胺的商品名为“ultem(ウルテム)”(注册商标)，可从GE塑料公司(ジ-イ-プラスチツク社)得到。 或 在本发明中，从与聚酯(A)的相溶性、成本、熔融成型性的观点考虑，较好的情况是玻璃化转变温度为350℃以下，最好是250℃以下的聚醚酰亚胺，从与聚酯(A)的相容性、成本、熔融成型性的观点考虑最好是2，2-双[4-(2，3-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐与间-苯二胺或对-苯二胺的缩聚物。众所周知，该聚醚酰亚胺是GE塑料公司制造的，以Ultem1000或5000系列这一商标名而闻名。
本发明的聚酯薄膜是含有聚酯(A)和聚酰亚胺的双轴取向聚酯薄膜。双轴取向的程度可通过将含聚酯(A)和聚酰亚胺(B)的未拉伸薄膜在纵向及横向上拉伸一次或2次以上适宜地调节。
在本发明中，为达到本发明的目的，双轴取向聚酯薄膜的玻璃化转变温度必须在105℃以上、145℃以下。这是因为当玻璃化转变温度低于105℃时，不能得到作为本发明目的的薄膜电容器在高温下的良好带电寿命；反之，当玻璃化转变温度超过145℃时，则制膜性差，经常发生薄膜破裂，或者薄膜在高温下的绝缘破坏电压变小。从制膜性、高温下的带电寿命性的观点来看，本发明的双轴取向聚酯薄膜的玻璃化转变温度在115℃以上、140℃以下更好，最好是120℃以上、135℃以下。
在本发明中，双轴取向聚酯薄膜的纵向断裂伸长率必须在70％以上、150％以下。较好的纵向断裂伸长率是80％以上、150％以下，90％以上、140％以下更好，最好是100％以上、130％以下。纵向断裂伸长率在本发明的范围以外时，不仅绝缘破坏电压降低，而且带电寿命短，不能得到作为本发明目的的效果。另外，用蒸镀等对薄膜表面进行金属化加工时，或为了制作电容器，将金属化薄膜层合时等，因为容易产生薄膜的切断、破损或薄膜伸长等故障，所以是不理想的。
本发明的双轴取向聚酯薄膜的表面粗糙度(Ra)在10nm以上、140nm以下，这在达到保持本发明的聚酯薄膜所具有的优异特性，获得高温下带电寿命长的耐热性薄膜电容器这一本发明目的方面，是理想的。表面粗糙度低于10nm时，容易促进作为电容器介电体的聚酯薄膜的部分劣化，带电寿命容易缩短。又，表面粗糙度超过140nm时，制成的电容器的绝缘破坏电压容易降低，难以得到性能好的电容器。本发明的双轴取向聚酯薄膜的表面粗糙度在20nm以上、120nm以下较好，在30nm以上、100nm以下更好，在35nm以上、85nm以下最好。
从薄膜的滑爽性及产率、电容器加工性的观点来考虑，本发明聚酯薄膜的10点平均粗糙度(Rt)在900nm以上、2000nm以下较理想，最好是在1200nm以上、1800nm以下。又，从绝缘缺陷所导致的性能降低的观点来看，50μm以上的粗大粒子在15个/m2以下较好，在5个/m2以下更好。
在本发明中，从高温下的绝缘体积电阻、绝缘破坏电压等电特性、带电寿命的观点来看，在双轴取向聚酯薄膜中的前述聚酰亚胺(B)的含量为5～30重量％较好，为8～25重量％更好、最好是10～20重量％。为了使聚酯(A)和聚酰亚胺(B)在挤压机中混炼彼此相溶，改进聚酯(A)的电特性，聚酰亚胺(B)的含量在5重量％以上为好。又，从对在熔融挤压过程中所得的薄膜施行双轴取向和热处理，给予薄膜取向，提高作为电容器时的在高温下的带电寿命的观点考虑，聚酰亚胺(B)的含量在30重量％以下为宜。
本发明的双轴取向聚酯薄膜的介电损耗(tanδ)的起始温度在85℃以上、120℃以下为好，在90℃以上、110℃以下更好，在95℃以上、100℃以下最好。介电损耗(tanδ)的起始温度低于85℃时，在高的使用环境温度下的带电寿命具有降低的倾向。又，介电损耗(tanδ)的起始温度超过120℃时，容易引起作为介电体的聚酯薄膜的绝缘破坏电压降低，结果在高的使用环境温度下的带电寿命具有降低的倾向。
另外，本发明的双轴取向聚酯薄膜在125℃的绝缘体积电阻(IR)在1.0×1014Ω·cm以上、5.0×1016Ω·cm以下为好，在5.0×1014Ω·cm以上、1.0×1016Ω·cm以下更好，在8.0×1014Ω·cm以上、8.0×1015Ω·cm以下最好。由于在低于1.0×1014Ω·cm时，要改进使用本发明的双轴取向聚酯薄膜作为介电体的薄膜电容器在高的使用环境温度下的绝缘破坏电压很困难，所以必须注意。又，在125℃时的绝缘电阻超过5.0×1016Ω·cm时，制膜性易变差，还存在在高的使用环境温度下的带电寿命降低的倾向。
在本发明中，双轴取向聚酯薄膜在150℃、30分钟时的纵向热收缩率在2.5％以下为好，在2.0％以下更好，在1.5％以下最好。当150℃的热收缩率大于2.5％时，由于在蒸镀金属的过程中热收缩变大，产生皱纹，合格率降低，或者作为电容器存在使用时的电特性恶化的倾向，所以应当注意。
从薄膜的表面缺陷、薄膜中粗大粒子的减少、薄膜的热收缩率降低及制膜性的观点来考虑，本发明的双轴取向聚酯薄膜的特性粘度(IV)在0.56dl/g以上、1.5dl/g以下为好，更好的薄膜特性粘度是0.61～0.8dl/g的范围，最好是0.62～0.70dl/g的范围。特性粘度低于0.55dl/g的薄膜在制膜时容易引起薄膜破裂，难以稳定地制膜。特性粘度大于1.5dl/g时，薄膜的热收缩率易增大。
从本发明的效果显现的观点看，本发明的薄膜的厚度方向的折射率在1.470以上、1.540以下为好，更好的厚度方向的折射率是1.490～1.540，最好是1.490～1.530。
本发明的双轴取向薄膜的纵向杨氏模量(YMD)和横向杨氏模量(YTD)之和(YMD+YTD)在8～15GPa的范围为好，在9～13GPa更好，在10～12GPa最好。杨氏模量之和低于8GPa时，不仅本发明的薄膜的断裂伸长率容易变大，而且绝缘破坏电压等电特性容易劣化。又，杨氏模量之和大于15GPa时，薄膜的热收缩率变大、同时薄膜容易撕裂。
为了改变本发明的耐热性电容器用聚酯薄膜的表面粗糙度，向含有以对苯二甲酸乙二醇酯单元为主成分的聚酯和聚酰亚胺的树脂中添加无机粒子和有机粒子等为宜。这些添加粒子的粒径、配合量、形状等可根据作为目的的表面粗糙度适当地选择。顺便说一下，作为平均粒子粒径在0.05μm以上、3μm以下为好，作为添加量在0.01重量％以上、3重量％以下为好。另外，使用的添加粒子可以是1种平均粒子粒径，但最好是2种以上平均粒子粒径不同的粒子组合后再添加。
作为无机粒子的具体例，可以使用氧化硅、氧化铝、氧化钛等氧化物，高岭土、滑石、蒙脱石等复合氧化物，碳酸钙、碳酸钡等碳酸盐，硫酸钙、硫酸钡等硫酸盐，钛酸钡、钛酸钾等钛酸盐，磷酸钙等磷酸盐等。但并不限于这些。氧化硅可以是圆球状也可以是多孔质。
另外，作为有机粒子的具体例，可以使用聚苯乙烯或交联聚苯乙烯粒子、苯乙烯-丙烯酸系及丙烯酸系交联粒子、苯乙烯-甲基丙烯酸系交联粒子等乙烯基系粒子，苯胍胺-甲醛、聚硅氧烷、聚四氟乙烯等粒子，但并不限定于这些，如果构成粒子的部分中至少一部分对于聚酯是不溶的有机高分子微细粒子，则任何粒子都可以。
除了为形成薄膜表面的突起的上述无机粒子和有机粒子以外，只要是不损害本发明效果的程度的少量用量，则可以向本发明的耐热性电容器用聚酯薄膜添加其他各种添加剂，例如，氧化防止剂、热稳定剂及结晶成核剂等。
构成本发明的介电体的双轴取向聚酯薄膜的厚度不特别地限定，但在0.5μm～15μm的范围为宜。本发明公开的薄膜在可特别有效使用的卷绕型耐热性薄膜电容器用途方面，其薄膜厚度在1.5～10μm最好，在条带状耐热性薄膜层合电容器用途方面，其薄膜厚度在0.5～3μm最好。
卷绕型或带状型等本发明的耐热性薄膜电容器可用公知的方法制造。导电体可以是将金属做成箔状体的金属箔或在上述介电体(耐热性电容器用聚酯薄膜)上采用真空蒸镀、溅射法等方法形成金属的金属薄膜的任何一种。
作为构成导电体的金属可列举铝、锌、锡、钛、镍或它们的合金等，但并不限于这些。另外，本发明的电容器的形状可任意，可以是通常具有引线的类型或没有引线直接钎焊焊接在基板表面上的类型(所谓片型电容器)的任何一种。另外，本发明的电容器也可以拓展到交流或直流的任一种用途上，可有效用作需要长期耐用性的汽车、转换开关照明、通信机器领域的各种电容器。
其次，列举作为聚酯(A)使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，作为聚酰亚胺(B)使用GE塑料公司制造的“Ultem”的情况，对本发明的耐热性电容器用聚酯薄膜的理想制造方法予以说明。但本发明当然不限定于下述的制造方法。
首先，在钙、镁、锂、锰元素等金属催化剂化合物存在的情况下，在130～260℃下，将对苯二甲酸为主成分的羧酸或其烷基酯与以乙二醇为主成分的二醇进行酯化或酯交换反应。然后，添加锑、锗、钛元素组成的催化剂化合物和磷化合物，在高真空、220～300℃的温度下进行缩聚反应。作为上述磷化合物的种类，有亚磷酸、磷酸、磷酸三酯、膦酸、膦酸酯等。但并不特别限定，还可以将2种以上的这些磷化合物并用。上述催化剂化合物的添加量不特别限定。但使所含的钙、镁、锂、锰等催化剂金属化合物与磷化合物的比满足下述公式对提高薄膜的绝缘体积电阻是较为理想的0.3≤(M/P)≤1.8(式中，M是薄膜中钙、镁、锂、锰等催化剂金属元素的总摩尔数，P是薄膜中的磷元素的摩尔数)另外，在从酯化或酯交换到缩聚的任意的阶段中，根据需要添加氧化防止剂、热稳定剂、润滑剂、紫外线吸收剂、成核剂、形成表面突起用无机和有机粒子。
在本发明中，从介电损耗的起始温度改良和绝缘破坏电压的观点看，理想情况是将聚酯(A)和聚酰亚胺(B)一起投入到双螺杆混炼挤压机中，预制成聚酯(A)/聚酰亚胺(B)的重量比率为40/60～60/40的掺混原料，再将该掺混原料和聚酯(A)及根据需要与它们的回收原料一起投入到挤压机，降低聚酰亚胺(B)的重量比率，制成目的组成的薄膜。原因是这样一来，当预先制成高浓度地添加了聚酰亚胺(B)的掺混料，然后用聚酯(A)稀释而使用时，可使薄膜中的聚酰亚胺(B)树脂与PET相溶化(聚合物的分散领域尺寸约为10nm以下)，容易得到成本低的优质电容器用双轴取向聚酯薄膜。
上述理想的制造方法的具体条件如下首先，将PET切片(A)和“Ultem”1010切片(B)按一定的比例混合，然后向加热到270～300℃的排气式双螺杆混炼挤压机供给，进行熔融混炼得到掺混切片。此时的排气式双螺杆挤压机为了经过由PET所致的“Ultem”可塑化混合、“Ultem”的均匀微分散，进行PET与“Ultem”的纳米级混合，装备双孔排气式3段挤压型螺杆为好，此时的剪切速度为100～300秒-1、停留时间为3～10分的范围为好。
然后，为使“Ultem”1010成分为所定的含量(重量％)，将通过上述造粒得到的由PET和“Ultem”1010构成的掺混切片、稀释用PET切片及根据需要制膜后的回收原料适量配合，在180℃下真空干燥3小时以上。然后将其加到挤压机中，在270～320℃进行熔融挤压，通过过滤器后，从T型模喷出片状材料，使该片状物密合在表面温度20～70℃的冷却辊上进行冷却固化，得到实质上无取向状态的未拉伸聚酯薄膜。
此后，将该未拉伸聚酯薄膜进行双轴拉伸使之取向。作为拉伸的方法可以采用逐步双轴拉伸或同时双轴拉伸法。
双轴拉伸的条件不特别地限定，可采用一次或二次以上的多次，按3.0～6.0的倍率在薄膜的纵向和横向上进行拉伸。拉伸温度只要是90～180℃的范围就可，理想情况是在未拉伸聚酯薄膜的玻璃化转变温度(Tg)～(Tg+40)℃的范围内在纵向和横向上进行双轴拉伸。还可根据需要进行再拉伸。也取决于拉伸的方式、温度，但从使薄膜的断裂伸长率在本发明公开的特定范围内，获得本发明的薄膜的观点看，拉伸倍率在纵向、横向均设定为3～4倍左右为宜。在拉伸4倍以上时，应该注意避免过度提高取向。另外，拉伸后的热处理在210℃以上、聚酯(A)的熔点以下的温度，最好是在210～245℃下热处理1～30秒钟。进一步地，在热处理时或/和热处理后冷却薄膜的阶段，在横向或/和纵向上施加1～9％的松弛处理，对获得本发明的耐热性电容器用聚酯薄膜有效。在本发明中最好是在50～120℃的温度条件下，将制膜的薄膜进行5分～500小时的老化处理。
以下，说明有关本发明的这种耐热性薄膜电容器的制造方法。
因为使用将金属薄膜作为导电体的金属化薄膜的方法容易得到本发明的效果，故理想情况是将如上述所得的耐热性电容器用聚酯薄膜作为介电体，将金属箔或金属薄膜作为导电体，制成耐热性电容器用金属化薄膜，将这种薄膜做成平板状或卷绕成圆筒状制得电容器元件。此时，作为金属薄膜的形成法可使用众所周知的蒸镀法、溅射法等，特别是使用介电体聚酯薄膜厚度为0.8～8μm、蒸镀膜厚为50～200_、或金属膜的表面电阻值为0.5～5Ω/cm的蒸镀金属化薄膜制成电容器在得到本发明的效果方面较理想。
然后，按照通常的方法，将这样制得的电容器元件进行模压、端面密封、安装引线、根据需要电压处理、热处理等而制成电容器。在此，从抑制部分损伤导致的带电寿命降低的观点看，制作元件时的模压是在温度为120～180℃模压力为20～100kg/cm2的条件下处理1～30分钟较理想。更好的模压条件是120～145℃、模压力20～60kg/cm2、处理时间1～8分钟。
在本发明中，也可对上述耐热性电容器用聚酯薄膜施行公知的电晕放电处理，为了赋予粘接性、热封性、耐湿性、润滑性和表面平滑性等也可使用将多种聚合物层合的构成或用有机或/和无机组成物被覆的构成。另外，还可以使本发明的电容器浸渍绝缘油等，用作所谓的油浸电容器。
物理性能值的测定方法及效果的评价方法如下(1)特性粘度使用了由在邻氯酚中，25℃下测定的溶液粘度，用下式计算的值。即ηsp/C＝[η]+K[η]2·C式中，ηsp＝(溶液粘度/溶剂粘度)-1，C是每100ml溶剂的溶解聚合物的重量(g/100ml，通常为1.2)，K是赫金(Huggins)常数(为0.343)。另外，溶液粘度、溶剂粘度使用奥氏(Ostwald)粘度计测定。单位用[dl/g]表示，(2)玻璃化转变温度用假等温法在下述装置和条件下进行比热测定。根据JIS K 7121决定测量结果。
装置TA Instrument公司制温度调制DSC。
测定条件加热温度270～570K(RCS冷却法)温度校正高纯度铟和锡的熔点温度调制振幅±1K温度调制周期60秒升温梯级5K试料重量5mg试料容器铝制开放型容器(22mg)参照容器铝制开放型容器(18mg)(3)表面粗糙度(Ra、Rt)使用(株)小坂研究所制的高精度薄膜厚薄测量仪ET-10进行测定，按照JIS-B-0601求出中心线平均表面粗糙度(Ra、Rt)，触针尖端半径为0.5μm，针压为5mg，测定长度为1mm，间距为0.08mm。
(4)介电损耗(tanδ)的起始温度对在薄膜两面施行了金属蒸镀的金属化薄膜用60Hz的频率测定温度特性，将tanδ的起始斜率的外推线与自常温的升温过程的基线的交点温度作为起始温度。
测定装置TA Instrument公司制2970型介电常数分析装置(DEA)测定面积254.38mm2电极压力200N升温速度2℃/min
(5)绝缘电阻(IR)按照IJS-C-2318进行测定。详细地说，是在薄膜的两面蒸镀铝制成直径50mm的圆形电极，将蒸镀样品放置在可加热的烘箱中黄铜制的电极板之间，通过导线施加电压，在下述条件下测量薄膜的绝缘电阻。
烘箱温度125℃加电压250V测定器东亚电波工业(株)制超绝缘计“SM-8210”由测定的电阻值(A)，按下式算出绝缘电阻(IR)。
绝缘电阻(Ω·cm)＝19.6×A/t式中，19.6是电极面积(cm2)，A是读取的电阻值(Ω)，t是薄膜厚度(cm)。
(6)断裂伸长率按照ASTM-D882规定的方法，用Instron型拉伸试验机，对薄膜的纵向进行测定。测定条件如下测定装置Orientec(株)制的薄膜强度拉伸自动测定装置“Tensilon AMF/RTA-100”试料尺寸宽10mm×试料长100mm拉伸速度200mm/min测定环境温度23℃、湿度65％RH(7)热收缩率按照JIS C2318，用下述的条件，对薄膜的纵向进行测定。
试料尺寸宽10mm，标线间隔200mm。
测定条件1温度150℃、处理时间30分钟、无载荷状态。
收缩率由下式求出。
热收缩率(％)＝[(L0-L)/L0]×100L0加热处理前的标线间隔L加热处理后的标线间隔(8)折射率折射率按照JIS K 7105规定的方法，以钠D线为光源，使用Atago(株)制的阿贝(Abbe)折射率计4型进行测定。再者，固定液使用二磺甲烷，在23℃、65％RH的条件下进行测定。
(9)绝缘破坏电压(DC-BDV)按照JIS-C-2110规定的方法，在125℃的条件下进行测定。阴极使用厚100μm、10cm见方的铝箔电极，阳极使用直径25mm、重500g的黄铜制电极。在两极间夹入薄膜，使用春日制高电压直流电源，以100V/秒速度升压，当电流为10mA以上时，判断为绝缘破坏的电压。将进行30次这种测定所得的值的平均值作为薄膜的绝缘破坏电压。
(10)薄膜电容器特性[电容器的制作]在聚酯薄膜的一面进行真空蒸镀铝，以使表面电阻值为2Ω/cm。此时，蒸镀成纵向走向的具有边缘部的带状(蒸镀部分的宽度为58mm，边缘部分的宽度为2mm的重复)。然后，在各蒸镀部分的中央和各边缘部分的中央置入刀具进行分割，制成左边或右边具有1mm的边缘的总宽30mm的带状卷绕卷轴。
将所得卷轴的左边缘和右边缘的部分一片一片地重叠卷绕，制成静电容量1.5μF的电容器元件。作为电容器的外包装，将另外的12μm的PET薄膜在外周卷绕3圈。把该电容器元件在130℃、30kg/cm2的温度、压力下模压5分钟。在其两端面喷镀金属制成外部电极，在喷镀金属上焊接导线。用直流150V/μm的电压(按薄膜厚度换算)，对该电容器进行1次30秒钟的带电处理，进步地，使外加到2根导线的电极的正负反转再进行1次，确认所制得的电容器的静电容量在±10％以内，绝缘电阻为10000MΩ以上，剔除该规格以外的作为评价用电容器。
将上述电容器在125℃的烘箱中放置24小时后，以100V/秒的升压速度外加电压，电容器绝缘破坏，将5mA以上的电流流过时的电压为绝缘破坏电压。在本发明中，示出30个电容器的绝缘破坏电压值的平均值。再者，电容器的容量大、只以充电电流流过5mA以上的电流时，把该电流值设定成可分离充电电流和绝缘破坏电流的适当的值。
在下述条件下将30个电容器放置于烘箱中，在各电容器上装上在破坏时停止带电电压的开关，与直流电源发生器并联连接，连续外加电压，把残存率为80％以下(6个破坏时)的时间定为带电寿命。
(条件1)温度125℃、电压90V/μm(条件2)温度150℃、电压50V/μm实施例以下基于实施例和比较例说明本发明。
实施例1～9、比较例1～2使用100重量份对苯二甲酸二甲酯，0.10重量份醋酸钙催化剂，按照常规方法进行酯交换反应，向其生成物中添加0.03重量份的三氧化锑、0.15重量份的膦酸三甲酯、0.02重量份的亚磷酸，按照常规方法进行缩聚，得到特性粘度为0.65的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)切片。
其次，将在此得到的特性粘度为0.65的50重量份的PET和50重量份的GE塑料公司制的聚醚酰亚胺“Ultem”1010在150℃下除温干燥5小时后，向加热到320～290℃(在螺杆区、挤压头部分设定温度梯度)的具有三螺纹型螺杆的双螺杆(PET和PEI混炼可塑化区/Dulmage混炼区(带刮板混合头挤压螺杆)/通过反式螺纹Dulmage螺杆而形成的微分散相熔化区)的排气式双螺杆挤压机(L/D＝40)供给，停留3分钟熔融挤压，得到含有50重量％的“Ultem”的掺混切片。排气孔的真空度设为200Pa。
然后，将所得的掺混切片和前述特性粘度为0.65的PET切片及表1所示的含2重量％的无机粒子的母料切片(在前述PET聚合过程中添加的物质)混合成表1所示的含量(重量％)，在180℃下真空干燥3小时后，加到挤压机中，在280℃熔融挤压，通过纤维烧结不锈钢金属过滤器(8μm孔眼)后，从T型模喷出片状材料。利用静电外加法使该片材附着固化于表面温度为25℃的冷却辊上冷却，得到未拉伸聚酯薄膜。
接着，使用被加热的多个辊筒群构成的纵向拉伸机，在表1所示的条件下，将该未拉伸聚酯薄膜在纵向进行拉伸，接着，用夹具夹住该薄膜的两端部导入拉幅机，在表1所示的条件下，在横向上进行拉伸，其后，在235℃的温度下热处理3秒钟后，在该温度下在横向上松驰处理3％，然后，在150℃区再进行横向松驰处理2％后，缓冷到室温，得到厚3.5μm的双轴取向聚酯薄膜。
把所得的聚酯薄膜的特性粘度、表面粗糙度、厚度方向的折射率示于表1；把薄膜的玻璃化转变温度、tanδ的起始温度、纵向断裂伸长率、纵向的150℃的热收缩率、125℃的绝缘电阻、125℃的绝缘破坏电压示于表2。
另外，在本发明聚酯薄膜的一面真空蒸镀铝，以使表面电阻为2Ω/cm，制成本发明的耐热性电容器用金属化薄膜。再用该耐热性电容器用金属化薄膜制成耐热性薄膜电容器。将该耐热性薄膜电容器的125℃的绝缘破坏电压和带电寿命时间示于表2。
本发明的耐热性电容器用聚酯薄膜，因其玻璃化转变温度和纵向断裂伸长率在本发明的范围内，所以是125℃的绝缘破坏电压高、耐热性好的聚酯薄膜。另外，在本发明中用真空蒸镀机在薄膜的一面蒸镀铝，制成耐热性电容器用金属化薄膜，但这时没有薄膜的热损失和热拉伸。用所得的本发明的耐热性电容器用金属化薄膜制成的卷绕型薄膜电容器其125℃的绝缘破坏电压高，125℃的带电寿命时间长，耐热性好。比较例2是表示当聚醚酰亚胺(PEI)含量多时，则薄膜的玻璃化转变温度增高，但薄膜的拉伸性差、结果绝缘破坏电压降低，带电寿命也缩短的例子。对于实施例8、9，因为薄膜的表面粗糙度在本发明的理想范围之外，所以与实施例7比较，在得到金属化薄膜的蒸镀过程中，容易引起薄膜的热伸长或热损失的故障，并且，制成的电容器带电寿命也稍差。对于比较例3、4，由于薄膜的断裂伸长率在本发明的范围外，所以在得到金属化薄膜的蒸镀过程中，不仅产生薄膜的破裂和伸长，而且与实施例2相比，制成的电容器的带电寿命大幅度降低。
实施例10把用于实施例1的PEI和PET的掺混切片制作的PET切片在180℃的温度下进行热结晶化处理后，在温度230℃、真空度100Pa的条件下处理14小时(固相聚合)，制成特性粘度为0.85的PET切片，使用该PET切片制成与PEI的掺混切片，除表1所示的拉伸条件以外，依据实施例3制膜，得到厚3.5μm的双向取向聚酯薄膜。评价的结果如表1、2所示。玻璃化转变温度接近实施例3，但125℃的绝缘破坏电压好，进一步与实施例3的电容器比较，其带电寿命长。
实施例11，比较例5～7在醋酸锰的存在下，用通常的方法使2，6-萘二甲酸二甲酯与乙二醇进行酯交换后，添加膦酸三甲酯。此时调节添加量，使锰与磷的摩尔数共计为45ppm。然后，添加0.02重量％的三氧化锑，用通常方法进行缩聚，得到特性粘度为0.62的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)(熔融温度263℃)。
然后，在150℃下，把在此得到的50重量份特性粘度为0.62的PEN和50重量份GE塑料公司制的聚醚酰亚胺“Ultem”1010除湿干燥5小时后，向加热到330～300℃(在螺杆区、挤压头部分设定温度梯度)的装有三螺纹型螺杆的双螺杆(PEN与PET混炼可塑化区/Dulmage混炼区/通过反式螺纹Dulmage形成的微分散相熔化区)的排气式双螺杆挤压机(L/D＝40)供给，停留2分钟，熔融挤压，得到含50重量％的“Ultem”的掺混切片。此时排气孔的真空度为200Pa。
然后，将所得的掺混切片与前述特性粘度为0.62的PEN切片及表1所示的含2重量％的无机粒子的母料切片(在前述PEN聚合过程中添加的物质)混合成表1所示的含量(重量％)，在160℃真空干燥1小时，再在180℃真空干燥3小时后，加到挤压机中在290℃熔融挤压，通过纤维烧结不锈钢金属过滤器(8μm孔眼)后，从T型模喷出片状材料，利用静电外加法使该片材粘附固化于表面温度25℃的冷却辊上冷却，得到未拉伸PEN薄膜。
接着，用被加热的多辊组成的纵向拉伸机，利用辊筒的圆周速度差，在表1所示的条件下，将该未拉伸薄膜进行拉伸。然后用夹具夹住该薄膜的两端部分导入拉幅机，在表1所示的条件下，在薄膜的横向上进行拉伸，接着在235℃的温度下进行热处理3秒钟，然后在该温度下横向松驰处理3％，其后，再在150℃区在横向上进行松驰处理2％后，缓冷到室温，得到厚3.5μm的双轴取向聚酯薄膜。
将所得聚酯薄膜的特性粘度、表面粗糙度、厚度方向的折射率示于表1，将薄膜的玻璃化转变温度、tanδ的起始温度、纵向断裂伸长率、纵向150℃的热收缩率、125℃的绝缘电阻、125℃的绝缘破坏电压示于表2。
另外，对本发明的聚酯薄膜的一面进行真空蒸镀铝，使表面电阻值为2Ω/cm，制成本发明的耐热性电容器用金属化薄膜，再使用该耐热性电容器用金属化薄膜制成耐热性薄膜电容器。将该耐热性薄膜电容器的125℃的绝缘破坏电压及带电寿命时间示于表2。
与只由PEN构成的比较例5的薄膜相比，实施例11的耐热性电容器用聚酯薄膜是玻璃化转变温度高、带电寿命长、耐热性好的聚酯薄膜。比较例6、7的薄膜，因其断裂伸长率偏离本发明的范围，所以在获得金属化薄膜的蒸镀过程中容易产生薄膜的断裂、热损失，所得电容器的带电寿命也比实施例11的薄膜大幅度地降低。
实施例12、13在本实施例中示出使用“Ultem”以外的下述聚酰亚胺A、B制作的双轴取向聚酯薄膜的例子。
(1)聚酰亚胺A在氮气氛下，将200g异佛尔酮二异氰酸酯添加到3000ml的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中搅拌，然后，在室温下，向该溶液中添加196g均苯四甲酸酐后，慢慢升温。再在180℃下加热6个小时，至到不产生CO2停止加热。将该聚合物溶液在水中展开洗净后，干燥在此得到的聚合物。
(2)聚酰亚胺B在氮气流下，将147g(0.5mol)二苯基四羧酸二酐加到300g的N-甲基-2-吡咯烷酮中，向该溶液中滴加17.6g NMP中溶解有57g(0.5mol)反式-1，4-二氨基环己烷的溶液，在室温下搅拌2小时，再在50℃下搅拌4小时，得到聚酰胺酸溶液。将该溶液冷却后，加到500ml水中使聚合物析出。过滤析出的聚合物，在氮气中、250℃下热处理2小时，得到作为目的的聚酰亚胺。
除了用在此制得的聚酰亚胺A、B代替“Ultem”以外，用与实施例2一样的方法制膜，得到厚3.5μm的双轴取向聚酯薄膜。实施例12是添加10重量％的聚酰亚胺A的薄膜，实施例13是添加10重量％的聚酰亚胺B的薄膜。
将在此制得的双轴取向薄膜的特性粘度、表面粗糙度、厚度方向的折射率示于表1，把薄膜的玻璃化转变温度、tanδ的起始温度、纵向断裂伸长率、纵向的125℃的热收缩率、125℃的绝缘电阻、125℃的绝缘破坏电压示于表2。
另外，用与实施例2相同的方法制作耐热性电容器用金属化薄膜及耐热性薄膜电容器。将该耐热性薄膜电容器的125℃的绝缘破坏电压及带电寿命时间示于表2。
使用Ultem以外的聚酰亚胺制作的本实施例的薄膜，其玻璃化转变温度及断裂伸长率在本发明公开的范围内，当使用这些薄膜时，可得到具有高的绝缘破坏电压和长的带电寿命、耐热性好的薄膜电容器。
表1
表2 PEI＝聚醚酰亚胺粒子1＝干式二氧化硅、平均粒径；0.4μm粒子2＝湿式二氧化硅、平均粒径；1.1μm粒子3＝湿式二氧化硅、平均粒径；2.1μm
实施例14在本实施例中示出前述实施例2、3、11及比较例1、3、6在150℃下带电寿命的调查结果。
将评价结果示于表3，与前述125℃下的寿命试验相比，由于电位梯度下降，所以实施例的薄膜在2000个小时以上完全未产生破坏。另一方面，玻璃化转变温度或/和纵向断裂伸长率偏离本申请公开范围的比较例的薄膜，在早期产生破坏。
表3
产业上的利用可能性按照本发明可得到薄膜的玻璃化转变温度高、在高温下的绝缘破坏电压提高、耐热性好的电容器用聚酯薄膜。另外，本电容器用聚酯薄膜作成金属化薄膜，使用该耐热性电容器用金属化薄膜的电容器，在高温下的绝缘破坏电压好，并且带电寿命长，可广泛用于电容器领域，其工业价值极高。
权利要求
1.一种耐热性电容器用聚酯薄膜，它是以聚酯(A)为主成分的双轴取向薄膜，其特征是该薄膜中含有聚酰亚胺(B)，该薄膜的玻璃化转变温度为105℃以上、145℃以下，该薄膜的纵向断裂伸长率为70％以上、150％以下。
2.按照权利要求1所记载的耐热性电容器用聚酯薄膜，其特征是表面粗糙度(Ra)在10nm以上、140nm以下。
3.按照权利要求1所记载的耐热性电容器用聚酯薄膜，其特征是聚酯(A)是以对苯二甲酸乙二醇酯为主成分的聚酯。
4.按照权利要求1记载的耐热性电容器用聚酯薄膜，其特征是聚酰亚胺(B)是聚醚酰亚胺。
5.按照权利要求1所记载的耐热性电容器用聚酯薄膜，其特征是介电损耗(tanδ)的起始温度在85℃以上、120℃以下。
6.按照权利要求1所记载的耐热性电容器用聚酯薄膜，其特征是双轴取向聚酯薄膜在125℃的绝缘体积电阻(IR)在1.0×1014Ω·cm以上、5.0×1016Ω·cm以下。
7.按照权利要求1所记载的耐热性电容器用聚酯薄膜，其特征是聚酰亚胺(B)的含有率为双轴取向聚酯薄膜总重量的5～30重量％。
8.按照权利要求1所记载的耐热性电容器用聚酯薄膜，其特征是经过150℃、30分钟的双轴取向聚酯薄膜的纵向热收缩率在2.5％以下。
9.一种耐热性电容器用金属化薄膜，其特征是在权利要求1～8的任一项所记载的耐热性电容器用聚酯薄膜的至少一面上形成金属层。
10.一种耐热性薄膜电容器，其特征是使用权利要求9所记载的耐热性电容器用金属化薄膜。
全文摘要
一种耐热电容器用聚酯薄膜,该薄膜是以聚酯(a)为主成分的双轴取向薄膜,在该薄膜中含有聚酰亚胺(B),其玻璃化转为温度为105℃以上、145℃以下,薄膜的纵向断裂伸长率为70%以上、150%以下。该薄膜的玻璃化转变温度高,在高温下的绝缘体积电阻、绝缘破坏电压好,使用该薄膜可得到优良的耐热性电容器用金属化薄膜及耐热性薄膜电容器。
文档编号H01G4/20GK1366685SQ01801095
公开日2002年8月28日 申请日期2001年2月14日 优先权日2000年2月28日
发明者恒川哲也, 朝仓正芳, 山形哲也 申请人:东丽株式会社