基于功能化接枝改性提升聚丙烯薄膜高温击穿性能的方法

1.本发明涉及电容器薄膜技术领域，特别是涉及基于功能化接枝改性提升聚丙烯薄膜高温击穿性能的方法。


背景技术：

2.金属化薄膜电容器是高压直流输电换流站、电动汽车等先进能源系统的核心器件，聚丙烯(pp)薄膜具有击穿场强高、介质损耗低、自愈性好等优点，是薄膜电容器中应用最广泛的介质材料。近年来，随着电力与电子装备朝着大容量、高功率、小型化方向快速发展，薄膜电容器运行温度不断升高，在高压直流输电换流站、电动汽车以及航天航空等应用领域中其工作温度均能达到100℃以上。然而聚丙烯薄膜的最高运行温度仅为85℃，传统聚丙烯介质已难以满足高温强场环境下电容器的需求。并且长期处于高温环境致使聚丙烯薄膜的击穿强度下降，电导损耗增加，导致聚丙烯薄膜电容器的性能下降，甚至发生鼓胀和爆炸事故，从而给整个系统带来巨大的安全隐患。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供基于功能化接枝改性提升聚丙烯薄膜高温击穿性能的方法，提升聚丙烯薄膜高温环境下的击穿性能，推进金属化薄膜电容器在高温环境下的正常应用。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种基于功能化接枝改性提升聚丙烯薄膜高温击穿性能的方法，包括以下步骤：
5.(1)将聚丙烯与接枝单体、引发剂充分混合后通过挤出机进行熔融反应挤出，制成改性聚丙烯块料混合物；
6.(2)将改性聚丙烯块料混合物进行热压形成聚丙烯混合物薄膜；
7.(3)聚丙烯混合物薄膜自然冷却定型后得到功能化接枝改性聚丙烯薄膜。
8.优选的，步骤(1)中，按重量百分比计光接枝单体添加量为0.01-0.1wt％，引发剂的添加量为0.01-0.04wt％，余量为聚丙烯。
9.优选的，接枝单体为二糠基硫醚，引发剂为过氧化二异丙苯。
10.优选的，步骤(1)中，混合温度为190℃，混合时间为10min。
11.优选的，步骤(2)中，热压温度为190℃，定型时间5min，压强为25mpa。
12.优选的，步骤(3)中，自然冷却至25℃，冷却时间为20min。
13.本发明的有益效果：
14.本发明将一定含量的接枝单体二糠基硫醚(fs)和引发剂过氧化二异丙苯(dcp)与聚丙烯混合，通过熔融反应法制备功能化接枝聚丙烯。引发剂引发聚丙烯自由基聚合反应接枝呋喃基官能团，改善非晶区特性进而减少高温载流子数目与自由体积，同时在聚丙烯内部形成深陷阱，增强对载流子的捕获能力，抑制载流子的迁移，达到从两方面协同提升聚丙烯高温绝缘性能的目的。并且通过对接枝单体和引发剂添加量的控制，避免添加量过小
难以实现接枝效果或添加量过大导致基团团聚形成电介质弱点，以实现高温环境下聚丙烯薄膜击穿性能的提升，推进金属化薄膜电容器在高温环境下的正常应用。效果良好，操作简单且成本低廉。
15.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
16.图1为聚丙烯和二糠基硫醚的态密度和能级分布图；
17.图2为聚丙烯与功能化接枝聚丙烯的聚集态结构图；
18.图3为125℃时聚丙烯薄膜和改性聚丙烯薄膜击穿性能的示意图。
具体实施方式
19.下面结合实施例，对本发明进一步描述。
20.实施例1
21.将聚丙烯与二糠基硫醚、过氧化二异丙苯充分混合后通过挤出机进行熔融反应挤出，制成改性聚丙烯块料混合物；按重量百分比计二糠基硫醚添加量为0.01wt％，过氧化二异丙苯的添加量为0.01wt％，余量为聚丙烯。混合温度为190℃，混合时间为10min。
22.将改性聚丙烯块料混合物置于在平板热压机上熔融热压定型，定型时间5min，温度为190℃，压强为25mpa，热压形成聚丙烯混合物薄膜。保持压强不变，将平板热压机缓慢从190℃冷却到120℃，冷却时间为14min。
23.冷却完成后，从平板热压机上取出聚丙烯混合物薄膜试样，在空气中自然冷却至25℃，冷却时间为20min，得到最终的功能化接枝改性聚丙烯薄膜。
24.实施例2
25.将聚丙烯与二糠基硫醚、过氧化二异丙苯充分混合后通过挤出机进行熔融反应挤出，制成改性聚丙烯块料混合物；按重量百分比计二糠基硫醚添加量为0.05wt％，过氧化二异丙苯的添加量为0.02wt％，余量为聚丙烯。混合温度为190℃，混合时间为10min。
26.将改性聚丙烯块料混合物置于在平板热压机上熔融热压定型，定型时间5min，温度为190℃，压强为25mpa，热压形成聚丙烯混合物薄膜。保持压强不变，将平板热压机缓慢从190℃冷却到120℃，冷却时间为14min。
27.冷却完成后，从平板热压机上取出聚丙烯混合物薄膜试样，在空气中自然冷却至25℃，冷却时间为20min，得到最终的功能化接枝改性聚丙烯薄膜。
28.实施例3
29.将聚丙烯与二糠基硫醚、过氧化二异丙苯充分混合后通过挤出机进行熔融反应挤出，制成改性聚丙烯块料混合物；按重量百分比计二糠基硫醚添加量为0.1wt％，过氧化二异丙苯的添加量为0.04wt％，余量为聚丙烯。混合温度为190℃，混合时间为10min。
30.将改性聚丙烯块料混合物置于在平板热压机上熔融热压定型，定型时间5min，温度为190℃，压强为25mpa，热压形成聚丙烯混合物薄膜。保持压强不变，将平板热压机缓慢从190℃冷却到120℃，冷却时间为14min。
31.冷却完成后，从平板热压机上取出聚丙烯混合物薄膜试样，在空气中自然冷却至25℃，冷却时间为20min，得到最终的功能化接枝改性聚丙烯薄膜。
32.对比例
33.将聚丙烯通过挤出机进行熔融挤出，制成聚丙烯块料。熔融温度为190℃，熔融时间为10min。将聚丙烯块料混合物置于在平板热压机上熔融热压定型，定型时间5min，温度为190℃，压强为25mpa，热压形成聚丙烯薄膜。保持压强不变，将平板热压机缓慢从190℃冷却到120℃，冷却时间为14min。
34.冷却完成后，从平板热压机上取出聚丙烯薄膜试样，在空气中自然冷却至25℃，冷却时间为20min，得到最终聚丙烯薄膜。
35.性能检测
36.将实施例2和对比例制成的薄膜进行在温度为125℃的条件下进行直流击穿实验，结果如图3所示，实施例2制得的改性聚丙烯薄膜相比于对比例在高温下的击穿性能均有显著提升，提升幅度最高达17.5％。
37.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。


技术特征：
1.基于功能化接枝改性提升聚丙烯薄膜高温击穿性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将聚丙烯与接枝单体、引发剂充分混合后通过挤出机进行熔融反应挤出，制成改性聚丙烯块料混合物；(2)将改性聚丙烯块料混合物进行热压形成聚丙烯混合物薄膜；(3)聚丙烯混合物薄膜自然冷却定型后得到功能化接枝改性聚丙烯薄膜。2.根据权利要求1所述的基于功能化接枝改性提升聚丙烯薄膜高温击穿性能的方法，其特征在于：步骤(1)中，按重量百分比计光接枝单体添加量为0.01-0.1wt％，引发剂的添加量为0.01-0.04wt％，余量为聚丙烯。3.根据权利要求1所述的基于功能化接枝改性提升聚丙烯薄膜高温击穿性能的方法，其特征在于：接枝单体为二糠基硫醚，引发剂为过氧化二异丙苯。4.根据权利要求1所述的基于功能化接枝改性提升聚丙烯薄膜高温击穿性能的方法，其特征在于：步骤(1)中，混合温度为190℃，混合时间为10min。5.根据权利要求1所述的基于功能化接枝改性提升聚丙烯薄膜高温击穿性能的方法，其特征在于：步骤(2)中，热压温度为190℃，定型时间5min，压强为25mpa。6.根据权利要求1所述的基于功能化接枝改性提升聚丙烯薄膜高温击穿性能的方法，其特征在于：步骤(3)中，自然冷却至25℃，冷却时间为20min。

技术总结
本发明公开了基于功能化接枝改性提升聚丙烯薄膜高温击穿性能的方法，包括以下步骤：(1)将聚丙烯与接枝单体、引发剂充分混合后通过挤出机进行熔融反应挤出，制成改性聚丙烯块料混合物；(2)将改性聚丙烯块料混合物进行热压形成聚丙烯混合物薄膜；(3)聚丙烯混合物薄膜自然冷却定型后得到功能化接枝改性聚丙烯薄膜。本发明采用上述的基于功能化接枝改性提升聚丙烯薄膜高温击穿性能的方法，提升聚丙烯薄膜高温环境下的击穿性能，推进金属化薄膜电容器在高温环境下的正常应用。容器在高温环境下的正常应用。容器在高温环境下的正常应用。


技术研发人员：肖萌 赵亦烁 杜伯学 张梦蝶 宋玉宁 陈可 刘浩梁
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/12