环烯烃材料应用于电容膜的研究进展_李贵生.pdf
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1、李贵生,张丕生 环烯烃材料应用于电容膜的研究进展 河南化工,():环烯烃材料应用于电容膜的研究进展李贵生,张丕生(中国石化中原石油化工有限责任公司,河南 濮阳)摘 要:介绍了环烯烃材料的生产机制、工艺及主要性能特点,综述了环烯烃材料在电容器用薄膜领域的研究进展。指出环烯烃共聚物()材料与聚丙烯共混改性成本适中,技术实施难度较小,是耐高温电容膜的开发方向。关键词:环烯烃聚合物;高纯聚丙烯;耐高温电容膜中图分类号:,文献标识码:文章编号:(),(,):,:;薄膜电容器是电动汽车逆变器、风电变流器、光伏逆变器、脉冲功率设备、碳化硅()半导体、高压直流输电系统等应用领域的核心组件之一。聚丙烯()薄膜由
2、于具有击穿场强高、介电损耗小、自愈性优异、可超薄化和低成本等特性,是薄膜电容器的主要介质材料。当前,薄膜电容器结构小型化、大容量、耐高击穿电压已成为市场发展的基本趋势,需要对介质材料耐热性提出更高要求,如在 及以上高温环境下稳定运行。然而聚丙烯薄膜电容器使用温度上限约,运行温度超 后,薄膜大部分性能下降,如耐击穿强度急剧下降、漏导损耗急剧升高,极易引发电容器运行故障,波及整个设备系统的安全稳定运行。环烯烃材料是一种分子链上有环状结构的非晶态透明高分子材料,具有高透明性、低双折射率、高耐热性、低吸水性、耐化学性、低收缩率、尺寸稳定性和低介电系数等特性,主要应用于医疗、生物、光学、包装、电子和半导
3、体等领域。环烯烃材料具有杂质极少,介电常数及介质损耗低,玻璃化温度()高,自问世以来一直被认为是理想的高温介质材料。然而,环烯烃材料难以加工成薄膜和过高的价格等因素阻碍了其在薄膜电容器领域商业化应用和推广。近年来,环烯烃材料在高温薄膜电容器领域重新受到关注。该材料可耐受 高温使用,可加工成 厚度均一的超薄膜。综合来看,环烯烃材料是一种极具发展潜力的高端材料。以下介绍环烯烃材料的生产机制、工艺和主要物性,重点综述了环烯烃材料应用在电容器薄膜领域的研究进展。环烯烃材料生产机制及工艺环烯烃材料根据制备工艺不同,分为环烯烃共聚物()和环烯烃聚合物()两种类型。是以降冰片烯单体()与乙烯在茂金属催化剂体
4、系作用下发生共聚制成的,生产商以托帕斯公司等为代表。是 单体在过渡金属催化剂体系作用下开环易位聚合(),再加氢反应消除分子链中的不饱和双键而形成非晶态均聚物,主要由日 收稿日期:作者简介:李贵生(),男,高级工程师,从事生产经营管理工作,:。河南化工 年 第 卷DOI:10.14173/ki.hnhg.2023.02.018本瑞翁株式会社、日本 株式会社生产提供。瑞翁公司 系列侧重精密成型,系列侧重于光学应用。受制于降冰片烯单体生产技术、环烯烃聚合催化剂体系和聚合技术等因素的限制,国内目前还没有环烯烃材料工业化生产装置,材料和原料降冰片烯全部依赖进口。据称无锡阿科力公司已完成环烯烃材料年产 装
5、置的建设,但产品工业化量产未见报道。不同企业生产工艺对比见表。表 不同企业生产工艺对比项目托帕斯三井瑞翁产品类型催化剂茂金属齐格勒过渡金属 单体、乙烯、乙烯酯代四环十二碳烯聚合机制共聚共聚加氢工艺无无有有 环烯烃材料性能不同品牌环烯烃材料主要性能对比见表。表 不同品牌环烯烃材料主要性能对比项目()密度()全光线透过率吸水率 收缩率 拉伸弹性模量 拉伸强度 断裂伸长率 体积电阻率()介电常数介质损耗因数 注:测试条件为,;测试条件为,;测试条件为 ,。介电性能环烯烃材料是由环烯烃单体均聚或与 烯烃共聚合成,分子链上仅含碳及氢原子,是非极性高聚物,具有介电损耗小、介电常数低特性。具体电性能对比见表
6、。环烯烃材料与 等其他烯烃材料相比,它的介电性能对温度依赖性较小,在高频区域也能够保持较低介质损耗。在频率 测试条件下,托帕斯公司 材料介电常数约 ,介质损耗因数 ,体积电阻率 ,击穿强度 ,相对漏电起痕指数()。环烯烃材料吸水率 ,与聚丙烯基本相同。但 公司的 材料因分子链含有极性官能团烷基酯,相较其他公司的环烯烃材料介质损耗高,吸水率高,与聚碳酸酯()和聚甲基丙烯酸甲酯()相近,多作为光学材料。环烯烃材料采用洁净化生产,含有极低的金属和粉尘等杂质,是非常纯的高分子材料,析出物也极少。这些特性使环烯烃材料非常适合作为绝缘材料和介质材料。耐热性能环烯烃材料是无定型非晶材料,是表征其温度的特征指
7、标,也是表征其分子链柔性的宏观指标。根据马克三角原理,提高聚合物分子链的刚性,就能提高其,提高耐热性。环烯烃材料分子主链上因引入了坚固环状结构,减少主链单键数量,限制了分子链的弯曲,使主链结构刚性极高,因而呈现较高的。材料的 随着环烯烃含量的上升而增加,其耐热性也就越高,但降冰片烯含量过高时其脆性也大。由表 可见,表明 材料的 调节范围比 材料的要宽。托帕斯公司 材料 范 围为 ,其牌号 的为,牌号 的 为 。三井化学的 材料 为 。瑞翁的 材料 为 ,但其的为 用 作 热 封 材 料。公 司 材 料 为 。材料性能除了可以通过调整共聚单体的比例或调控其在分子链上的序列分布实现控制外,另一种思
8、路是选用高碳共聚单体(如丙烯、己烯、辛烯等)代替乙烯,或者变更不同的降冰片烯衍生物和其他环烯烃衍生物等。耐化学性环烯烃材料具有耐酸碱及耐极性溶剂性,但不耐氯溶剂芳香族溶剂、汽油、润滑油脂等碳氢溶剂,否则将发生溶解或膨胀。研究进展 环烯烃材料共混改性 是半结晶材料,虽然高等规、高结晶 熔点可达 以上,但由于其具有较低的,在高于 的环境温度下,薄膜电容器极易出现运行故障。一种方法是利用高玻璃化温度的环烯烃材料增强 的耐热性,且成本合适。优选电容级,如北欧化工 系列、大韩油化 第 期 李贵生等:环烯烃材料应用于电容膜的研究进展 系列、中国石化中原石油化工有限责任公司的 系列。德国 电子股份公司提出利
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