[發明專利]一種膜電容器用高介電常數聚丙烯/陶瓷復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810972224.7
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN109233099B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 肖雨;張翀;邢照亮;楊威;王佳偉;張嘉;王亞臣
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;國網山西省電力公司經濟技術研究院;國家電網有限公司
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08K3/24;C08J5/18
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 李靜

本發明屬于介電薄膜材料技術領域，具體涉及一種膜電容器用高介電常數聚丙烯/陶瓷復合材料及其制備方法，所述復合材料是由質量百分數90.0?95.0％的聚丙烯、質量百分數5.0?10.0％的陶瓷粉末構成的。本發明利用陶瓷粉末的高介電性能，提高膜電容器用聚丙烯材料的介電常數，從而為制備介電性能優異、適用于高效儲能密度的膜電容器用新型材料提供技術支撐。

技術領域

本發明屬于介電薄膜材料技術領域，具體涉及一種膜電容器用高介電常數聚丙烯/陶瓷復合材料及其制備方法。

背景技術

特高壓直流輸電及柔性直流電網是解決可再生能源接納、遠距離大范圍電能輸送和輸電走廊緊缺等問題的有效技術手段，是未來電網的基本形態。膜電容器作為柔性直流輸電的重要支撐核心器件，其介電性能及耐壓等級直接關系到柔性直流換流閥的可靠運行。介電材料的高介電性能直接影響電容器的電容及儲能密度，研制一種介電性能優異、適用于高效儲能密度的薄膜介質電容器用新型材料，有利于大幅提升電容器的容量以及小型化應用，進而提升國產高端電容器的自主化及技術引領。

膜電容器使用的常規介電材料為聚丙烯，其介電特性直接影響著電容器的耐壓等級和容量。要獲得高介電的先進薄膜介質電容器，就必須有高介電的電介質材料作為支撐。因此低成本、高介電薄膜介質電容器用先進電介質材料，是發展新一代薄膜介質電容器技術的瓶頸。目前研究多集中于使用高介電常數的無機或有機填料填充在聚丙烯樹脂當中，制備膜電容器用薄膜介質，有機介電材料容易加工成型，但后期雙向拉伸薄膜時由于結晶度等因素限制，容易造成相分離；無機介電材料介電常數高，適量添加即可達到滿意的介電性能提升效果，但與聚丙烯的相容性不好控制，粒徑尺度的選擇也是關鍵，很容易在加工過程中處理不當造成團聚，繼而形成電弱點。中國專利申請CN105914035公開了一種大功率薄膜電容器的制備方法，薄膜的原料按重量份包括：聚丙烯55-60份，環氧樹脂35-38份，三聚氰胺甲醛樹脂22-25份，氯磺化聚乙烯13-16份，苯醚撐硅橡膠16-19份，氧化銅11-14份，二硼化鈦5-8份，硫酸鋇12-15份，玻璃纖維6-9份，氧化鋯晶須3-6份，鈦酸鉀纖維2-5份，硅烷偶聯劑5-5.5份，3.3-雙-(叔戊基過氧)丁酸乙酯1.9-2.1份，硫磺2.9-3.1份，2-巰基苯并噻唑鋅鹽1.4-1.7份，二苯胍1.2-1.5份，氧化鎂4-5份，油酸鈉1.1-1.6份，磷酸甲苯二苯酯12-15份，二硫化鉬3-4份，三聚氰胺氰尿酸鹽2.5-3.5份，防老劑2-3份；雖然這種方法可能增加聚丙烯的介電常數，但是成分復雜，成本高。劉源波等(劉源波,王琪.固相剪切碾磨方法制備聚丙烯/鈦酸鋇高介電常數復合材料[J].功能高分子學報,2007(02):117-121.)采用固相剪切碾磨方法制備高介電常數聚丙烯/鈦酸鋇復合材料，發現固相剪切碾磨產生的強大剪切、擠壓、摩擦都能作用在聚合物相引起多種復雜的物理及化學變化，聚合物粒徑變小，粒子比表面積增大，表面能大幅增加，與具有較高表面活性的鈦酸鋇粒子形成較強的界面相互作用。這種方法雖然使得鈦酸鋇粒子均勻分散在聚丙烯基體中，但是固相剪切碾磨方法會使聚丙烯大分子發生斷裂，形成大分子自由基等活性基團，聚丙烯大分子斷鏈后會降低聚丙烯本身的拉伸性能和機械強度，而且鈦酸鋇添加量過高會使得后續樣基制備時無法流延成膜，即使成膜也會因為無機粒子比重過高導致力學性能尤其是拉伸性能降低。

發明內容

本發明解決的技術問題是克服現有技術中膜電容器用復合材料成分復雜，擊穿場強低和無法流延成膜等顯著問題。提供一種組分簡單、性能優異、制備方法簡單、成本低的膜電容器用高介電常數復合材料及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種膜電容器用高介電常數聚丙烯/陶瓷復合材料，以質量百分比計，包括90.0～95.0％的聚丙烯和5.0～10.0％的陶瓷粉末；其中，所述陶瓷粉末為鈦酸鋇、鈦酸鍶和鈦酸鍶鋇中的一種或者多種。

進一步地，所述陶瓷粉末為鈦酸鋇、鈦酸鍶和鈦酸鍶鋇中的兩種或三種。