影响BOPP电容膜击穿场强的微观结构及与制备工艺的关系探究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.12.005

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (12): 29-34.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.12.005

影响BOPP电容膜击穿场强的微观结构及与制备工艺的关系探究

戴熙瀛¹, 张翀¹, 万彩霞²^,³(), 杨威¹, 邢照亮¹

^1.北京智慧能源研究院，北京 102209
^2.中国科学技术大学，国家同步辐射实验室，合肥 230029
^3.中国科学技术大学先进技术研究院，合肥 230094

收稿日期:2023-06-17 出版日期:2023-12-26 发布日期:2023-12-26
通讯作者: 万彩霞，博士后，研究领域：高分子物理加工，cxwan113@ustc.edu.cn
E-mail:cxwan113@ustc.edu.cn
基金资助:
大会征集承办单位、协办单位、支持单位：

Microstructure of BOPP capacitor film affecting breakdown field strength and its relationship with preparation process

DAI Xiying¹, ZHANG Chong¹, WAN Caixia²^,³(), YANG Wei¹, XING Zhaoliang¹

^1.Beijing Institute of Smart Energy，Beijing 102209，China
^2.National Synchrotron Radiation Laboratory，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China
^3.Institute of Advanced Technology，University of Science and Technology of China，Hefei 230094，China

Received:2023-06-17 Online:2023-12-26 Published:2023-12-26
Contact: WAN Caixia E-mail:cxwan113@ustc.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

侧重研究了双向拉伸聚丙烯（BOPP）电容膜加工工艺对击穿场强的影响关系，及其背后影响击穿场强的微观结构因素。结果表明，影响击穿场强的微观结构包括结晶度、无定形区分子链运动能力及粗糙度，结晶度越高、无定形区分子链运动能力越受限、粗糙度越小，击穿场强越高；在加工过程中，可以通过适当降低纵向拉伸温度来降低无定形区分子链运动能力和粗糙度，此外，可以通过提高横向拉伸温度来提高结晶度，从而实现提高击穿场强的目的；BOPP电容膜加工⁃结构⁃性能之间关系的建立为产线改善产品击穿场强提供了基础依据。

关键词: 双向拉伸聚丙烯, 电容膜, 击穿场强, 结晶度, 无定形区

Abstract:

This article focused on the relationship between the processing parameters of biaxially oriented polypropylene （BOPP） capacitor films and breakdown field strength， as well as the microstructure affecting breakdown field strength. The results indicated that the microstructure affecting breakdown field strength included the crystallinity， mobility of molecular chains in the amorphous region， and roughness of BOPP capacitor films. The higher crystallinity， the more serious was the mobility of molecular chains in the amorphous region limited， the smaller was the roughness， and the higher was the breakdown field strength. During the processing， the molecular chain motion ability in the amorphous region and roughness could be reduced through appropriately reducing the longitudinal stretching temperature. In addition， the crystallinity of BOPP capacitor films increased with an increase in the transverse stretching temperature， thus reaching the goal of improving the breakdown field strength. The establishment of the relationship between the processing， structure and performance of BOPP capacitive films provides a fundamental basis for improving their breakdown field strength in production lines.

Key words: biaxially oriented polypropylene, capacitor film, breakdown field strength, crystallinity, amorphous region

中图分类号:

TQ325.1⁺4

戴熙瀛, 张翀, 万彩霞, 杨威, 邢照亮. 影响BOPP电容膜击穿场强的微观结构及与制备工艺的关系探究[J]. 中国塑料, 2023, 37(12): 29-34.

DAI Xiying, ZHANG Chong, WAN Caixia, YANG Wei, XING Zhaoliang. Microstructure of BOPP capacitor film affecting breakdown field strength and its relationship with preparation process[J]. China Plastics, 2023, 37(12): 29-34.

图/表 9

参考文献 13

1	Zhu L， Wang Q. Novel ferroelectric polymers for high energy density and low loss dielectrics［J］. Macromolecules，2012， 45（7）： 2 937⁃2 954.
2	Chu B J， Zhou X， Ren K L， et al. A dielectric polymer with high electric energy density and fast discharge speed［J］. Science，2006， 313： 334⁃338.
3	Azizi A， Gadinski M R， Li Q， et al. High⁃performance polymers sandwiched with chemical vapor deposited hexagonal boron nitrides as scalable high⁃temperature dielectric materials［J］. Advanced Materials，2017， 29（35）： 1701864.
4	Xiong J， Wang X， Zhang X， et al. How the biaxially stretching mode influence dielectric and energy storage properties of polypropylene films［J］. Journal of Applied Polymer Science，2021， 138： e50029.
5	Mikael R， Ilkka R， Kari L. Large⁃area approach to evaluate dc electro⁃thermal ageing behavior of bopp thin films for capacitor insulation systems［J］. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2017， 24（2）： 826⁃836.
6	Rabuffi M， Picci G. Status quo and future prospects for metallized polypropylene energy storage capacitors［J］. IEEE Transactions on Plasma Science，2002， 30（5）： 1 939⁃1 942.
7	储松潮，常庆阳，吴建章，等. 高场强BOPP粗化膜的研究和开发［J］. 电力电容器与无功补偿，2018， 39： 65⁃68.
	CHU S C， CHANG Q Y， WU J Z， et al. Research and development on biaxially oriented polypropylene rough⁃surface film with high field strength［J］. Power Capacitor ＆ Reactive Power Compensation，2018， 39： 65⁃68.
8	彭伟，吴冬，王霞，等. 聚丙烯及其加工对电容器用BOPP薄膜性能的影响［J］. 化工技术与开发，2022， 51（5）： 39⁃45.
	PENG W， WU D， WANG X， et al. Influence of polypropylene and its process on properties of bopp film for capacitors［J］. Technology ＆ Development of Chemical Industry，2022， 51（5）： 39⁃45.
9	Tamura S， Kuramoto I， Kanai T. The effect of molecular structure of polypropylene on stretchability for biaxially oriented film［J］. Polymer Engineering ＆ Science，2012， 52（6）： 1 383⁃1 393.
10	宋长城. 浅析合成bopp薄膜的反应及性能［J］. 内蒙古石油化工，2012，（5）： 104⁃105.
11	Rytoluoto I， Niittymaki M， Seri P， et al. Biaxially oriented silica–polypropylene nanocomposites for hvdc film capacitors： Morphology⁃dielectric property relationships， and critical evaluation of the current progress and limitations［J］. Journal of Materials Chemistry A，2022， 10： 3 025⁃3 043.
12	Hu W G， Schmidt‐Rohr K. Polymer ultradrawability： The crucial role of α‐relaxation chain mobility in the crystallites［J］. Acta Polymerica，1999， 50（8）： 271⁃285.
13	Dai X Y， Xing Z L， Yang W， et al. The effect of annealing on the structure and electric performance of polypropylene films［J］. International Journal of Polymer Science，2022， 2022： 1⁃12.

样品编号	温度/℃						热定型区辊距/m
样品编号	挤出温度	流延辊温	MD预热	MD拉伸	TD预热	TD拉伸	热定型区辊距/m
1^#	235~245	90~100	110~140	135~145	160~170	160~170	0.2
2^#	230~235	90~100	110~140	135~145	160~170	160~170	0.2
3^#	230~240	90~100	110~140	130~140	160~170	160~170	0.2
4^#	230~240	90~100	110~140	140~150	160~170	160~170	0.2
5^#	230~240	90~100	110~140	135~145	160~170	165~175	0.2
6^#	230~240	90~100	110~140	135~145	160~170	155~165	0.2
7^#	230~240	90~100	110~140	135~145	160~170	160~170	0.2
8^#	230~240	90~100	110~140	135~145	160~170	160~170	0.16

样品编号	温度/℃						热定型区辊距/m
样品编号	挤出温度	流延辊温	MD预热	MD拉伸	TD预热	TD拉伸	热定型区辊距/m
1^#	235~245	90~100	110~140	135~145	160~170	160~170	0.2
2^#	230~235	90~100	110~140	135~145	160~170	160~170	0.2
3^#	230~240	90~100	110~140	130~140	160~170	160~170	0.2
4^#	230~240	90~100	110~140	140~150	160~170	160~170	0.2
5^#	230~240	90~100	110~140	135~145	160~170	165~175	0.2
6^#	230~240	90~100	110~140	135~145	160~170	155~165	0.2
7^#	230~240	90~100	110~140	135~145	160~170	160~170	0.2
8^#	230~240	90~100	110~140	135~145	160~170	160~170	0.16

样品	熔融焓/ J·g^-1	X_c/ %	α*占比/ %	α占比/ %	α*晶熔融温度/℃	α晶熔融温度/℃
1^#	100.4	56.7	62.0	38.0	165.0	171.0
2^#	101.2	57.2	47.0	53.0	163.0	167.9
3^#	97.7	55.2	56.2	43.8	161.9	167.5
4^#	99.2	56.0	61.7	38.3	162.7	170.0
5^#	99.3	56.0	58.8	41.2	162.6	170.6
6^#	93.3	52.7	52.6	47.4	161.4	168.1
7^#	98.3	55.5	37.5	62.5	158.4	171.7
8^#	97.0	54.8	50.0	50.0	160.9	170.7

样品	熔融焓/ J·g^-1	X_c/ %	α*占比/ %	α占比/ %	α*晶熔融温度/℃	α晶熔融温度/℃
1^#	100.4	56.7	62.0	38.0	165.0	171.0
2^#	101.2	57.2	47.0	53.0	163.0	167.9
3^#	97.7	55.2	56.2	43.8	161.9	167.5
4^#	99.2	56.0	61.7	38.3	162.7	170.0
5^#	99.3	56.0	58.8	41.2	162.6	170.6
6^#	93.3	52.7	52.6	47.4	161.4	168.1
7^#	98.3	55.5	37.5	62.5	158.4	171.7
8^#	97.0	54.8	50.0	50.0	160.9	170.7

样品	粗糙度/μm
样品	A面	B面
1^#	0.09	0.09
2^#	0.07	0.08
3^#	0.07	0.08
4^#	0.12	0.11
5^#	0.07	0.08
6^#	0.08	0.08
7^#	0.08	0.08
8^#	0.08	0.09

影响BOPP电容膜击穿场强的微观结构及与制备工艺的关系探究

Microstructure of BOPP capacitor film affecting breakdown field strength and its relationship with preparation process

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样品	T_β/℃
样品	MD	TD
1^#	26.0	31.4
2^#	25.4	32.1
3^#	29.8	36.5
4^#	-	-
5^#	23.2	29.7
6^#	-	-
7^#	21.5	36.0
8^#	15.1	28.5

[1]	徐佳李园冯昆鹏谢吉星王颖赛张智强. 聚乳酸/芦苇纤维复合材料降解性能研究[J]. , 2023, 37(4): 23-29.
[2]	陈聪博, 范烁, 张锐, 李辉, 罗思琪, 任伊锦. PVDF/PMMA共混物非等温结晶动力学和晶体结构[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 59-66.
[3]	张周雅, 白世建, 张玉霞, 周洪福, 宫芳芳, 唐雪古丽, 王斌. 高分子材料导热性能影响因素研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 156-165.
[4]	张静, 李小晴, 周海瑛, 江文正, 钟金环, 李文珠, 张文标. PP/EVA复合发泡材料的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(3): 23-29.
[5]	袁知焕, 匡唐清, 赖家美, 柳和生, 徐盼. 工艺参数对聚丙烯/聚酰胺6共混物水辅助共注塑管件壁厚及性能的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(11): 77-83.
[6]	丁永跃, 吴志峰, 王志伟. 冷却方式对聚乙烯管件性能的影响[J]. 中国塑料, 2020, 34(9): 22-26.
[7]	张静, 王洪, 邹威, 杜中杰, 张晨. 改性纤维素纳米晶对聚酰胺6结晶行为的影响[J]. 中国塑料, 2020, 34(6): 1-6.
[8]	吴波成薇温浩宇. 氧化诱导时间对高密度聚乙烯热氧老化特性的影响[J]. 中国塑料, 2019, 33(4): 22-25.
[9]	龚伟李美兰路玉娇申月冯鑫正刘白玲. 苹果酸型超支化共聚物的制备及其阻垢性能的研究[J]. 中国塑料, 2019, 33(4): 26-32.
[10]	周健辉孙玲马跃廖智. 聚酰胺66/改性耐热聚乳酸共混物的力学性能和结晶行为[J]. 中国塑料, 2019, 33(3): 32-37.
[11]	高吉成崔锡锡. 水下搅拌摩擦加工制备碳纳米管增强PE-HD结构与拉伸性能研究[J]. 中国塑料, 2018, 32(01): 34-38.
[12]	葛媛, 曹春雷, 马剑英, 邓云娇, 张会轩. 聚对苯二甲酸乙二醇酯的拉伸应力波动行为研究[J]. 中国塑料, 2017, 31(06): 36-40 .
[13]	李清江. 聚丙烯/纳米二氧化硅复合材料结构与性能研究[J]. 中国塑料, 2017, 31(02): 65-71 .
[14]	陈明钟, 杨卫民, 李好义, 陈承涛, 丁玉梅, 秦柳. 基于超临界CO₂制备熔体微分静电纺聚丙烯纤维[J]. 中国塑料, 2016, 30(06): 70-73 .
[15]	季锦卫, 邓新华, 岳海生, 韩宇洋, 李俊领. 乙烯丙烯酸共聚物型不可逆示温材料的研究[J]. 中国塑料, 2016, 30(05): 23-27 .

样品	Eb_63.2
1^#	605
2^#	616
3^#	641
4^#	582
5^#	616
6^#	598
7^#	614
8^#	616

样品	Eb_63.2
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2^#	616
3^#	641
4^#	582
5^#	616
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