[发明专利]包括熔体拉伸膜作为电介质的膜电容器

说明书

背景技术

膜电容器有两大类：金属箔-膜结构和金属化膜结构。箔-膜电容器由塑料膜和作为电极的金属箔的交替层制造，而金属化膜电容器具有直接真空沉积在膜上的金属作为电极。

对于膜电容器，膜电介质可由聚苯硫醚(PPS)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚(萘二甲酸乙二醇酯)(PEN)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、高密度聚乙烯(HDPE)或聚丙烯(PP)制造。

举常规BOPP膜电介质的例子。在从挤出冷却之后在低于PP熔点的温度下双轴取向的常规BOPP膜已经广泛地用作许多不同种类的膜电容器中的电介质。PP材料的成本相对地低。它的膜电介质通过金属化为电极而提供(1)随温度变化的低的损耗因子(dissipation factor)，(2)高击穿强度以及(3)优异的自愈性能。然而，尽管BOPP膜电介质的熔点高达163℃，但是其热尺寸稳定性有限，典型地仅最高达105℃。其几乎比熔点低55-60℃。低的热尺寸稳定性是由于其低的取向温度引起的。在该低的热尺寸稳定性水平情况下，其不适合用于在自热或经加热的环境中的电容器例如脉冲功率电容器、汽车电容器和表面安装电容器的应用。如果用作表面安装电容器，则包含常规BOPP膜电介质的电容器无法经受安装期间由焊接传导的热量。对于这样的应用，典型地膜电介质需要其热尺寸稳定性至少最高达125℃。如果其由于上述优异的性能而必须用于自热或经加热的环境中，包含常规BOPP膜的膜电容器需要与冷却系统结合使用，这不期望地增加了成本和空间。

通常，在膜电容器应用中作为电介质的双轴取向(biaxially oriented)膜的热尺寸稳定性往往不是非常耗。另一个常见的例子是双轴取向的PET膜电介质。尽管它的熔点高达250℃或更高，但是它的尺寸稳定性仅最高达约125℃。其比熔点低125℃。

这些双轴取向膜通常在低于材料熔点的温度下进行拉伸。在拉伸后，当将膜再加热至接近拉伸温度时，该膜往往收缩回去。

已经尝试改善包含常规BOPP膜电介质的电容器在更高温度下的热稳定性。

美国专利6127042提出了包含如下高模量PP膜的电容器1：其相对于现有技术在纵向(machine direction)上具有在120℃下约1.9％和在140℃下约2.5％的改善的热收缩率百分比。该收缩率对于高温应用仍然太高。

美国专利6687115提出了包含作为电介质的常规PP膜和两个金属电极的电容器2。为了改善的热稳定性，该电容器必须然后在真空下非常缓慢地加热到非常高的温度范围(从120℃至200℃)然后冷却。在这样的处理后，该电容器可具有比常规的电容器高的热稳定性。然而，该技术没有常规技术实用。首先，电极需要金属电极，从而排除了在金属化膜电容器中的可能应用。其次，认为制造这样的电容器的工艺非常耗时。即使消耗的额外时间是可接受的，通过额外的工艺步骤(真空、加热和冷却)，该电容器的制造将付出更高的成本。

在本发明中，膜电容器采用熔体拉伸半结晶膜电介质制造，所述熔体拉伸半结晶膜电介质与由相同原料制造的常规的双轴取向膜电介质相比在较高温度下具有高得多的尺寸稳定性。

发明内容

在本发明中，膜电容器用熔体拉伸半结晶膜电介质制造，所述熔体拉伸半结晶膜电介质在高达刚好低于(right below)该半结晶膜的熔点的温度下，具有极大改善的尺寸稳定性(在MD中和在TD中小于1％收缩率)。该膜电容器可为箔-膜结构或者金属化膜结构。包含这样的改善的尺寸稳定的膜电介质的膜电容器与包含由相同原料制造的常规双轴取向膜电介质的那些电容器相比，可在高得多的温度下使用。

附图说明

图1是在对流式烘箱中使电介质膜A和BOPP自由收缩30分钟。

图2是HTLS PP(电介质膜A)和BOPP在规定温度下30分钟的自由收缩率的对比。

图3是具有HTLS PP膜(电介质膜B)的电容器的温度依赖性。

图4是具有HTLS PP膜(电介质膜B)的电容器的温度依赖性(经再加热的电容器)。

具体实施方式

本发明中的膜电容器的独特性是在较高温度下高度尺寸稳定的膜电介质。在本发明中，该膜电介质由半结晶聚合物通过独特的熔体拉伸方法制造。这样的膜电容器可制成两种类型以用于不同应用：金属箔膜型和金属化膜型。

熔体拉伸方法：