一种聚丙烯复合材料和聚丙烯薄膜、聚丙烯电容膜的制作方法

本发明涉及电容器用耐高温电容膜，尤其涉及一种聚丙烯复合材料和聚丙烯薄膜、聚丙烯电容膜。

背景技术：

1、随着电气设备向大容量、大功率、微型化的方向发展，电容器的工作温度不断上升，达到100℃以上。聚丙烯树脂(pp)是一种广泛使用的电容膜的材料，因其具有价格低，高击穿强度，低介电损耗，优异的力学性能等优点(meng x, et al. ieee transactions ondielectrics and electrical insulation, 2022, 2266-2273)。然而，聚丙烯的最高工作温度只有85℃，在高温环境下，pp薄膜的击穿强度急剧下降，介电损耗增大，难以在高温环境下使用。因此，如何提高pp薄膜的耐高温性能，对于电容膜的发展极其重要。

2、大量研究表明在聚丙烯中添加环烯烃共聚物可以改善聚丙烯的耐高温性能(gopanna a, et al. european polymer journal, 2018, 439–451)。然而目前市面上的环烯烃共聚物都为乙烯与降冰片烯的共聚物，与丙烯之间相容性差。相容性差不仅导致制备的复合材料力学性能差，不利于薄膜的制备，同时也会导致薄膜中形成更多容易击穿的点，进而降低薄膜的电性能。通过引入与聚丙烯和环烯烃共聚物相容的相容剂，可以改善聚丙烯与环烯烃共聚物的相容性能。然而由于聚合物熔融过程是一个无序的过程，直接将聚丙烯、相容剂、与环烯烃共聚物熔融复合制备复合材料，大部分环烯烃共聚物和相容剂随机分布于聚丙烯相中，只有少量随机分布在聚丙烯与环烯烃共聚物的界面处，增容效果并不好，导致无法充分发挥相容剂的作用。

3、因此，研究开发一种耐高温的pp薄膜具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚丙烯复合材料和聚丙烯薄膜、聚丙烯电容膜。所述聚丙烯复合材料同时兼具优异的耐高温性和良好的韧性，由其制备得到的聚丙烯电容膜具有良好的击穿强度和热收缩性能。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种聚丙烯复合材料，包括乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物和聚丙烯树脂。

4、所述乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物具有萨拉米（salami）结构。

5、本发明优选的，所述聚丙烯复合材料中聚丙烯树脂的含量为87.6~95.4wt%。在本发明的一些具体实施例中，优选为87.6 wt%或91.6 wt%或95.4 wt%或87.4 wt%或91.2 wt%或95.2 wt%。

6、本发明优选的，选用等规度高、灰分含量低的聚丙烯树脂作为复合材料的基体。

7、优选的，所述聚丙烯树脂满足mn=5-15×105，mw=30-50×105，熔体流动速率=2-10g/10min，等规度＞96%，灰分＜50 ppm；

8、优选的，所述环烯烃共聚物中降冰片烯的含量为50%~83.3%。在本发明的一些具体实施例中，优选为83.3%。

9、本发明优选的，所述乙丙橡胶选自三元乙丙橡胶（epdm）或二元乙丙橡胶（epm）。

10、本发明优选的，所述乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物由环烯烃共聚物和乙丙橡胶在交联剂的作用下进行交联反应得到。

11、优选的，所述环烯烃共聚物、乙丙橡胶和交联剂的质量比为（2.5-7.5）：（1.5-4.5）：（0.1-0.3）。在本发明的一些具体实施例中，优选为7.5：4.5：0.1或5：3：0.1或2.5：1.5：0.2或7.5：4.5：0.2或5：3：0.3或2.5：1.5：0.3。

12、优选的，所述聚丙烯树脂和环烯烃共聚物的质量比为（87.6~95.4）：（2.5-7.5）。在本发明的一些具体实施例中，优选为87.6：7.5或91.6：5或95.4：2.5或87.4：7.5或91.2：5或95.2：2.5。

13、优选的，所述交联剂选自2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰中的一种或多种。

14、本发明优选的，所述交联反应的原料还包括抗氧剂。

15、优选的，所述抗氧剂选自2,6-二叔丁基对甲酚和/或β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯；更优选为2,6-二叔丁基对甲酚和β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯的混合物。

16、在本发明的一些具体实施例中，所述抗氧剂选自25wt%的2,6-二叔丁基对甲酚和75wt%β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯的混合物。

17、优选的，在本发明中，所述乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物的制备方法，包括以下步骤：

18、1）将交联剂和易挥发溶剂混合均匀后，再与环烯烃共聚物、乙丙橡胶、抗氧剂高速混合，然后干燥除去易挥发溶剂，得到交联剂、环烯烃共聚物、乙丙橡胶和抗氧剂的混合物s1；

19、2）将步骤1）得到的混合物s1熔融挤出，使得乙丙橡胶与环烯烃共聚物发生交联，得到乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物。

20、上述制备方法使得交联反应更为充分。

21、所述步骤1）中抗氧剂的加入可以避免乙丙橡胶在熔融加工过程中被氧化。

22、所述步骤1）中的高速混合优选采用高速混合机。

23、在本发明的一些具体实施例中，所述高速混合的时间优选为5~10分钟。

24、所述步骤1）中的干燥的温度优选为80℃~90℃，所述干燥的时间优选为4~6 h。

25、所述步骤2）中的熔融挤出的温度优选为160℃~270℃。

26、所述熔融挤出优选采用的是双螺杆挤出机。

27、经过乙丙橡胶和环烯烃共聚物的交联反应后，乙丙橡胶接枝在连续的环烯烃共聚物上形成萨拉米结构，该结构稳定，避免了后续乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物与聚丙烯树脂熔融加工时，乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物的结构被破坏。

28、上述乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物中形成的萨拉米结构可有效提高基体聚丙烯树脂的韧性进而提高聚丙烯复合材料的整体韧性。

29、所述乙丙橡胶在连续的环烯烃共聚物相中具有优异的分散性，使得环烯烃共聚物和乙丙橡胶交联反应充分进行。经所述交联反应制备得到的乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物与聚丙烯树脂之间具有良好的相容性。

30、在本发明中，所述乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物可表示为epdm@coc，所述epdm@coc具有萨拉米结构。

31、本发明还提供了一聚丙烯复合材料，包括以下步骤：

32、将乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物和聚丙烯树脂混合后经熔融挤出得到聚丙烯复合材料。

33、所述乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物和聚丙烯树脂的质量比为（4.6~12.4）：（87.6~95.4）。在本发明的一些具体实施例中，优选为，87.6：12.4或91.6 ：8.4或95.4：4.6或87.4：12.6或91.2：8.8或95.2：4.8。

34、所述熔融挤出的温度优选为160℃~270℃。

35、所述熔融挤出优选采用的是双螺杆挤出机。

36、本发明还提供了一种聚丙烯薄膜，由上述的聚丙烯材料经流延制备得到。

37、或者，所述聚丙烯薄膜由上述的制备方法制备得到的聚丙烯材料经流延制备得到。

38、本发明优选的，所述聚丙烯薄膜的厚度为100~120 μm。在本发明的一些具体实施例中，优选为100 μm或110 μm或120 μm。

39、所述流延优选采用多层共挤出机进行。

40、本发明还提供了一种聚丙烯电容膜，由上述的聚丙烯薄膜经双向同步拉伸制备得到。

41、优选的，所述聚丙烯电容膜的厚度为5~10 μm。在本发明的一些具体实施例中，优选为5 μm或6 μm或7 μm或8 μm或10 μm。

42、所述聚丙烯电容膜优选采用双向拉伸薄膜加工装置进行同步双向拉伸制备得到。

43、本发明所述的聚丙烯电容膜在高温下具有优异的击穿强度、能量密度、电性能和热收缩性能。

44、与现有技术相比，本发明提供的聚丙烯复合材料，包括乙丙橡胶、环烯烃共聚物的交联产物和聚丙烯树脂。所述聚丙烯复合材料同时兼具优异的耐高温性和良好的韧性，由其制备得到的聚丙烯电容膜具有优异的击穿强度、电性能和良好的热收缩性能。本发明所述聚丙烯复合材料克服了环烯烃共聚物和聚丙烯树脂相容性差的问题，提高了聚丙烯电容膜的击穿强度，改善了聚丙烯电容膜的热收缩性能，并且优异的耐高温性能使得电容膜在高温下仍保持一定的稳定性。