高性能复合电容器基膜及其制备方法与流程

本发明涉及电容器基膜领域，特别涉及一种高性能复合电容器基膜及其制备方法。

背景技术：

1、电容膜是薄膜电容器的核心材料。电容器作为三大被动元器件之一，广泛应用于各类电子产品。其中，薄膜电容器受益于其耐压高、温度特性好、寿命长等特点，在新能源汽车、光伏及风力发电等新能源领域优势明显、前景广阔。薄膜电容器是基础电子元件，具有绝缘阻抗高、介质损耗小、介电强度高、使用寿命长、频率特性优异等优点，广泛应用于家电、通讯、电网、轨道交通、工业控制和新能源等多个行业。

2、电容器在高频或高脉冲条件下使用时，通过电容器的脉冲电流会使电容器自身发热而升温，导致自愈点增加、耐压降低、寿命缩短等问题。目前多数电容器聚酯基膜耐温特性一般，进而影响了电容器的使用寿命。所以改善电容膜的耐热性、机械强度、延长其使用寿命已经刻不容缓。

3、碳纳米管具有优异的机械强度和耐热性能，已经被应用于电容器基膜的制备，例如中国专利cn114103348b公开的多层复合bope电容膜及其制备方法、文献《王璐.全固态柔性二氧化锰纳米线束/单壁碳纳米管复合薄膜电容器的组装及电容性能研究[d].陕西师范大学,2017.》等。但碳纳米管应用在存在聚酯基膜中存在难分散的缺陷，且其对基膜的抗氧化性能的提升效果有限。

4、所以，现在有必要对现有技术进行改进，以提供更可靠的方案。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种高性能复合电容器基膜及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高性能复合电容器基膜的制备方法，包括以下步骤：

3、步骤一、将聚酯母料、复合增强改性粒子混合，得到挤出母料；

4、其中，聚酯母料为pet母料和pen母料的混合物；

5、步骤二、将挤出母料加入挤出机中熔融挤出，冷却，铸片；

6、步骤三、将铸片预热，然后在纵向拉伸机上进行纵向拉伸，得到纵向拉伸片；

7、步骤四、将纵向拉伸片预热，然后在横向拉伸机上进行横向拉伸，得到双向拉伸片；

8、步骤五、将双向拉伸片进行定型处理，最后经冷却、收卷、切边，得到所述高性能复合电容器基膜。

9、优选的是，所述的高性能复合电容器基膜的制备方法包括以下步骤：

10、步骤一、将聚酯母料、复合增强改性粒子在40-70℃下混合30min，得到挤出母料；

11、其中，聚酯母料为pet母料和pen母料的混合物，pet母料：pen母料的质量比为5:1-2.5:1；

12、复合增强改性粒子的添加量为聚酯母料质量的1.8-4.5％；

13、步骤二、将挤出母料加入挤出机中在250-270℃下熔融挤出，冷却，25-35℃下铸片；

14、步骤三、将铸片在60-70℃下预热，然后在纵向拉伸机上于70-80℃下进行纵向拉伸，得到纵向拉伸片，纵向拉伸比为3-3.5倍；

15、步骤四、将纵向拉伸片在85-95℃下预热，然后在横向拉伸机上于110-125℃下进行横向拉伸，得到双向拉伸片，横向拉伸比为2.5-3.5倍；

16、步骤五、将双向拉伸片在75-95℃进行定型处理，最后经冷却、收卷、切边，得到所述高性能复合电容器基膜。

17、优选的是，所述的高性能复合电容器基膜的制备方法包括以下步骤：

18、步骤一、将聚酯母料、复合增强改性粒子在55℃下混合30min，得到挤出母料；其中，

19、其中，聚酯母料为pet母料和pen母料的混合物，复合增强改性粒子的添加量为聚酯母料质量的3.2％；

20、步骤二、将挤出母料加入挤出机中在265℃下熔融挤出，冷却，30℃下铸片；

21、步骤三、将铸片在70℃下预热，然后在纵向拉伸机上于120℃下进行纵向拉伸，得到纵向拉伸片，纵向拉伸比为3.5倍；

22、步骤四、将纵向拉伸片在95℃下预热，然后在横向拉伸机上于115℃下进行横向拉伸，得到双向拉伸片，横向拉伸比为3倍；

23、步骤五、将双向拉伸片在90℃进行定型处理，最后经冷却、收卷、切边，得到所述高性能复合电容器基膜。

24、优选的是，聚酯母料中，pet母料：pen母料的质量比为3:1。

25、优选的是，复合增强改性粒子通过以下方法制备得到：

26、s1、制备酸改性碳纳米管；

27、s2、制备改性粒子中间体：

28、s2-1、取酸改性碳纳米管、纳米sio2、硝酸铝加入去离子水和乙醇组成的混合溶液中，超声分散；

29、s2-2、向步骤s2-1得到的混合物中加入葡萄糖、叔丁基对苯二酚、乙二胺、水杨酸，超声分散，得到前驱液；

30、s2-3、将前驱液转移至反应釜中，加热下反应，反应结束后冷却至室温，抽滤，固体洗涤，然后真空干燥，得到改性粒子中间体；

31、s3、在改性粒子中间体表面修饰苯乙酸，得到所述复合增强改性粒子。

32、优选的是，步骤s1具体为：

33、取2.5-10g多壁碳纳米管加入到200-500ml浓度为98wt％的浓硝酸和50-200ml浓度为67wt％的浓硝酸的混合溶液中，85-100℃下回流4-8h，冷却，过滤，去离子水洗涤至中性，100-120℃下真空干燥2-8h，得到酸改性碳纳米管。

34、优选的是，步骤s2具体为：

35、s2-1、取0.75-3g酸改性碳纳米管、1-4g纳米sio2、0.426-1.7g硝酸铝加入150-600ml去离子水和100-400ml乙醇组成的混合溶液中，超声分散15-60min；

36、s2-2、向步骤s2-1得到的混合物中加入360-1440mg葡萄糖、166-664mg叔丁基对苯二酚、92-368mg乙二胺、345-1380mg水杨酸超声分散30-90min，得到前驱液；

37、s2-3、将前驱液转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，175-200℃下反应6-12h，反应结束后冷却至室温，抽滤，固体用去离子水和乙醇依次洗涤，然后80-95℃下真空干燥6-24h，得到改性粒子中间体。

38、优选的是，步骤s3具体为：

39、取0.5-2g改性粒子中间体、1-4mmol苯乙酸加入25-100ml乙醇中，50-65℃下回流8-24h，抽滤，固体产物用乙醇洗涤，然后在60-80℃下烘干6-20h，得到所述复合增强改性粒子。

40、优选的是，复合增强改性粒子通过以下方法制备得到：

41、s1、制备酸改性碳纳米管：

42、取5g多壁碳纳米管加入到300ml浓度为98wt％的浓硝酸和100ml浓度为67wt％的浓硝酸的混合溶液中，90℃下回流6h，冷却，过滤，去离子水洗涤至中性，110℃下真空干燥4h，得到酸改性碳纳米管；

43、s2、制备改性粒子中间体：

44、s2-1、取1.5g酸改性碳纳米管、2g纳米sio2、0.852g硝酸铝加入300ml去离子水和200ml乙醇组成的混合溶液中，超声分散30min；

45、s2-2、向步骤s2-1得到的混合物中加入720mg葡萄糖、332mg叔丁基对苯二酚、184mg乙二胺、690mg水杨酸超声分散45min，得到前驱液；

46、s2-3、将前驱液转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，185℃下反应10h，反应结束后冷却至室温，抽滤，固体用去离子水和乙醇依次洗涤，然后90℃下真空干燥12h，得到改性粒子中间体；

47、s3、取1g改性粒子中间体、2mmol苯乙酸加入50ml乙醇中，58℃下回流16h，抽滤，固体产物用乙醇洗涤，然后在70℃下烘干12h，得到所述复合增强改性粒子。

48、本发明还提供一种高性能复合电容器基膜，其通过如上所述的方法制备得到。

49、本发明的有益效果是：

50、本发明提供了一种高性能复合电容器基膜及其制备方法，本发明采用pen与pet复配作为聚酯母料，能够提高基膜的力学强度与耐热性能；其中，pen(聚对萘二甲酸乙二醇酯)分子中通过萘环代替pet中的苯环，萘环比苯环具有更稳定的结构，分子链的刚性更大，结构更呈平面状，所以机械性能、化学性能更加优良。

51、本发明中采用复合增强改性粒子作为添加剂来改善基膜的综合性能，复合增强改性粒子采用酸改性碳纳米管、纳米sio2为主要增强填料，复配纳米氧化铝和还原型碳点构成成特殊的三维网络结构，能够综合提升基膜的机械强度、耐热性能和抗氧化性能，可以改善基膜的应用效果，延长其使用寿命；

52、在本发明的复合增强改性粒子体系中，铝离子在制备过程中起到了多重桥接作用，最终形成的纳米氧化铝能够作为网络结构的连接节点，从而提升网络结构的物理强度，同时该纳米氧化铝在基膜体系中还具备以下作用：提供耐高温性能和耐化学性能、提高基本的机械强度、改善耐电压性能；

53、在本发明的复合增强改性粒子体系中，碳纳米管能够提高基膜的拉伸强度、击穿强度和热稳定性能，纳米sio2具有高介电常数，化学稳定性优异，能够提高膜的强度和稳定性；

54、在本发明的复合增强改性粒子体系中，三维网络结构上原位合成的碳点很好的继承了叔丁基对苯二酚的优异还原性，表现出了良好的抗氧化性能，从而可以增强基膜的抗氧化能力，延长其使用寿命。另一方面，该碳点中叔丁基对苯二酚与水杨酸引入的苯环结构能够与pet、pen分子链中形成ch-π作用，从而可以加速成核结晶，改善力学性能；

55、在本发明的复合增强改性粒子体系中，通过构建三维网络结构并修饰苯乙酸，能够极大改善碳纳米管和纳米sio2的分散性能，促进其在基膜体系中的均匀分散，从而充分发挥其补强作用，从而可以同时克服碳纳米管和纳米sio2的应用难题。