技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高溫聚丙烯金屬化薄膜，屬于電容器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

能源短缺和環(huán)境惡化已經(jīng)成為威脅人類生存的全球化問(wèn)題，發(fā)展新能源是實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路，中國(guó)應(yīng)該加快開發(fā)利用新能源的步伐，大力發(fā)展新能源，逐步實(shí)現(xiàn)從常規(guī)能源向清潔能源轉(zhuǎn)變。

用新能源逐步取代傳統(tǒng)能源進(jìn)行發(fā)電將是今后電力工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，新能源發(fā)電主要包括太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電等方面。

城市軌道交通是指具有運(yùn)量大、速度快、安全、準(zhǔn)點(diǎn)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點(diǎn)的交通方式，包括地鐵、輕軌、磁懸浮、快軌、有軌電車、新交通系統(tǒng)等。因此，在城市軌道交通技術(shù)領(lǐng)域中綜合利用新能源也成為未來(lái)城市軌道交通的發(fā)展需求。

新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來(lái)源，新能源汽車包括混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、其他新能源（如高效儲(chǔ)能器、二甲醚）汽車等各類別產(chǎn)品。

無(wú)論是新能源發(fā)電、新能源汽車還是城市軌道交通等領(lǐng)域，最終都是要電力設(shè)備來(lái)驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)換或?qū)崿F(xiàn)，在電力設(shè)備中，電容器作為儲(chǔ)能元件是其中的重要部件，尤其是在新能源作為非常規(guī)能源，在其綜合利用過(guò)程中，對(duì)傳統(tǒng)的電力設(shè)備尤其是電容器在體積、耐壓、耐溫、耐電流沖擊、可靠性、使用時(shí)間上有很高的要求，目前國(guó)際上以金屬化薄膜電容器最符合其要求，這方面最關(guān)鍵性的材料就是金屬化薄膜。

現(xiàn)有金屬化薄膜的工作溫度為-10~85℃，工作溫度一旦超過(guò)85℃時(shí)就會(huì)發(fā)生變形，并且現(xiàn)有金屬化薄膜易在蒸鍍過(guò)程中易產(chǎn)生絕緣缺陷，每平米金屬化薄膜的絕緣缺陷為1~3個(gè)，使得現(xiàn)有金屬化薄膜易發(fā)生擊穿。

石墨烯是一種新型二維晶體材料，它獨(dú)特的單原子層結(jié)構(gòu)顯示出許多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)。石墨烯的熱導(dǎo)率為5300Ｗ/(ｍ·Ｋ)，并且石墨烯是在石墨中提取分離出來(lái)的，因此以石墨烯為原料制備的石墨烯導(dǎo)電薄膜繼承了石墨烯的優(yōu)點(diǎn)，與金屬化薄膜相比，不但具有更好的導(dǎo)熱性能，并且石墨烯導(dǎo)電薄膜不存在絕緣缺陷；但是，現(xiàn)有的石墨烯導(dǎo)電薄膜不但成本高，例如，中國(guó)科學(xué)院寧波工業(yè)技術(shù)研究院在2015年的中國(guó)（寧波）國(guó)際新材料科技及產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上展出的“千米級(jí)連續(xù)成卷的石墨烯薄膜”，該石墨烯薄膜導(dǎo)電性能優(yōu)良，其制作成本在50元/平方米左右，成本比金屬化薄膜高的多，并且石墨烯導(dǎo)電薄膜結(jié)構(gòu)致密，其與聚丙烯薄膜之間非常難結(jié)合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種高溫聚丙烯金屬化薄膜，具體技術(shù)方案如下：

一種高溫聚丙烯金屬化薄膜，包括聚丙烯膜和導(dǎo)電層，導(dǎo)電層的左右兩側(cè)分別設(shè)置有空白留邊，所述導(dǎo)電層包括多片石墨烯導(dǎo)電薄膜，相鄰的石墨烯導(dǎo)電薄膜之間設(shè)置有金屬區(qū)，所述金屬區(qū)包括兩條橫金屬帶和多條縱金屬帶，縱金屬帶設(shè)置在兩條橫金屬帶之間，橫金屬帶與石墨烯導(dǎo)電薄膜電氣連接，相鄰的縱金屬帶之間設(shè)置有空白隔帶，縱金屬帶與橫金屬帶電氣連接。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述石墨烯導(dǎo)電薄膜的內(nèi)側(cè)面經(jīng)過(guò)表面處理后，石墨烯導(dǎo)電薄膜的內(nèi)側(cè)面和聚丙烯膜之間利用壓敏膠固定連接；所述石墨烯導(dǎo)電薄膜的內(nèi)側(cè)面表面處理過(guò)程如下：將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鈦酸四丁酯的乙醇溶液和四氯化鈦按照質(zhì)量比150:(1~1.1)的比例混合均勻制成處理劑，將處理劑涂覆在石墨烯導(dǎo)電薄膜的內(nèi)側(cè)面后，在20~25℃的室內(nèi)干燥2~3h即成，干燥過(guò)程中室內(nèi)的相對(duì)濕度保持在40~50%。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述橫金屬帶和縱金屬帶為一體式結(jié)構(gòu)。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述橫金屬帶的厚度大于縱金屬帶的厚度。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述橫金屬帶的寬度為a，所述縱金屬帶的寬度為b，b＜a。

本發(fā)明所述高溫聚丙烯金屬化薄膜制作工藝簡(jiǎn)單，其導(dǎo)熱性好，耐高溫，在120℃下仍能正常工作，絕緣缺陷少，不易發(fā)生擊穿，自愈性試驗(yàn)后電容量變化小，使用壽命高。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述高溫聚丙烯金屬化薄膜結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明所述導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1~2所示，所述高溫聚丙烯金屬化薄膜，包括聚丙烯膜10和導(dǎo)電層20，導(dǎo)電層20的左右兩側(cè)分別設(shè)置有空白留邊11，所述導(dǎo)電層20包括多片石墨烯導(dǎo)電薄膜21，相鄰的石墨烯導(dǎo)電薄膜21之間設(shè)置有金屬區(qū)22，所述金屬區(qū)22包括兩條橫金屬帶221和多條縱金屬帶222，縱金屬帶222設(shè)置在兩條橫金屬帶221之間，橫金屬帶221與石墨烯導(dǎo)電薄膜21電氣連接，相鄰的縱金屬帶222之間設(shè)置有空白隔帶223，縱金屬帶222與橫金屬帶221電氣連接。

橫金屬帶221和縱金屬帶222是利用金屬鋁或金屬鋅在聚丙烯膜10的表面蒸鍍形成，為簡(jiǎn)化工藝，所述橫金屬帶221和縱金屬帶222為一體式結(jié)構(gòu)。其中，鋁的熱導(dǎo)率為217Ｗ/(ｍ·Ｋ)，鋅的熱導(dǎo)率為112Ｗ/(ｍ·Ｋ)，石墨烯導(dǎo)電薄膜21的導(dǎo)熱效果比橫金屬帶221和縱金屬帶222高的多，在石墨烯導(dǎo)電薄膜21的作用下，所述高溫聚丙烯金屬化薄膜的導(dǎo)熱性能顯著提高，使其能在120℃下仍能正常工作；并且，石墨烯導(dǎo)電薄膜21不存在絕緣缺陷，該高溫聚丙烯金屬化薄膜的絕緣缺陷主要其中在金屬區(qū)22，該高溫聚丙烯金屬化薄膜的導(dǎo)電層20不全部使用石墨烯導(dǎo)電薄膜21的原因是，一方面連續(xù)成卷的石墨烯導(dǎo)電薄膜21的成本非常高，采用多片石墨烯導(dǎo)電薄膜21串聯(lián)的方式不但降低了石墨烯導(dǎo)電薄膜21的原料成本，利用金屬區(qū)22來(lái)填充和連接相鄰的石墨烯導(dǎo)電薄膜21的制作方式還降低了石墨烯導(dǎo)電薄膜21的使用量，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。橫金屬帶221作為連接石墨烯導(dǎo)電薄膜21的過(guò)渡區(qū)，當(dāng)所述橫金屬帶221的厚度大于縱金屬帶222的厚度時(shí)，不但所述橫金屬帶221的制作工藝難度下降，而且在橫金屬帶221上不易出現(xiàn)絕緣缺陷，橫金屬帶221的耐電壓性能提升；縱金屬帶222的厚度小，縱金屬帶222具有保險(xiǎn)熔絲的作用，當(dāng)其中一個(gè)縱金屬帶222被擊穿，該縱金屬帶222自愈后發(fā)生斷路，在空白隔帶223的隔離下，該縱金屬帶222從整個(gè)金屬區(qū)22中隔開，不影響所述高溫聚丙烯金屬化薄膜的正常使用，其電容量略微下降。為保證縱金屬帶222能正常發(fā)揮其保險(xiǎn)熔絲的作用，避免橫金屬帶221被熔斷，在蒸鍍過(guò)程中必須保證縱金屬帶222的寬度要足夠小，即所述橫金屬帶221的寬度為a，所述縱金屬帶222的寬度為b，b＜a。采用多個(gè)縱金屬帶222的作用是，一方面避免其中一個(gè)縱金屬帶222熔斷后影響整個(gè)導(dǎo)電層20的導(dǎo)電能力，縱金屬帶222為帶狀，即保證其電荷在縱金屬帶222上的流通性，還保證縱金屬帶222在過(guò)載或擊穿時(shí)能順利及時(shí)的熔斷。

可利用壓敏膠將石墨烯導(dǎo)電薄膜21粘結(jié)在聚丙烯膜10上，該固定連接方式工藝簡(jiǎn)單，方便耗能少，方便連續(xù)化生產(chǎn)，但是由于石墨烯導(dǎo)電薄膜21結(jié)構(gòu)致密，必須對(duì)石墨烯導(dǎo)電薄膜21的內(nèi)側(cè)面進(jìn)行表面處理才能保證石墨烯導(dǎo)電薄膜21和聚丙烯膜10結(jié)合緊密。所述石墨烯導(dǎo)電薄膜21的內(nèi)側(cè)面表面處理過(guò)程如下：將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鈦酸四丁酯的乙醇溶液和四氯化鈦按照質(zhì)量比150:(1~1.1)的比例混合均勻制成處理劑，將處理劑涂覆在石墨烯導(dǎo)電薄膜21的內(nèi)側(cè)面后，在20~25℃的室內(nèi)干燥2~3h即成，干燥過(guò)程中室內(nèi)的相對(duì)濕度保持在40~50%。

實(shí)施例1

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鈦酸四丁酯的乙醇溶液（乙醇為溶劑）和四氯化鈦按照質(zhì)量比150:1的比例混合均勻制成處理劑，將處理劑涂覆在石墨烯導(dǎo)電薄膜21的內(nèi)側(cè)面，放在20℃的室內(nèi)干燥2h即成，干燥過(guò)程中室內(nèi)的相對(duì)濕度保持在50%。

其中，石墨烯導(dǎo)電薄膜21的內(nèi)側(cè)面經(jīng)過(guò)表面處理后，涂覆一層聚丙烯酸酯壓敏膠，再利用壓輥將石墨烯導(dǎo)電薄膜21粘結(jié)在聚丙烯膜10上，壓輥對(duì)石墨烯導(dǎo)電薄膜21和聚丙烯膜10的壓力為0.1kg/cm²。聚丙烯酸酯壓敏膠固化后，石墨烯導(dǎo)電薄膜21和聚丙烯膜10之間的剝離強(qiáng)度為12.6N/mm；而對(duì)石墨烯導(dǎo)電薄膜21的內(nèi)側(cè)面未進(jìn)行表面處理時(shí)石墨烯導(dǎo)電薄膜21和聚丙烯膜10之間的剝離強(qiáng)度為0.6N/mm。

實(shí)施例2

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鈦酸四丁酯的乙醇溶液（乙醇為溶劑）和四氯化鈦按照質(zhì)量比150:1.08的比例混合均勻制成處理劑，將處理劑涂覆在石墨烯導(dǎo)電薄膜21的內(nèi)側(cè)面，放在23℃的室內(nèi)干燥2.5h即成，干燥過(guò)程中室內(nèi)的相對(duì)濕度保持在45%。

其中，石墨烯導(dǎo)電薄膜21的內(nèi)側(cè)面經(jīng)過(guò)表面處理后，涂覆一層聚丙烯酸酯壓敏膠，再利用壓輥將石墨烯導(dǎo)電薄膜21粘結(jié)在聚丙烯膜10上，壓輥對(duì)石墨烯導(dǎo)電薄膜21和聚丙烯膜10的壓力為0.1kg/cm²。聚丙烯酸酯壓敏膠固化后，石墨烯導(dǎo)電薄膜21和聚丙烯膜10之間的剝離強(qiáng)度為13.5N/mm；而對(duì)石墨烯導(dǎo)電薄膜21的內(nèi)側(cè)面未進(jìn)行表面處理時(shí)石墨烯導(dǎo)電薄膜21和聚丙烯膜10之間的剝離強(qiáng)度為0.6N/mm。

實(shí)施例3

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的鈦酸四丁酯的乙醇溶液（乙醇為溶劑）和四氯化鈦按照質(zhì)量比150:1.1的比例混合均勻制成處理劑，將處理劑涂覆在石墨烯導(dǎo)電薄膜21的內(nèi)側(cè)面，放在25℃的室內(nèi)干燥3h即成，干燥過(guò)程中室內(nèi)的相對(duì)濕度保持在40%。

其中，石墨烯導(dǎo)電薄膜21的內(nèi)側(cè)面經(jīng)過(guò)表面處理后，涂覆一層聚丙烯酸酯壓敏膠，再利用壓輥將石墨烯導(dǎo)電薄膜21粘結(jié)在聚丙烯膜10上，壓輥對(duì)石墨烯導(dǎo)電薄膜21和聚丙烯膜10的壓力為0.1kg/cm²。聚丙烯酸酯壓敏膠固化后，石墨烯導(dǎo)電薄膜21和聚丙烯膜10之間的剝離強(qiáng)度為12.9N/mm；而對(duì)石墨烯導(dǎo)電薄膜21的內(nèi)側(cè)面未進(jìn)行表面處理時(shí)石墨烯導(dǎo)電薄膜21和聚丙烯膜10之間的剝離強(qiáng)度為0.6N/mm。

鈦酸四丁酯易吸收空氣中的水分從而水解生成極薄的氧化鈦膜，使石墨烯導(dǎo)電薄膜21的表面能提高，在氧化鈦膜作為載體的作用下，顯著提高石墨烯導(dǎo)電薄膜21和聚丙烯膜10之間的結(jié)合力。其中，四氯化鈦不但吸水與空氣中的水反應(yīng)生成氧化鈦和氯化氫，四氯化鈦水解產(chǎn)生的氧化鈦為母粒，會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)鈦酸四丁酯水解，促使鈦酸四丁酯水解出的氧化鈦圍繞著母粒形成氧化鈦膜；而生成的氯化氫會(huì)迅速吸收更多的水，使得鈦酸四丁酯的水解加速，通過(guò)控制環(huán)境中的相對(duì)濕度來(lái)控制氧化鈦膜的形成速度，避免氧化鈦膜的均勻性和穩(wěn)定性受到影響。聚丙烯酸酯壓敏膠具有良好的耐低溫、耐高溫性能，可凝揮發(fā)物和質(zhì)量損失率低，因此其熱穩(wěn)定性高，利用聚丙烯酸酯壓敏膠來(lái)粘接石墨烯導(dǎo)電薄膜21和聚丙烯膜10，不但能保證該高溫聚丙烯金屬化薄膜各項(xiàng)性能不受影響，并且其粘結(jié)工藝簡(jiǎn)單方便，使得該高溫聚丙烯金屬化薄膜的制作工藝難度降低，實(shí)施效果好。

綜上所述，由于普通金屬化薄膜的導(dǎo)電層全為金屬化鍍膜，絕緣缺陷較多，而該高溫聚丙烯金屬化薄膜相對(duì)于普通金屬化薄膜來(lái)說(shuō)，其導(dǎo)熱性好，耐高溫，在120℃下仍能正常工作，絕緣缺陷為：0~0.3個(gè)/m²，自愈性試驗(yàn)后電容量變化＜0.2%。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。