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电晕处理用于聚丙烯薄膜的表面改性

2021-12-30【

聚丙烯薄膜材料以其优良的机械、电气和化学性能,在高压电力电容器领域中逐渐取代原有的电容器纸并得到了广泛应用。采用纯聚丙烯薄膜制作电容器时,主要工艺问题在于浸渍困难。当浸渍不充分时,残留的微小气隙在高场强下会产生局部放电,加速了介质的老化,长时间作用下会引起电容器绝缘介质击穿,因此限制了电容器储能密度的进一步提高。

为了提高聚丙烯薄膜的浸渍效果,传统方法是采用晶型转变粗化工艺对薄膜进行粗化以提高材料表面粗糙程度,进而改善薄膜层间的浸渍性能,但是材料表面粗糙度的增加在一定程度上会影响材料的介电强度。除了材料表面粗糙度之外,材料表面极性基团也会对薄膜表面浸润性起到重要的作用,但由于聚丙烯薄膜表面缺乏极性基团,表面能相对较低,导致聚丙烯薄膜的浸润性较差。因此,为了进一步改善聚丙烯材料浸润效果,需要对材料进行表面改性处理,以提高薄膜表面活性。

电晕处理聚丙烯薄膜表面除了增加化学基团的含量外,还会对薄膜表面造成物理刻蚀,引起薄膜表面形貌的改变,从而影响聚丙烯薄膜的表面亲水性。未经处理的聚丙烯粗化薄膜表面有明显的颗粒状突起,但薄膜自身比较致密,表面纹路很小;处理后的聚丙烯薄膜表面颗粒突起消失了,薄膜表面纹路更加突出,有明显的纹路交错。这表明经过电晕处理后,薄膜表面发生物理刻蚀,增大了表面的粗糙度。

电晕处理之后薄膜亲水性有了很大的改变,这是薄膜表面发生变化的最直接的表现。一方面,DBCD放电产生的等离子体中含有大量的活性高能粒子(包含各种自由基,特别是含氧自由基)和射线。这些高能粒子轰击材料表面时传递能量,将聚丙烯薄膜中的C―C键和C―H键打开,从而使材料表面产生大量自由基,相邻高分子自由基可能复合而交联,或者与等离子体中活性粒子反应生成一系列新的基团,也可能与接触到的空气中的氧气反应,从而在高分子材料表面引入亲水性较强的含氧基团。另一方面,等离子体中的高能粒子撞击材料表面,也会让材料表面发生物理刻蚀,这使得材料表面的粗糙度有所增加。亲水性含氧基团和少量含氮的亲水性基团的引入,以及材料表面粗糙程度的增加,使得聚丙烯薄膜的亲水性和润湿性大幅增加。宏观表现为电晕处理后聚丙烯薄膜的表面亲水性有很大提高。




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