電暈處理用于聚丙烯薄膜的表面改性
聚丙烯薄膜材料以其優良的機械、電氣和化學性能,在高壓電力電容器領域中逐漸取代原有的電容器紙并得到了廣泛應用。采用純聚丙烯薄膜制作電容器時,主要工藝問題在于浸漬困難。當浸漬不充分時,殘留的微小氣隙在高場強下會產生局部放電,加速了介質的老化,長時間作用下會引起電容器絕緣介質擊穿,因此限制了電容器儲能密度的進一步提高。
為了提高聚丙烯薄膜的浸漬效果,傳統方法是采用晶型轉變粗化工藝對薄膜進行粗化以提高材料表面粗糙程度,進而改善薄膜層間的浸漬性能,但是材料表面粗糙度的增加在一定程度上會影響材料的介電強度。除了材料表面粗糙度之外,材料表面極性基團也會對薄膜表面浸潤性起到重要的作用,但由于聚丙烯薄膜表面缺乏極性基團,表面能相對較低,導致聚丙烯薄膜的浸潤性較差。因此,為了進一步改善聚丙烯材料浸潤效果,需要對材料進行表面改性處理,以提高薄膜表面活性。
電暈處理聚丙烯薄膜表面除了增加化學基團的含量外,還會對薄膜表面造成物理刻蝕,引起薄膜表面形貌的改變,從而影響聚丙烯薄膜的表面親水性。未經處理的聚丙烯粗化薄膜表面有明顯的顆粒狀突起,但薄膜自身比較致密,表面紋路很??;處理后的聚丙烯薄膜表面顆粒突起消失了,薄膜表面紋路更加突出,有明顯的紋路交錯。這表明經過電暈處理后,薄膜表面發生物理刻蝕,增大了表面的粗糙度。
電暈處理之后薄膜親水性有了很大的改變,這是薄膜表面發生變化的最直接的表現。一方面,DBCD放電產生的等離子體中含有大量的活性高能粒子(包含各種自由基,特別是含氧自由基)和射線。這些高能粒子轟擊材料表面時傳遞能量,將聚丙烯薄膜中的C―C鍵和C―H鍵打開,從而使材料表面產生大量自由基,相鄰高分子自由基可能復合而交聯,或者與等離子體中活性粒子反應生成一系列新的基團,也可能與接觸到的空氣中的氧氣反應,從而在高分子材料表面引入親水性較強的含氧基團。另一方面,等離子體中的高能粒子撞擊材料表面,也會讓材料表面發生物理刻蝕,這使得材料表面的粗糙度有所增加。親水性含氧基團和少量含氮的親水性基團的引入,以及材料表面粗糙程度的增加,使得聚丙烯薄膜的親水性和潤濕性大幅增加。宏觀表現為電暈處理后聚丙烯薄膜的表面親水性有很大提高。
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