丙烯等规配位聚合催化剂及电容器膜基材iPP的制备技术研究进展

生产包括电容器膜基材iPP在内高端聚丙烯的关键技术是丙烯高等规聚合的高活性催化剂和先进聚合工艺。本文详细介绍了丙烯聚合催化剂的发展历程,包括高效Ziegler-Natta催化剂、茂金属催化剂和非茂金属催化剂,指出了在合成电容器基材iPP方面此三类催化剂的优缺点。阐述了烯烃聚合催化剂的近期发展动态:产生了在催化剂结构/组成中引入强吸电子基团有利于提高催化剂活性和聚烯烃分子量的新理论,发展了新一代烯烃聚合催化剂包括内外给电子体于同一分子的丙烯聚合催化剂和全杂环金属有机催化剂,提出了制备嵌端共聚烯烃的可逆“络合-断开”配位聚合新方法。基于丙烯聚合先进工艺,结合高端电容器膜基材iPP技术指标的严苛要求,分析了聚丙烯粉料和粒料中灰分产生的主要因素,建立了在聚丙烯粉料灭活之前进入复合有机溶剂洗涤工序的生产方法,制备合格的高端电容器膜基材i PP。

浅析电容器膜用聚丙烯的现状及发展

本文简要回顾了近年来电容器膜用聚丙烯原料在国内的发展情况,从供应和需求两个角度分析了国产电容器膜用聚丙烯原料的开发和应用难以取得进展的原因。也从生产、研发、应用、市场等多个维度分析了开发生产该产品的重要性,认为只有从原料端到终端全产业链协同开发才能更好地促进电容器膜原料的国产化,对产业自主发展具有重要意义。

中原石化使用HA-R催化剂生产电容器膜料

6月25日,中原石化使用HA-R催化剂成功生产出高质量的电容器膜料,标志着电容器膜料走向高端化,加快电容器膜料替代进口,实现国产化。HA-R催化剂具有高聚合活性、高立构定向性,与之前使用的HA催化剂相比,产出的聚丙烯膜料灰分更低,立构规整性更好,产品的结晶度更高,更有利于后续加工过程中提高拉伸的成膜率。

全膜脉冲电容器电热老化分析

全膜脉冲电容器是脉冲功率系统的重要储能单元,其寿命影响着整个系统的可靠性。在脉冲工况下,全膜脉冲电容器的失效多为突发失效,且寿命的分散性较大。为探究全膜脉冲电容器老化失效机理,开展了其寿命试验及电场与温度场的仿真。利用LTD基本放电单元(Brick)实验腔体对电容器进行寿命测试并获得失效电容器,分析了失效电容在不同故障形式下的失效原因,并利用有限元分析软件对电容器局部“电场易畸变”区域进行了电场仿真,说明上述区域存在的畸变电场是发生绝缘介质击穿的主要原因;对电容器进行温度场分析,发现电容器温度与充放电频率成正相关,温度最高点位于电容器几何中心处附近,在充放电频率较低时,电容器温升不明显,说明在较低充放电频率下,电容器绝缘介质老化以电老化为主,而非热老化。

电容器用介质薄膜多物理场下电导测量实验平台

金属化膜电容器具有更高的工作电压和储能密度,现阶段广泛应用于新能源电力系统中。然而这些应用场景对金属化膜电容器在复杂环境下的性能提出了更高的要求。其中介质薄膜作为核心元件,其电学性能直接关系到电容器的耐压程度和储能密度等重要参数,现有测量标准仅对室温下的介质薄膜进行电导测量,缺乏复杂环境对介质薄膜影响的测量方法。本文针对换流阀中电容器的应用场景,搭建多物理场下介质薄膜电导测量实验平台,模拟并扩大工况的环境范围,对介质薄膜施加电、热、力环境并准确测量泄漏电流。研究结果可以为介质薄膜改性提供指导方向。

高压全膜电力电容器热学数值模拟及实验研究

在设计高压电容器单元时,为了防止温度过高而引起薄膜电容鼓胀、击穿乃至爆炸等危险情况,有必要对其温升进行计算和校核。针对变电站补偿无功所使用的高压全膜电容器组,根据其几何结构与材料参数,设计一种包括热仿真边界条件的热学仿真模型,使用基于有限元方法的瞬态热仿真软件模块进行求解,得到电容器在热稳定状态下的整体温度云图;同时根据仿真结果,进一步分析3台电力电容器共同工作时的温度场分布;最后通过实验验证,研究对比电容器在额定工况下的内外部温度云图。仿真结果表明:电容器外部温度由头部至尾部呈上升后逐渐下降趋势,离底部约三分之一处温度最高,外壳底部温度略高于顶部;3台电容器同时工作时,外壳最高温度高出单台工作下外壁最高温度1.79℃。仿真与实验结果对比证明了建模方法的有效性。

脉冲用金属化膜电容器稳态热分析研究

在连续工作过程中,由于温度过高会影响金属化膜电容器的稳定性和安全性,有必要对其稳态进行热分析。通过有限元分析法和试验验证研究了一种脉冲用金属化膜电容器的稳态温度分布情况。分析了电容器内部热传导的过程,计算了电容器热传导载荷和散热边界条件,建立了电容器有限元仿真模型,对其施加热载荷情况下计算了内部温度分布情况,通过试验验证了仿真模型的正确性。并进一步分析了芯子卷绕参数和电容器工作周期对电容器内部温度分布的影响。结果显示:通过稳态热分析可以对电容器性能进行前置评估,对电容器优化设计有一定指导作用。

超高直流电场作用下金属化膜电容器的老化特性

为揭示超高直流电场作用下金属化膜电容器的老化特性,对电容器设备及其介质材料进行了研究。基于电容器的实际运行工况,对特殊设计的电容器元件在60℃下分别开展了直流场强为0En、1.4En、1.5En与1.6En的老化试验。对老化中的电容器元件电容量和老化失效后的基膜(双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜)进行测试。结果表明:电容器失效机理与老化电场有关,存在阈值电场。当老化电场低于阈值电场时,电容器发生长期失效,受到薄膜性能劣化的影响电容量降低,薄膜的电气强度随分子链段运动活化能的降低而降低;当老化电场高于阈值电场时,电容器发生短期故障,极高的电应力使薄膜介质原有的电弱点迅速击穿,自愈面积快速增大,设备寿命大幅缩短。

金属化膜电容器温升计算与优化

金属化膜电容器是由两张错开一定距离的金属化薄膜卷绕而成,薄膜表面真空蒸镀一层厚度为纳米级的导电金属层作为电极。金属化膜电容器内部没有传统的油浸电容器以铝箔、浸渍剂作为导热介质,内部温度梯度较大。温度是影响金属化膜电容器运行稳定性和使用寿命的重要因素,因此有必要对电容器温升进行研究,并对其进行优化改进。本文分析了电容器的损耗特性、热传导过程,给出一种简化模型的解析计算式,提出了温升的计算方法,且对电极镀层结构和参数进行了优化改进。研究结果表明:用渐变方阻局部温升性能更优,采用较厚的金属化薄膜及增大半径高度比值有利于降低电容器的温升。

金属化膜电容器自愈理论及规律研究

主要研究金属化膜电容器的自愈特性及影响自愈过程的关键因素。研究表明,降低自愈放电过程中的自愈能量,是提高金属化膜电容器工作寿命和可靠性的有效途径。通过分析金属化膜自愈的物理过程,采用电测量法对影响自愈过程的各种参数及其相关性规律进行研究。对方阻R>30/□的金属化膜,在场强200V/m时开始出现击穿并发生自愈,在600V/m附近时击穿概率达到80%,电容器在高场强下工作可靠性降低。自愈面积与自愈持续时间随着自愈能量的增加而增加,自愈能量与电压的二次方成正比、与方阻的二次方成反比,采用高方阻金属化膜可有效降低电容量损失,提高电容器寿命。层间压强增大,自愈能量减小,自愈面积和自愈持续时间减小,在这种情况下,电弧易熄灭,降低了电容量损失,提高了电容器工作可靠性。

基于金属化膜自愈特性的电容器寿命研究

金属化膜电容器具有高储能密度、高可靠性和高寿命特点。自愈是导致电容器电容量下降的主要原因。笔者分析金属化膜的自愈特性和电容量下降机制,通过研究自愈过程中的自愈面积、自愈能量和击穿电压的关联性,得出电压幅值和电压反峰比对电容器的寿命影响程度并归纳出经验公式。通过对金属化膜电容器的寿命测试,对经验公式中的系数进行拟合。最后得出不同电压幅值和不同电压反峰比下电容器寿命经验型预测公式。

高场强下金属化膜脉冲电容器失效的原因

试验并分析了在高场强及一定放电条件下金属化膜脉冲电容器失效的原因 ,初步探讨了其不同失效问题的解决方法 ,给出了金属化膜脉冲电容器应用于高场强领域的一些建议。

交流高压金属化膜电容器温升特性和优化设计

金属化膜电容器具有自愈特性,可用于较高的工作场强,具有较高的工作稳定性和储能密度。目前,金属化膜电容器在低压交直流滤波、脉冲放电领域已得到较为广泛的应用。而高压交流滤波领域目前还应用较少。文中的研究对象为应用于交流无功补偿场合的金属化膜电容器。由于温度过高会影响电容器运行稳定性和使用寿命,因此有必要对其运行时的温升特性进行研究,并基于降低电容器内部温升对其进行优化设计。分析了电容器内部的热传导过程,计算了电容器内部发热和表面散热,建立有限元仿真模型,对其在通过交流电流的情况下的内部温升进行了计算,并通过实验验证了计算模型的正确性。在此基础上,对电容器的结构和参数进行了优化设计。研究结果表明:在合适的范围内采用较厚的金属化膜,较小的膜宽和元件喷金端对外壳大面摆放有利于降低电容器内部温升。

高场强下金属化膜电容器绝缘电阻特性

分析了高电场强度下金属化膜电容器绝缘电阻的特点,得出高电场强度下金属化膜电容器绝缘电阻是电容器介质膜泄漏和自愈过程的综合反映。针对高场强下的应用条件提出一种金属化膜电容器绝缘电阻的测试方法,并对高场强下电容器的绝缘电阻进行测试。测试结果表明:在300～400V/μm工作场强范围内金属化膜电容器绝缘电阻随工作场强增大会急剧减小,由于自愈的作用,绝缘电阻下降幅度随场强增加会逐渐变缓;在20～50℃工作温度范围内,金属化膜电容器绝缘电阻随温度升高会急剧减小,同样由于自愈的作用,绝缘电阻下降幅度随温度增高会逐渐变缓。分析得出,高温高场强下金属化膜电容器介质膜泄漏将会导致电容器电压出现明显下降,影响电容器和脉冲功率系统的储能效率。

基于维纳过程金属化膜电容器的剩余寿命预测

金属化膜电容器是惯性约束聚变激光装置能源系统最重要的元器件,对个体电容器的剩余寿命进行有效的预测对整个装置的可靠性水平有着重要的影响。为有效地预测个体电容器的剩余寿命,提出了融合单个电容器性能退化数据与先验性能退化数据信息的预测方法。采用Wiener过程对其性能退化过程进行建模,并根据先验退化数据信息构造参数的先验分布,由Bayes方法融合个体退化数据实现剩余寿命的实时预测,通过一个实例表明了本文的研究意义和实用价值。

基于加速退化数据的金属化膜脉冲电容器可靠性分析

基于金属化膜脉冲电容器的失效机理,研究了基于加速退化数据的金属化膜脉冲电容器可靠性评估问题,给出了一个该型电容器的加速退化失效模型和参数统计推断方法。基于试验数据可求得该型电容器可靠性模型中未知参数的估计值分别为9.066 9×10-8和0.022 1,将该值代入失效分布函数即可确定电容器的失效模型,由此模型求得该型电容器充放电20 000次的可靠度为0.972 4。使用这种分析方式对金属化膜脉冲电容器进行可靠性分析将更能节省试验时间和费用。

高场强下金属化膜脉冲电容器特性的试验研究

介绍了金属化膜电容器的工作原理 ,研究了金属化膜脉冲电容器与箔式电容器工作特性的差别。并结合金属化膜电容器试品的解剖分析结果 。

基于性能退化数据的金属化膜电容器可靠性评估

在对激光惯性约束聚变试验装置所用金属化膜脉冲电容器进行可靠性分析时 ,利用假设其寿命分布为Weibull分布的传统可靠性分析方法所得结果不能满足工程要求 .作者通过分析电容的退化机理 ,给出了一个该型电容器的寿命分布模型 ,模型的求解是利用电容器的退化数据进行的 ,它具有比Weibull分布模型更为精确的特点 ,在工程实践中使用该模型对该型电容器进行可靠性分析可以大量的节约试验成本且结果精度更高 .

金属化膜脉冲电容器寿命特性

从热处理工艺、电极结构设计及工作场强等方面对电容器寿命性能加以分析与试验研究。结果表明:金属化膜电容器热处理温度的选择需要综合考虑膜的收缩以及电极厚度;对应不同方阻,热处理温度存在一个最优值,在该值下电容器可获得最佳的自愈性能,进而达到较长的工作寿命;在不同工作场强下,需权衡电极边缘局部放电以及膜中自愈产生的容量损失比例,优化电极结构。在电极结构、热处理工艺等参数优化设计的基础上,研制出的1.0 kJ/L电容器达到10 000次的大电流充放电寿命。