JP7743700B2 - Polypropylene film, metal film laminated film using same, and film capacitor - Google Patents
Polypropylene film, metal film laminated film using same, and film capacitorInfo
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Description
本発明は、特にコンデンサ用途に適して用いられるポリプロピレンフィルムに関する。 The present invention relates to a polypropylene film that is particularly suitable for use in capacitors.
ポリプロピレンフィルムは、透明性、機械特性、電気特性等に優れるため、包装用途、テープ用途、ケーブルラッピングやコンデンサをはじめとする電気用途等の様々な用途に用いられている。 Polypropylene film has excellent transparency, mechanical properties, and electrical properties, making it suitable for a variety of applications, including packaging, tape, cable wrapping, and electrical applications such as capacitors.
この中でもコンデンサ用途においては、その優れた耐電圧性、低損失特性から直流、交流に限らず高電圧コンデンサ用にポリプロピレンフィルムは特に好ましく用いられている。 Among these, polypropylene film is particularly preferred for use in capacitors, both for DC and AC high-voltage capacitors, due to its excellent voltage resistance and low loss characteristics.
最近では、各種電気機器がインバーター化されつつあり、それに伴いコンデンサの小型化、大容量化の要求が一層強まってきている。そのような分野、特に自動車用途(ハイブリッドカー用途含む)や太陽光発電、風力発電用途からの要求を受け、ポリプロピレンフィルムとしても薄膜化と絶縁破壊電圧の向上、高温環境で長時間の使用において特性を維持できる優れた信頼性が必須な状況となってきている。 Recently, various electrical devices have been converted to inverters, which has led to an even stronger demand for smaller capacitors with higher capacitance. Demand from these fields, particularly in automotive applications (including hybrid cars), solar power generation, and wind power generation, has made it essential for polypropylene film to be thinner, have improved breakdown voltage, and be highly reliable, able to maintain its properties even when used for long periods in high-temperature environments.
ポリプロピレンフィルムは、ポリオレフィン系フィルムの中では耐熱性および絶縁破壊電圧は高いとされている。一方で、前記の分野への適用に際しては使用環境温度での優れた寸法安定性と使用環境温度より10~20℃高い領域でも耐電性などの電気的性能として安定した性能を発揮することが重要である。ここで耐熱性という観点では、将来的に、シリコンカーバイト(SiC)を用いたパワー半導体用途を考えた場合、使用環境温度がより高温になるといわれている。コンデンサとしてさらなる高耐熱化と高い耐電圧性の要求から、110℃を超えた高温環境下でのフィルムの絶縁破壊電圧の向上が求められている。しかしながら、非特許文献1に記載のように、ポリプロピレンフィルムの使用温度上限は約110℃といわれており、このような温度環境下において絶縁破壊電圧を安定して維持することは極めて困難であった。 Among polyolefin-based films, polypropylene film is said to have high heat resistance and breakdown voltage. However, when applied to the aforementioned fields, it is important that it exhibits excellent dimensional stability at the ambient temperature of use and stable electrical performance, such as electrical resistance, even at temperatures 10 to 20°C higher than the ambient temperature. From the perspective of heat resistance, it is expected that the ambient temperature of use will become even higher in the future when considering power semiconductor applications using silicon carbide (SiC). Due to the demand for even higher heat resistance and high voltage resistance in capacitors, there is a need to improve the breakdown voltage of films in high-temperature environments exceeding 110°C. However, as described in Non-Patent Document 1, the upper limit of the operating temperature for polypropylene film is said to be approximately 110°C, and it has been extremely difficult to maintain a stable breakdown voltage in such a temperature environment.
またフィルムを蒸着加工する過程でも、輻射熱による熱履歴を受けてフィルムの配向が緩和する場合があるため、熱に対して不安定なフィルムは本来フィルムが有する耐電圧性能をコンデンサとして十分発揮することが困難であった。 In addition, during the vapor deposition process, the film's orientation can relax due to the thermal history caused by radiant heat, making it difficult for a film that is unstable to heat to fully utilize its inherent voltage resistance performance as a capacitor.
これまでポリプロピレンフィルムを薄膜でかつ、コンデンサとしたときの高温環境下で優れた性能を得るための手法として、例えば、フィルムを構成するポリプロピレン樹脂のメソペンタッド分率などの原料特性と面配向係数を制御することで、耐熱性および剛性を向上させる提案(例えば、特許文献1)、またポリプロピレン樹脂のメソペンタッド分率と、フィルム流れ方向に対して直角となる方向の配向係数および、面配向係数を制御することで、剛性を向上させるフィルムの提案がなされている(例えば、特許文献2)。更には、結晶配向度、熱収縮率などを制御することで高温環境下での耐電圧性を向上させることが提案(例えば、特許文献3)、原料組成とα型結晶の配向を高める事により耐熱性を向上させる提案がなされている(例えば、特許文献4)。 In order to obtain excellent performance in high-temperature environments when polypropylene film is used as a thin film capacitor, various methods have been proposed, such as improving heat resistance and rigidity by controlling the raw material properties, such as the mesopentad fraction, and the planar orientation coefficient of the polypropylene resin that makes up the film (see, for example, Patent Document 1). Another proposal has been made to improve rigidity by controlling the mesopentad fraction of the polypropylene resin, the orientation coefficient perpendicular to the film flow direction, and the planar orientation coefficient (see, for example, Patent Document 2). Furthermore, it has been proposed to improve voltage resistance in high-temperature environments by controlling the degree of crystal orientation and heat shrinkage rate (see, for example, Patent Document 3), and to improve heat resistance by increasing the raw material composition and the orientation of α-type crystals (see, for example, Patent Document 4).
しかしながら、特許文献1に記載のポリプロピレンフィルムは、フィルムの突起高さが十分でなく、特に蒸着工程においてシワが発生する場合や、コンデンサ化した際に信頼性が悪化する場合があった。さらに特許文献2に記載のポリプロピレンフィルムは高温環境下での使用は想定されておらず、110℃を超える温度帯においてコンデンサ耐電圧や信頼性が損なわれる場合があった。さらに特許文献3に記載のポリプロピレンフィルムは110℃の高温環境下での絶縁破壊電圧は十分だが、110℃を超える高温環境下での絶縁破壊電圧や剛性については改善の余地がある状態であった。特許文献4に記載のポリプロピレンフィルムは、高温環境下での使用は想定されておらず、110℃を超える温度帯において、コンデンサ耐電圧や信頼性が損なわれる場合があった。 However, the polypropylene film described in Patent Document 1 does not have sufficient projection height, which can lead to wrinkles, particularly during the vapor deposition process, and can result in reduced reliability when made into a capacitor. Furthermore, the polypropylene film described in Patent Document 2 is not intended for use in high-temperature environments, and capacitor withstand voltage and reliability can be impaired at temperatures above 110°C. Furthermore, the polypropylene film described in Patent Document 3 has sufficient breakdown voltage in high-temperature environments of 110°C, but there is room for improvement in terms of breakdown voltage and rigidity in high-temperature environments above 110°C. The polypropylene film described in Patent Document 4 is not intended for use in high-temperature environments, and capacitor withstand voltage and reliability can be impaired at temperatures above 110°C.
そこで、本発明は、高温環境での耐電圧特性・信頼性に優れ、高温度・高電圧下で用いられるコンデンサ用途等に好適な、熱に対する安定性に優れた構造を有し、適度な加工性を得られるポリプロピレンフィルムを提供することを目的とし、また、それを用いた金属膜積層フィルムおよびフィルムコンデンサを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a polypropylene film that has excellent voltage resistance and reliability in high-temperature environments, has a structure with excellent heat stability, and is suitable for applications such as capacitors used at high temperatures and high voltages, and has suitable processability. It also aims to provide a metal film-laminated film and a film capacitor using the same.
本発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意検討を重ね、以下の本発明に至った。本発明は、125℃で60分加熱後のポリプロピレンフィルムを広角X線回折で測定したとき、α晶(110)面の結晶配向度が0.73以上であり、150℃で10分加熱後のフィルムを室温で引っ張り試験したときのフィルム長手方向の伸度5%時の応力(F5MD)と、150℃、10分加熱後のフィルムを室温で引っ張り試験したときのフィルム幅方向の伸度5%時の応力(F5TD)との和が150MPa以上であるポリプロピレンフィルム、である。 The inventors conducted extensive research to solve the above problems and arrived at the following invention. The present invention is a polypropylene film in which, when measured by wide-angle X-ray diffraction after heating at 125°C for 60 minutes, the degree of crystal orientation of the α crystal (110) plane is 0.73 or more, and when the film is heated at 150°C for 10 minutes and then subjected to a tensile test at room temperature, the sum of the stress at an elongation of 5% in the longitudinal direction of the film (F5MD) and the stress at an elongation of 5% in the transverse direction of the film (F5TD) is 150 MPa or more when the film is heated at 150°C for 10 minutes and then subjected to a tensile test at room temperature.
本発明により、高温環境での耐電圧特性・信頼性に優れ、高温度・高電圧下で用いられるコンデンサ用途等に好適な、熱に対して構造安定性に優れ、蒸着工程を含む搬送工程においてシワの発生が少ない適度な加工性を得られるポリプロピレンフィルムが提供される。また、それを用いた金属膜積層フィルムおよびフィルムコンデンサが提供される。 The present invention provides a polypropylene film that has excellent voltage resistance and reliability in high-temperature environments, is suitable for applications such as capacitors used at high temperatures and high voltages, has excellent structural stability against heat, and is suitable for processability with minimal wrinkling during transportation processes, including vapor deposition. Also provided are a metal film-laminated film and a film capacitor using the film.
本発明者らは、前述の課題を解決するため鋭意検討を重ね、上記特許文献1~4に記載のポリプロピレンフィルムが高温環境下において絶縁破壊電圧、並びにコンデンサとしたときの高温環境での耐電圧特性・信頼性・加工性が十分でない理由について、以下のように考えた。 The inventors conducted extensive research to solve the above-mentioned problems, and came to the following conclusions about why the polypropylene films described in Patent Documents 1 to 4 above do not have sufficient breakdown voltage in high-temperature environments, and why, when used as capacitors, they do not have sufficient voltage resistance, reliability, or processability in high-temperature environments.
すなわち、特許文献1に記載のポリプロピレンフィルム表面が平滑化であるため十分な易滑性が得られない場合があり、また高温環境での耐電圧性を想定してみると、使用する原料のメソペンタッド分率が低く、フィルム製膜における横延伸時の熱処理が不適であり、横延伸後の熱処理温度で徐冷処理が施されていないことからフィルムに可動非晶成分が多く存在するため高温での絶縁破壊電圧が低くなることがあると考えた。特許文献2のポリプロピレンフィルムは、高温環境下での使用は想定されておれず、フィルム製膜における縦延伸倍率と横延伸倍率が十分ではなく、高温環境下で非晶鎖が配向緩和して耐電圧が低下する場合があることが問題と考えた。特許文献3に記載のポリプロピレンフィルムは、コンデンサとして110℃環境での耐電圧性および信頼性については十分ともいえるが、更に高温環境での耐電圧性を想定してみると、フィルム製膜における延伸倍率と熱処理、分子鎖の配向と構造の固定が必ずしも十分ではなく、より高い温度でフィルムの非晶鎖が配向緩和し耐電圧が低下することに問題があると考えた。特許文献4は、分子鎖の配向を高め、耐熱性を向上させているものの、ハンドリング性、加工性向上も考慮した原料組成になっておらず、またフィルム製膜における延伸倍率と熱処理、分子鎖の配向と構造の固定が必ずしも十分では無いため、ハンドリング性、素子加工性に劣り、また高温環境下での剛性が十分でないため、それに伴い耐電圧が低下することに問題があると考えた。 In other words, the polypropylene film described in Patent Document 1 has a smooth surface, which may not provide sufficient slipperiness. Furthermore, considering voltage resistance in high-temperature environments, the low mesopentad fraction of the raw materials used, inappropriate heat treatment during transverse stretching during film formation, and lack of slow cooling at the heat treatment temperature after transverse stretching may result in a high concentration of mobile amorphous components in the film, potentially resulting in low breakdown voltage at high temperatures. The polypropylene film described in Patent Document 2 was not designed for use in high-temperature environments, and the longitudinal and transverse stretching ratios during film formation were insufficient, potentially resulting in a reduction in voltage resistance due to the orientation relaxation of amorphous chains in high-temperature environments. The polypropylene film described in Patent Document 3 appears to have sufficient voltage resistance and reliability for use as a capacitor in a 110°C environment. However, considering voltage resistance in even higher-temperature environments, the stretching ratio and heat treatment during film formation, as well as the molecular chain orientation and structural fixation, are not necessarily sufficient, resulting in a reduction in the orientation relaxation of the amorphous chains in the film at higher temperatures, potentially resulting in a reduction in voltage resistance. Although Patent Document 4 enhances the orientation of molecular chains and improves heat resistance, the raw material composition does not take into consideration improved handleability and processability, and the stretching ratio and heat treatment during film production, as well as the orientation of molecular chains and fixation of the structure, are not necessarily sufficient, resulting in poor handleability and device processability. In addition, the rigidity in high-temperature environments is insufficient, resulting in a corresponding decrease in voltage resistance, which is thought to be a problem.
以上の考察を踏まえて、本発明者らはさらに検討を重ね、125℃、60分加熱後のフィルムを広角X線回折で測定したとき、α晶(110)面の結晶配向度を0.73以上とし、150℃、10分加熱後のフィルムを室温で引っ張り試験したときのフィルム長手方向の伸度5%時の応力(F5MD)(MPa)と、150℃、10分加熱後のフィルムを室温で引っ張り試験したときのフィルム幅方向の伸度5%時の応力(F5TD)(MPa)の和を150MP以上とすることにより上記課題を解決できることを見出した。 Based on the above considerations, the inventors conducted further research and found that the above problem can be solved by ensuring that, when a film is heated at 125°C for 60 minutes and then measured by wide-angle X-ray diffraction, the degree of crystal orientation of the α crystal (110) plane is 0.73 or more, and that when a film is heated at 150°C for 10 minutes and then subjected to a tensile test at room temperature, the sum of the stress (F5MD) (MPa) at an elongation of 5% in the longitudinal direction of the film and the stress (F5TD) (MPa) at an elongation of 5% in the transverse direction of the film when a tensile test is performed at room temperature after heating at 150°C for 10 minutes is 150 MPa or more.
つまり本発明は、125℃で60分加熱後のポリプロピレンフィルムを広角X線回折で測定したとき、α晶(110)面の結晶配向度が0.73以上であり、150℃で10分加熱後のフィルムを室温で引っ張り試験したときのフィルム長手方向の伸度5%時の応力(F5MD)と、150℃、10分加熱後のフィルムを室温で引っ張り試験したときのフィルム幅方向の伸度5%時の応力(F5TD)との和が150MPa以上であるポリプロピレンフィルム、である。 In other words, the present invention is a polypropylene film in which, when measured by wide-angle X-ray diffraction after heating at 125°C for 60 minutes, the degree of crystal orientation of the α crystal (110) plane is 0.73 or more, and when the film is heated at 150°C for 10 minutes and then subjected to a tensile test at room temperature, the sum of the stress at an elongation of 5% in the longitudinal direction of the film (F5MD) and the stress at an elongation of 5% in the width direction of the film (F5TD) is 150 MPa or more when the film is heated at 150°C for 10 minutes and then subjected to a tensile test at room temperature.
以下、本発明について詳細に説明する。なお、本発明において「以上」とは、そこに示す数値と同じかまたはそれよりも大きいことを意味する。また、「以下」とは、そこに示す数値と同じかまたはそれよりも小さいことを意味する。また、「室温」とは、23℃を意味する。 The present invention will be explained in detail below. In this specification, "above" means the same as or greater than the indicated numerical value. Also, "below" means the same as or smaller than the indicated numerical value. Furthermore, "room temperature" means 23°C.
本明細書において、以下ポリプロピレンフィルムを単にフィルムと称する場合がある。なお、本発明のポリプロピレンフィルムは、微多孔フィルムではないので、多数の空孔を有していない。つまり本発明のポリプロピレンフィルムとは、微多孔フィルム以外のポリプロピレンフィルムを意味する。ここで微多孔フィルムとは、フィルムの両表面を貫通し、JIS P 8117(2009)のB形ガーレー試験器を用いて、23℃、相対湿度65%にて、100mlの空気の透過時間で5,000秒/100ml以下の透気性を有する孔構造を有するフィルムと定義する。 In this specification, polypropylene film may be referred to simply as film. The polypropylene film of the present invention is not a microporous film and therefore does not have numerous pores. In other words, the polypropylene film of the present invention refers to a polypropylene film other than a microporous film. Here, a microporous film is defined as a film having a pore structure that penetrates both surfaces of the film and has an air permeability of 5,000 seconds/100 ml or less, measured at 23°C and 65% relative humidity using a Type B Gurley tester according to JIS P 8117 (2009), when measuring the air permeation time of 100 ml of air.
本発明のポリプロピレンフィルムは、125℃で60分加熱後のフィルムを広角X線回折で測定したとき、α晶(110)面の結晶配向度が0.73以上である。この結晶配向度を0.73以上、より好ましくは0.75以上、さらに好ましくは0.78以上、さらに好ましくは0.81以上とすることで、フィルムを構成する結晶構造の配向秩序性が高く保たれ、部分的に絶縁破壊しやすい箇所が発生するのを抑え、コンデンサとした場合に高温環境下においても容量低下やショート破壊を抑え、耐電圧性の低下を抑え、高い信頼性を得ることができる。 The polypropylene film of the present invention has a crystal orientation degree of 0.73 or more in the α-crystal (110) plane when the film is heated at 125°C for 60 minutes and then measured by wide-angle X-ray diffraction. By achieving a crystal orientation degree of 0.73 or more, more preferably 0.75 or more, even more preferably 0.78 or more, and even more preferably 0.81 or more, the orientation order of the crystalline structure constituting the film is maintained at a high level, preventing the occurrence of areas prone to partial dielectric breakdown. When used as a capacitor, this prevents capacity loss and short-circuit breakdown even in high-temperature environments, prevents a decrease in voltage resistance, and ensures high reliability.
一方、二軸延伸後に安定してフィルムを得る観点から、125℃で60分加熱後のポリプロピレンフィルムを広角X線回折で測定したときのα晶(110)面の結晶配向度は0.95以下が好ましい。また、当該α晶(110)面の結晶配向度の下限は特に制限されないが、フィルムを構成する結晶構造の配向秩序性の乱れを軽減し、部分的に絶縁破壊しやすい箇所が生じるのを抑える観点から0.60となる。 On the other hand, from the viewpoint of obtaining a stable film after biaxial stretching, the degree of crystal orientation of the α-crystal (110) plane when the polypropylene film is heated at 125°C for 60 minutes and then measured by wide-angle X-ray diffraction is preferably 0.95 or less. There is no particular lower limit for the degree of crystal orientation of the α-crystal (110) plane, but it is set to 0.60 from the viewpoint of reducing disorder in the orientation order of the crystalline structure that constitutes the film and preventing the occurrence of areas prone to electrical breakdown.
上記のような、125℃で60分加熱後のフィルムを広角X線回折で測定したときのα晶(110)面の結晶配向度は、後述するように、例えばポリプロピレン原料A(ポリプロピレン樹脂(A)ということもある。後述するポリプロピレン原料(B)、ポリプロピレン原料(C)についても同様とする。)として高メソペンタッド分率、かつ冷キシレン可溶部(CXS)が3.0質量%未満の原料を使用し、長手方向の延伸前に1.01倍以上1.10倍以下の予備延伸を施し、二軸延伸時に面積延伸倍率を60倍以上、好ましくは65倍以上で、かつ幅方向の延伸倍率は11.0倍以上とし、二軸延伸後の熱固定処理および弛緩処理工程において、まず、幅方向の延伸温度より低温での熱処理(1段目)をしながら弛緩処理を行い、次いでフィルムを幅方向に緊張を保ったまま前記1段目の熱処理温度より低温で145℃以上の熱処理(2段目)、さらに80℃以上で前記2段目の熱処理温度未満の条件で熱処理(3段目)を施す多段方式の熱固定処理および弛緩処理をフィルムに適宜施すことにより得ることが可能である。 The degree of crystal orientation of the α crystal (110) plane when the film after heating at 125°C for 60 minutes was measured by wide-angle X-ray diffraction as described above was, as will be described later, when, for example, polypropylene raw material A (sometimes referred to as polypropylene resin (A); the same applies to polypropylene raw material (B) and polypropylene raw material (C) described later) is used, which has a high mesopentad fraction and a cold xylene solubles (CXS) content of less than 3.0 mass%, is pre-stretched by 1.01 times or more and 1.10 times or less before longitudinal stretching, and the areal stretching ratio during biaxial stretching is 60. The stretch ratio in the width direction is set to 11.0 times or more, preferably 65 times or more, and the stretch ratio in the width direction is set to 11.0 times or more. In the heat setting and relaxation treatment steps after biaxial stretching, the film is first heat-treated at a temperature lower than the width direction stretching temperature (first stage) while undergoing relaxation treatment, and then heat-treated at a temperature lower than the first heat treatment temperature of 145°C or higher (second stage) while maintaining tension in the width direction, and then heat-treated at a temperature higher than the second heat treatment temperature of 80°C or higher (third stage) to obtain the desired film.
本発明のポリプロピレンフィルムは、150℃で10分加熱後のフィルムを室温で引っ張り試験したときのフィルム長手方向の伸度5%時の応力(F5MD)と、同条件で加熱後のフィルムを室温で引っ張り試験したときのフィルム幅方向の伸度5%時の応力(F5TD)との和が150MPa以上である。F5MDとF5TDとの和を150MPa以上、より好ましくは170MPa以上、さらに好ましくは180MPa以上、さらに好ましくは190MPa以上とすることで、高温環境下での剛性を有し、コンデンサとした場合に高い信頼性を得ることができる。 The polypropylene film of the present invention has a sum of the stress at 5% elongation in the longitudinal direction of the film (F5MD) when the film is heated at 150°C for 10 minutes and then subjected to a tensile test at room temperature, and the stress at 5% elongation in the transverse direction of the film (F5TD) when the film is heated under the same conditions and then subjected to a tensile test at room temperature, of 150 MPa or more. By making the sum of F5MD and F5TD 150 MPa or more, more preferably 170 MPa or more, even more preferably 180 MPa or more, and even more preferably 190 MPa or more, the film will have rigidity in high-temperature environments and will achieve high reliability when used as a capacitor.
一方、F5MDとF5TDとの和は、300MPa以下が好ましい。300MPa以下とすることで、フィルムの製膜工程にて破断し製膜性が低下するのを抑えることができる。 On the other hand, the sum of F5MD and F5TD is preferably 300 MPa or less. By keeping it 300 MPa or less, it is possible to prevent the film from breaking during the film-forming process and reducing its formability.
上記のような範囲のF5MDとF5TDとの和は、後述するように、例えばポリプロピレン原料Aとして高メソペンタッド分率、かつ冷キシレン可溶部(CXS)が3.0質量%未満の原料を使用し、長手方向の延伸前に1.01倍以上1.10倍以下の予備延伸を施し、二軸延伸時に面積延伸倍率を65倍以上で、かつ幅方向の延伸倍率は11.0倍以上とし、二軸延伸後の熱固定処理および弛緩処理工程において、まず、幅方向の延伸温度より低温での熱処理(1段目)をしながら弛緩処理を行い、次いでフィルムを幅方向に緊張を保ったまま前記1段目の熱処理温度より低温で145℃以上の熱処理(2段目)、さらに80℃以上で前記2段目の熱処理温度未満の条件で熱処理(3段目)を施す多段方式の熱固定処理および弛緩処理をフィルムに適宜施すことにより得ることが可能である。 The sum of F5MD and F5TD within the above range can be achieved, as described below, by using, for example, polypropylene raw material A having a high mesopentad fraction and less than 3.0% by mass of cold xylene solubles (CXS), pre-stretching the film to 1.01 to 1.10 times before longitudinal stretching, biaxially stretching the film to an areal stretch ratio of 65 times or more and a width stretch ratio of 11.0 times or more, and then, in the heat setting and relaxation treatment steps after biaxial stretching, first performing a heat treatment (first stage) at a temperature lower than the width direction stretching temperature while performing a relaxation treatment, followed by a heat treatment (second stage) at a temperature lower than the first heat treatment temperature of 145°C or higher while maintaining tension in the width direction, and then a further heat treatment (third stage) at 80°C or higher but lower than the second heat treatment temperature.
ここで本発明のポリプロピレンフィルムにおいて、「長手方向」とは、フィルム製造工程における流れ方向に対応する方向(以降、「MD」という場合がある)であり、「幅方向」とは、前記のフィルム製造工程における流れ方向と直交する方向(以降、「TD」という場合がある)である。フィルムサンプルがリール、ロール等の形状の場合はフィルム巻き取り方向が長手方向といえる。一方、フィルムの外観からは何れの方向がフィルム製造工程における流れ方向に対応する方向であるかが不明なフィルムの場合は、スリット状のフィルム片をサンプリングして引張り試験器にて破断強度を求め、最大の破断強度を与える方向を、そのフィルム幅方向および主配向方向とみなし、そのフィルム幅方向に直交する方向を長手方向および主配向方向と直交する方向とみなす。詳細は後述するが、サンプルの幅が50mm未満で引張り試験器では破断強度を求めることができない場合は、広角X線によるα晶(110)面の結晶配向を次のように測定し、下記の判断基準に基づいてフィルム長手および幅方向とする。すなわち、フィルム表面に対して垂直方向にX線(CuKα線)を入射し、2θ=約14°(α晶(110)面)における結晶ピークを円周方向にスキャンし、得られた回折強度分布の回折強度が最も高い方向をフィルム幅方向および主配向方向とし、それと直交する方向を長手方向および主配向方向と直交する方向とする。 In the polypropylene film of the present invention, the "longitudinal direction" refers to the direction corresponding to the flow direction in the film manufacturing process (hereinafter sometimes referred to as "MD"), and the "width direction" refers to the direction perpendicular to the flow direction in the film manufacturing process (hereinafter sometimes referred to as "TD"). When a film sample is in the form of a reel, roll, or the like, the film winding direction can be considered the longitudinal direction. On the other hand, for films where it is unclear from the appearance which direction corresponds to the flow direction in the film manufacturing process, a slit-shaped film piece is sampled and its breaking strength is determined using a tensile tester. The direction giving the maximum breaking strength is considered to be the width direction and main orientation direction of the film, and the direction perpendicular to the width direction of the film is considered to be the longitudinal direction and the direction perpendicular to the main orientation direction. As will be described in detail later, if the sample width is less than 50 mm and breaking strength cannot be determined using a tensile tester, the crystal orientation of the α-crystal (110) plane is measured using wide-angle X-rays as follows, and the longitudinal and width directions of the film are determined based on the following criteria. That is, X-rays (CuKα rays) are incident perpendicular to the film surface, and the crystal peak at 2θ = approximately 14° (α crystal (110) plane) is scanned in the circumferential direction. The direction with the highest diffraction intensity in the obtained diffraction intensity distribution is defined as the film's width direction and main orientation direction, and the direction perpendicular to this is defined as the longitudinal direction and the direction perpendicular to the main orientation direction.
本発明のポリプロピレンフィルムは直鎖状のポリプロピレン樹脂を主成分とすることが好ましい。ここで主成分とは、ポリプロピレンフィルムを構成する成分のうち最も質量分率の高いもの(含有量の多いもの)をいう。 The polypropylene film of the present invention preferably contains a linear polypropylene resin as its main component. Here, "main component" refers to the component with the highest mass fraction (highest content) among the components constituting the polypropylene film.
以下、ポリプロピレンフィルムを単にフィルムと称することがある。 Hereinafter, polypropylene film may be simply referred to as film.
ポリプロピレン樹脂は、主としてプロピレンの単独重合体からなるが、本発明の目的を損なわない範囲で他の不飽和炭化水素による共重合成分が用いられてもよいし、プロピレンの単独重合体ではない重合体がブレンドされていてもよい。このような共重合成分やブレンド物を構成するプロピレン以外の単量体成分として例えばエチレン、1-ブテン、1-ペンテン、3-メチルペンテン-1、3-メチルブテンー1、1-ヘキセン、4-メチルペンテン-1、5-エチルヘキセン-1、1-オクテン、1-デセン、1-ドデセン、ビニルシクロヘキセン、スチレン、アリルベンゼン、シクロペンテン、ノルボルネン、5-メチル-2-ノルボルネンなどが挙げられる。 Polypropylene resins are primarily composed of propylene homopolymers, but copolymerization components based on other unsaturated hydrocarbons may be used, or polymers other than propylene homopolymers may be blended, as long as the objectives of the present invention are not impaired. Examples of monomer components other than propylene that make up such copolymerization components or blends include ethylene, 1-butene, 1-pentene, 3-methylpentene-1, 3-methylbutene-1, 1-hexene, 4-methylpentene-1, 5-ethylhexene-1, 1-octene, 1-decene, 1-dodecene, vinylcyclohexene, styrene, allylbenzene, cyclopentene, norbornene, and 5-methyl-2-norbornene.
プロピレン成分以外の共重合量またはブレンド量は、絶縁破壊電圧、耐熱性の点から、共重合量としては1mol%以下とすることが好ましく、ブレンド量ではプロピレン以外の成分の量としてフィルムを構成する樹脂全体の1質量%以下とすることが好ましい。 From the standpoint of dielectric breakdown voltage and heat resistance, the copolymerization amount or blend amount of components other than propylene is preferably 1 mol% or less, and the blend amount is preferably 1 mass% or less of the total resin constituting the film as the amount of components other than propylene.
本発明のポリプロピレンフィルムは、その重量平均分子量Mwおよびz+1平均分子量Mz+1に対してMz+1/Mwが3以上10以下であることが好ましい。Mz+1/Mwを10以下、より好ましくは7.9以下、さらに好ましくは6.9以下、特に好ましくは6.5以下、最も好ましくは6.1以下とすることで、分子量分布が狭くフィルムの構造としても局所的なムラの少ない均一な構造となり、熱収縮を抑え、また高温環境下での絶縁破壊電圧向上の効果を得ることができる。 The polypropylene film of the present invention preferably has a weight average molecular weight Mw and a z+1 average molecular weight Mz +1 such that Mz +1 /Mw is 3 or more and 10 or less. By setting Mz+1 /Mw to 10 or less, more preferably 7.9 or less, even more preferably 6.9 or less, particularly preferably 6.5 or less, and most preferably 6.1 or less, the molecular weight distribution is narrow and the film structure is uniform with little local unevenness, thereby suppressing thermal shrinkage and improving the breakdown voltage in a high-temperature environment.
Mz+1/Mwを上記の範囲に制御する手段としては、ポリプロピレン樹脂Aとしてメソペンタッド分率が0.97以上またはチップ融点が160℃以上、かつ冷キシレン可溶部(CXS)が3質量%未満、数平均分子量(Mn)が7万(7.0×104)以下、Z+1平均分子量(Mz+1)が300万(3.0×106)未満の原料を使用し、ポリプロピレン樹脂Bおよび/またはポリプロピレン樹脂Cを本願の好ましい範囲内で適宜ブレンドすることにより達成可能である。 A means for controlling M z+1 /Mw within the above range can be achieved by using a raw material as polypropylene resin A having a mesopentad fraction of 0.97 or more or a chip melting point of 160°C or more, a cold xylene soluble fraction (CXS) of less than 3 mass%, a number average molecular weight (Mn) of 70,000 (7.0 × 10 4 ) or less, and a Z+1 average molecular weight (M z+1 ) of less than 3,000,000 (3.0 × 10 6 ), and appropriately blending polypropylene resin B and/or polypropylene resin C within the preferred range of the present application.
本発明のポリプロピレンフィルムは、本発明の目的を損なわない範囲で種々の添加剤、例えば有機粒子、無機粒子、結晶核剤、酸化防止剤、熱安定剤、塩素捕捉剤、すべり剤、帯電防止剤、ブロッキング防止剤、充填剤、粘度調整剤、着色防止剤を含有してもよい。 The polypropylene film of the present invention may contain various additives, such as organic particles, inorganic particles, crystal nucleating agents, antioxidants, heat stabilizers, chlorine scavengers, slip agents, antistatic agents, antiblocking agents, fillers, viscosity modifiers, and color inhibitors, as long as the additives do not impair the objectives of the present invention.
酸化防止剤を含有させる場合、その酸化防止剤の種類および添加量の選定は、長期耐熱性の観点からなされることが好ましい。かかる酸化防止剤としては立体障害性を有するフェノール系のもので、そのうち少なくとも1種は分子量500以上の高分子量型のものが好ましい。その具体例としては種々のものが挙げられるが、例えば2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT:分子量220.4)とともに1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン(例えば、BASF社製“Irganox”(登録商標)1330:分子量775.2)またはテトラキス[メチレン-3(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン(例えばBASF社製“Irganox”(登録商標)1010:分子量1,177.7)等を併用することが好ましい。これら酸化防止剤の総含有量はポリプロピレン全量に対して0.1質量%以上1.0質量%以下が好ましい。0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上とすることで、長期耐熱性に優れる。1.0質量%以下、より好ましくは0.7質量%以下、さらに好ましくは0.4質量%以下とすることで、酸化防止剤のブリードアウトによる高温下でのブロッキングを抑え、コンデンサ素子への悪影響を防ぐことができる。 When an antioxidant is added, the type and amount of antioxidant should be selected from the perspective of long-term heat resistance. Such antioxidants should be sterically hindered phenolic, with at least one of them preferably being a high-molecular-weight type with a molecular weight of 500 or more. Specific examples include various antioxidants, but it is preferable to use 2,6-di-t-butyl-p-cresol (BHT: molecular weight 220.4) in combination with 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzyl)benzene (e.g., BASF's "Irganox"® 1330: molecular weight 775.2) or tetrakis[methylene-3(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane (e.g., BASF's "Irganox"® 1010: molecular weight 1,177.7). The total content of these antioxidants is preferably 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less, based on the total amount of polypropylene. A content of 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, provides excellent long-term heat resistance. A content of 1.0% by mass or less, more preferably 0.7% by mass or less, and even more preferably 0.4% by mass or less, can suppress blocking at high temperatures due to bleed-out of the antioxidants, preventing adverse effects on the capacitor element.
本発明のポリプロピレンフィルムは、本発明の目的を損なわない範囲でポリプロピレン樹脂以外の樹脂を含んでいてもよい。ポリプロピレン樹脂以外の樹脂としては、各種ポリオレフィン系樹脂を含むビニルポリマー樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などが挙げられ、特に、ポリメチルペンテン、シクロオレフィンコポリマ、シクロオレフィンポリマー、シンジオタクチックポリスチレンなどが好ましく例示される。ポリプロピレン樹脂以外の樹脂の含有量は、ポリプロピレンフィルムを構成する樹脂成分全体を100質量%とした場合、30質量%未満が好ましく、より好ましくは19質量%以下、さらに好ましくは15質量%以下、最も好ましくは9質量%以下である。ポリプロピレン樹脂以外の樹脂の含有量が30質量%以上であると、ドメイン界面の影響が大きくなるため、高温環境下での絶縁破壊電圧を低下させてしまう場合がある。 The polypropylene film of the present invention may contain resins other than polypropylene resins as long as the objectives of the present invention are not impaired. Examples of resins other than polypropylene resins include vinyl polymer resins, including various polyolefin resins, polyester resins, polyamide resins, polyphenylene sulfide resins, polyimide resins, and polycarbonate resins. Particularly preferred examples include polymethylpentene, cycloolefin copolymers, cycloolefin polymers, and syndiotactic polystyrene. The content of resins other than polypropylene resins is preferably less than 30% by mass, more preferably 19% by mass or less, even more preferably 15% by mass or less, and most preferably 9% by mass or less, based on 100% by mass of the total resin components constituting the polypropylene film. If the content of resins other than polypropylene resins is 30% by mass or more, the influence of the domain interface becomes significant, which may result in a decrease in the breakdown voltage in high-temperature environments.
本発明のポリプロピレンフィルムは、フィルムを示差走査熱量計DSCで30℃から260℃まで20℃/minで昇温した際に得られるフィルムの融解ピーク温度(Tm)が170℃以上であることが好ましい。Tmを170℃以上、より好ましくは171℃以上、さらに好ましくは172℃以上、さらに好ましくは173℃以上、さらに好ましくは174℃以上とすることで、高温環境下での絶縁破壊電圧を効果的に向上させることができる。一方、Tmはポリプロピレン樹脂が工業的に製造できる観点から200℃以下が好ましい。 The polypropylene film of the present invention preferably has a melting peak temperature (Tm) of 170°C or higher, obtained when the film is heated from 30°C to 260°C at a rate of 20°C/min using a differential scanning calorimeter (DSC). By setting the Tm to 170°C or higher, more preferably 171°C or higher, even more preferably 172°C or higher, even more preferably 173°C or higher, and even more preferably 174°C or higher, the breakdown voltage in high-temperature environments can be effectively improved. On the other hand, from the perspective of industrially producing polypropylene resin, Tm is preferably 200°C or lower.
上記のような範囲のTmは、例えば後述するように、ポリプロピレン原料Aとして高メソペンタッド分率、かつ冷キシレン可溶部(CXS)が3.0質量%未満の原料を使用することにより達成可能である。 A Tm in the above range can be achieved, for example, by using a polypropylene raw material A having a high mesopentad fraction and a cold xylene solubles (CXS) content of less than 3.0 mass%, as described below.
本発明のポリプロピレンフィルムは、フィルムを示差走査熱量計DSCで30℃から260℃まで20℃/minで昇温して得られるフィルムの融解ピーク温度(Tm)と、昇温後260℃から30℃まで20℃/minで降温した際に得られる結晶化ピーク温度(Tc)との差(Tm-Tc)が65℃以下であることが好ましい。(Tm-Tc)を65℃以下、より好ましくは63℃以下、さらに好ましくは61℃以下、さらに好ましくは59℃以下、さらに好ましくは57℃以下とすることで、樹脂の冷却固化プロセスにおける結晶化時間を短くし、粗大な球晶の形成を抑えることができる。キャストシートにおいてこのような粗大球晶の形成を抑えることで、延伸工程での内部ボイドの発生や、表面における粗大な突起が形成されることによるコンデンサとしたときの信頼性低下を軽減できる。さらに、フィルム表面の全体に平坦な箇所が多くなることによりフィルムの易滑性が悪化して、加工性が悪化するのを防ぐこともできる。 The polypropylene film of the present invention preferably has a difference (Tm - Tc) of 65°C or less between the peak melting temperature (Tm) of the film, obtained by heating the film from 30°C to 260°C at 20°C/min using a differential scanning calorimeter (DSC), and the peak crystallization temperature (Tc) obtained by cooling the film from 260°C to 30°C at 20°C/min. By keeping (Tm - Tc) at 65°C or less, more preferably 63°C or less, even more preferably 61°C or less, even more preferably 59°C or less, and even more preferably 57°C or less, the crystallization time during the resin cooling and solidification process can be shortened and the formation of coarse spherulites can be suppressed. Suppressing the formation of such coarse spherulites in cast sheets can reduce the generation of internal voids during the stretching process and the reduced reliability of capacitors due to the formation of coarse protrusions on the surface. Furthermore, it can also prevent the film's slipperiness from being reduced due to the increase in flat areas across the entire film surface, which can lead to poor processability.
一方、TmとTcとの差(Tm-Tc)は、40℃以上が好ましい。40℃以上とすることで、製膜安定性に優れる。 On the other hand, the difference between Tm and Tc (Tm - Tc) is preferably 40°C or higher. A temperature of 40°C or higher results in excellent film formation stability.
ここで、本発明のポリプロピレンフィルムがポリプロピレンとポリプロピレンとは非相溶の熱可塑性樹脂とを含むフィルムである場合には、非相溶樹脂の融解ピーク温度がポリプロピレンの融解ピーク温度とは別の温度に観測される場合があるが、本発明においては170℃以上200℃以下に観測されるピークの温度を本発明のポリプロピレンフィルムの融解ピーク温度(Tm)、結晶化ピーク温度(Tc)とする。このとき、ピークが前記温度範囲の中で2つ以上観測される場合や、ショルダーと言われる多段型のDSCチャートに観測できるピーク温度(2つ以上のピークが重なり合ったチャートの場合に観測される)の場合があるが、本発明においてはDSCチャートの縦軸熱流(単位:mW)の絶対値が最も大きいピークを選択し、それぞれTm、Tcとする。 Here, when the polypropylene film of the present invention is a film containing polypropylene and a thermoplastic resin that is immiscible with polypropylene, the melting peak temperature of the incompatible resin may be observed at a temperature different from the melting peak temperature of the polypropylene. However, in the present invention, the peak temperatures observed between 170°C and 200°C are defined as the melting peak temperature (Tm) and crystallization peak temperature (Tc) of the polypropylene film of the present invention. In this case, there may be cases where two or more peaks are observed within the above temperature range, or where the peak temperature is a peak observable on a multi-stage DSC chart known as a shoulder (observed when two or more peaks overlap), but in the present invention, the peak with the largest absolute value of the vertical axis heat flow (unit: mW) on the DSC chart is selected and defined as Tm and Tc, respectively.
上記のような範囲の(Tm-Tc)は、例えばポリプロピレン原料Aとして高メソペンタッド分率、かつ冷キシレン可溶部(CXS)が3.0質量%未満のポリプロピレン原料Aおよび/またはポリプロピレン原料Bの使用、分岐鎖状のポリプロピレン原料Cを含有すること、これらの成分の比率を調整することで達成できる。 The above-mentioned range of (Tm-Tc) can be achieved, for example, by using polypropylene raw material A and/or polypropylene raw material B having a high mesopentad fraction and a cold xylene solubles (CXS) content of less than 3.0 mass%, by including branched polypropylene raw material C, and by adjusting the ratio of these components.
本発明のポリプロピレンフィルムは、高温環境下でも高い絶縁破壊電圧を示し、コンデンサとしたときに高温環境下でも耐電圧性および信頼性を発現させるために、フィルムの少なくとも一方の表面におけるISO25178で定義されるスキューネス(Ssk)が-30を超えて5未満であることが好ましい。ここでSskとは、表面の凹凸の偏り度を示したパラメータである。このSskは、二乗平均平方根高さSqの三乗によって無次元化した基準面において、Z(x,y)の三乗平均を表したもので、歪度(わいど)を意味し、平均面を中心とした山部と谷部の対称性を表す数値である。そのため、Sskが0よりも小さい場合は平均線に対して下側に偏っている、つまり凸の山部よりも凹の谷部が多く存在することを意味する。他方、Sskが0よりも大きい場合は平均線に対して上側に偏っている、つまり凹の谷部よりも凸の山部が多く存在することを意味する。そして偏り度Sskが0の場合は、平均線に対して対称(正規分布)な状態を意味する。 The polypropylene film of the present invention exhibits a high breakdown voltage even in high-temperature environments. To ensure that a capacitor made from the film exhibits voltage resistance and reliability even in high-temperature environments, it is preferable that the skewness (Ssk) of at least one surface of the film, as defined by ISO 25178, is greater than -30 and less than 5. Here, Ssk is a parameter indicating the degree of unevenness of the surface. This Ssk represents the cube mean of Z(x, y) on a reference plane made dimensionless by the cube of the root-mean-square height Sq. It represents the degree of skewness and is a numerical value that indicates the symmetry of the peaks and valleys about the average plane. Therefore, when Ssk is less than 0, the film is skewed downward relative to the average line, meaning that there are more concave valleys than convex peaks. On the other hand, when Ssk is greater than 0, the film is skewed upward relative to the average line, meaning that there are more convex peaks than concave valleys. A skewness Ssk of 0 indicates symmetry (normal distribution) relative to the average line.
Sskを-30を超えて、より好ましくは-28以上、さらに好ましくは-26以上とすることで、フィルム表面に凹みを有する形状が多く偏り過ぎるのを抑え、特に高電圧用コンデンサ用途において、高温環境下でも耐電圧性が損なわれにくくなり、フィルムの易滑性も得られ良好な加工性も得ることができる。 By setting the Ssk to a value greater than -30, more preferably at least -28, and even more preferably at least -26, it is possible to prevent the film surface from becoming too unevenly indented. This makes it less likely that voltage resistance will be impaired even in high-temperature environments, particularly in high-voltage capacitor applications, and also makes the film more easily slippery and easier to process.
一方、Sskを5未満、より好ましくは4以下、さらに好ましくは3以下とすることで、フィルム表面に凸部の形状が過剰に存在するのを抑え、コンデンサとしたときにフィルムとフィルムとの層間にギャップが生じるのを抑えて高温環境における容量低下を防ぎ、フィルムの易滑性が損なわれて耐電圧性や加工性が悪化するのを防ぐことができる。 On the other hand, by setting Ssk to less than 5, more preferably 4 or less, and even more preferably 3 or less, the presence of excessive convex shapes on the film surface is suppressed, and when made into a capacitor, gaps are suppressed between the film layers, preventing a decrease in capacitance in high-temperature environments and preventing the film's slipperiness from being impaired, resulting in a deterioration in voltage resistance and processability.
本発明のポリプロピレンフィルムにおけるSskは、例えば後述する好ましい特性を有するポリプロピレン原料Bを使用すること、二軸延伸時に面積延伸倍率を60倍以上、好ましくは65倍以上で、かつ幅方向の延伸倍率は11.0倍以上とし、キャスティングドラム温度、フィルムの融解ピーク温度(Tm)と結晶化ピーク温度(Tc)を好ましい範囲に制御することにより上記のような範囲内とすることが可能である。 The Ssk of the polypropylene film of the present invention can be adjusted within the above range by, for example, using polypropylene raw material B having the preferred properties described below, setting the areal stretching ratio during biaxial stretching to 60 times or more, preferably 65 times or more, and the widthwise stretching ratio to 11.0 times or more, and controlling the casting drum temperature, the film's melting peak temperature (Tm), and the crystallization peak temperature (Tc) within preferred ranges.
本発明のポリプロピレンフィルムは、一方の側の面の表面Aおよびもう一方の側の面の表面Bのそれぞれの、ISO25178で定義される突出山部高さSpkAおよびSpkBが以下の関係を満たすことが好ましい。
SpkA<SpkB
20nm≦SpkA≦100nm
80nm≦SpkB≦150nm
ここで、
SpkA:表面Aの突出山部高さ
SpkB:表面Bの突出山部高さ。
In the polypropylene film of the present invention, it is preferable that the protruding peak heights SpkA and SpkB defined in ISO 25178 of the surface A on one side and the surface B on the other side satisfy the following relationship:
SpkA<SpkB
20 nm≦SpkA≦100 nm
80 nm≦SpkB≦150 nm
where:
SpkA: height of the protruding peak on surface A; SpkB: height of the protruding peak on surface B.
SpkはISO25178で定義される機能パラメータの一種で、高さデータのベアリングカーブの等価直線と負荷面積率=0%の直線との交点よりも高い部分(突出山部)の平均高さを示す。ここに、高さデータのベアリングカーブは、ある高さにおける頻度を高い側から累積し、全高さデータの総数を100%として百分率で表したものであり、ある高さCにおける負荷面積率はSmr(C)で与えられる。また、等価直線は、負荷面積率(Smr)の差が40%になる直線のうち最も傾きが小さくなるものである。 Spk is a functional parameter defined in ISO 25178, and indicates the average height of the portion (protruding peak) higher than the intersection of the equivalent line of the bearing curve of the height data and the line where the areal load ratio = 0%. Here, the bearing curve of the height data is calculated by accumulating the frequency at a certain height from the highest to the lowest, and expressing it as a percentage with the total number of all height data being 100%, and the areal load ratio at a certain height C is given by Smr(C). The equivalent line is the line with the smallest slope where the difference in areal load ratio (Smr) is 40%.
本発明のポリプロピレンフィルムにおいて、SpkAは30nm以上であることがより好ましく、40nm以上であることがさらに好ましい。またSpkAは90nm以下であることがより好ましく、80nm以下であることがさらに好ましい。 In the polypropylene film of the present invention, SpkA is more preferably 30 nm or more, and even more preferably 40 nm or more. Furthermore, SpkA is more preferably 90 nm or less, and even more preferably 80 nm or less.
本発明のポリプロピレンフィルムにおいて、SpkBは90nm以上であることがより好ましく、100nm以上であることがさらに好ましい。またSpkBは140nm以下であることがより好ましく、130nm以下であることがさらに好ましい。 In the polypropylene film of the present invention, SpkB is more preferably 90 nm or more, and even more preferably 100 nm or more. Furthermore, SpkB is more preferably 140 nm or less, and even more preferably 130 nm or less.
SpkAおよびSpkBが上記範囲を満すことで、フィルムの表面突起高さが適度に高いため十分な易滑性が得られ、コンデンサ素子作成時の加工性に優れ、フィルム表面の過剰に高い突起を抑え、コンデンサの耐電圧低下を防ぐことができる。 When SpkA and SpkB fall within the above ranges, the film's surface protrusion height is appropriately high, resulting in sufficient slipperiness, excellent processability when creating capacitor elements, suppressing excessively high protrusions on the film surface, and preventing a decrease in the capacitor's withstand voltage.
SpkAおよびSpkBを上記した範囲内に制御することは、例えば後述する好ましい特性を有するポリプロピレン原料Bを使用すること、二軸延伸時に面積延伸倍率を60倍以上、好ましくは65倍以上で、かつ幅方向の延伸倍率は11倍以上とし、キャスティングドラム温度、フィルムの融解ピーク温度(Tm)と結晶化ピーク温度(Tc)を好ましい範囲に制御することにより可能である。 SpkA and SpkB can be controlled within the above ranges by, for example, using polypropylene raw material B with the preferred properties described below, setting the areal stretching ratio during biaxial stretching to 60 times or more, preferably 65 times or more, and the widthwise stretching ratio to 11 times or more, and controlling the casting drum temperature, film melting peak temperature (Tm), and crystallization peak temperature (Tc) within preferred ranges.
本発明のポリプロピレンフィルムは、少なくとも一方の表面において、走査型白色干渉顕微鏡により測定される、0.561mm×0.561mmの領域における深さ20nm以上の谷の容積を合計した総容積が50μm3以上5,000μm3以下であることが好ましい。この総容積を50μm3以上、より好ましくは100μm3以上、更に好ましくは500μm3以上とすることで、表面の凹凸を適度に有し、適度なフィルムの滑りによりハンドリング性が向上する上、シワの発生が軽減されて素子加工性が向上する。また、コンデンサとして長時間使用したときでもシワ等の影響で容量変化が大きくなるのを抑え、フィルムを積層したコンデンサとした場合にもフィルムとフィルムとの間に適度な隙間を有することから自己回復機能(セルフヒーリング)が働きコンデンサの信頼性が向上する。一方、谷の総容積を5,000μm3以下、好ましくは4,000μm3以下、更に好ましくは3,500μm3以下、特に好ましくは3,000μm3以下とすることで、局所的に厚みが薄い部分ができて絶縁破壊が生じるのを抑えることができる。そのため、フィルムの耐電圧性が向上し、高電圧用コンデンサ用途に用いたときでも高温環境下での耐電圧性と信頼性を向上させることができる。 The polypropylene film of the present invention preferably has a total volume of 50 μm³ or more and 5,000 μm³ or less on at least one surface, calculated by adding up the volumes of valleys 20 nm or more deep in a 0.561 mm × 0.561 mm area, as measured by a scanning white light interference microscope. By making this total volume 50 μm³ or more, more preferably 100 μm³ or more, and even more preferably 500 μm³ or more, the film has a moderate surface unevenness, which improves handling due to moderate film slippage and reduces wrinkle formation, improving device processability. Furthermore, even when used as a capacitor for a long period of time, the film suppresses significant capacitance change due to wrinkles, etc., and when the film is used as a laminated capacitor, the film has a moderate gap between the films, which allows for self-healing, improving the reliability of the capacitor. On the other hand, by setting the total volume of the valleys to 5,000 μm3 or less , preferably 4,000 μm3 or less, more preferably 3,500 μm3 or less , and particularly preferably 3,000 μm3 or less, it is possible to prevent localized thin portions from forming and causing dielectric breakdown. This improves the voltage resistance of the film, and can improve the voltage resistance and reliability in high-temperature environments even when used in high-voltage capacitor applications.
フィルム表面の谷の総容積を上述した好ましい範囲とすることは、例えば後述するポリプロピレン原料Bを使用すること、二軸延伸時に面積延伸倍率を60倍以上、好ましくは65倍以上で、かつ幅方向の延伸倍率は11.0倍以上とし、キャスティングドラム温度、フィルムの融解ピーク温度(Tm)と結晶化ピーク温度(Tc)を好ましい範囲に制御することにより可能である。 The total volume of valleys on the film surface can be adjusted to the preferred range described above, for example, by using polypropylene raw material B described below, setting the areal stretching ratio during biaxial stretching to 60 times or more, preferably 65 times or more, and the widthwise stretching ratio to 11.0 times or more, and controlling the casting drum temperature, the film's melting peak temperature (Tm), and the crystallization peak temperature (Tc) within the preferred ranges.
本発明のポリプロピレンフィルムは、125℃で15分加熱処理後の幅方向の熱収縮率(HS125TD)が1.0%以下であることが好ましい。この熱収縮率を1.0%以下、より好ましくは0.8%以下、さらに好ましくは0.6%以下、さらに好ましくは0.4%以下とすることで、コンデンサ製造工程および使用工程の熱によるフィルムの収縮や、素子端部メタリコンとの接触不良による耐電圧性の低下を抑え、素子が巻き締まることによる容量低下やショート破壊に伴って信頼性が悪化するのを防ぐことができる。 The polypropylene film of the present invention preferably has a widthwise heat shrinkage rate (HS125TD) of 1.0% or less after heat treatment at 125°C for 15 minutes. By keeping this heat shrinkage rate to 1.0% or less, more preferably 0.8% or less, even more preferably 0.6% or less, and even more preferably 0.4% or less, it is possible to suppress film shrinkage due to heat during the capacitor manufacturing process and use process, as well as a decrease in voltage resistance due to poor contact with the metallicon at the element end, and to prevent a decrease in capacity due to element tightening and a decrease in reliability due to short-circuit breakdown.
一方、125℃で15分加熱後の幅方向の熱収縮率は、0.02%以上とすることが好ましい。0.02%以上とすることで、コンデンサ製造工程や使用工程の熱により素子の巻き状態が緩むのを防ぐことができる。 On the other hand, it is preferable that the thermal shrinkage rate in the width direction after heating at 125°C for 15 minutes be 0.02% or more. By keeping it at 0.02% or more, it is possible to prevent the winding state of the element from loosening due to heat during the capacitor manufacturing process or use process.
上記のような範囲の、フィルム幅方向の125℃15分加熱処理における熱収縮率は、例えば後述するように、ポリプロピレン原料Aとして高メソペンタッド分率、かつ冷キシレン可溶部(CXS)が3.0質量%未満の原料を使用し、長手方向の延伸前に1.01倍以上1.10倍以下の予備延伸を施し、二軸延伸時に面積延伸倍率を60倍以上、好ましくは65倍以上で、かつ幅方向の延伸倍率は11.0倍以上とし、二軸延伸後の熱固定処理および弛緩処理工程において、まず、幅方向の延伸温度より低温での熱処理(1段目)をしながら弛緩処理を行い、次いでフィルムを幅方向に緊張を保ったまま前記1段目の熱処理温度より低温で135℃以上の熱処理(2段目)、さらに80℃以上で前記2段目の熱処理温度未満の条件で熱処理(3段目)を施す多段方式の熱固定処理および弛緩処理をフィルムに適宜施すことにより達成可能である。 The heat shrinkage percentage in the width direction of the film after 15 minutes of heat treatment at 125°C can be achieved in the above range by, for example, using a polypropylene raw material A with a high mesopentad fraction and a cold xylene solubles (CXS) content of less than 3.0% by mass, pre-stretching the film to 1.01 to 1.10 times before longitudinal stretching, and biaxially stretching the film to an areal stretch ratio of 60 times or more, preferably 65 times or more, and a width direction stretch ratio of 11.0 times or more. In the heat setting and relaxation treatment steps after biaxial stretching, the film is first heat-treated at a temperature lower than the width direction stretching temperature (first stage) while undergoing relaxation treatment, followed by heat treatment at a temperature lower than the first heat treatment temperature of 135°C or higher (second stage) while maintaining tension in the width direction, and then heat treatment at a temperature higher than the first heat treatment temperature of 135°C or higher (third stage) at a temperature higher than the second heat treatment temperature.
本発明のポリプロピレンフィルムは、適度な易滑を付与してコンデンサ素子作成時の加工性を高める観点から、少なくとも一方の側の面について、同じ側の面同士を重ね合わせた際の静摩擦係数(μs)が0.2以上0.8未満であることが好ましい。この静摩擦係数μsを0.2以上、より好ましくは0.4以上とすることでフィルムが滑りすぎて製膜時の巻き取りや素子加工時に巻きずれが発生するのを防ぐことができる。一方、静摩擦係数μsを0.8未満、より好ましくは0.7以下、さらに好ましくは0.6以下とすることで、フィルムの滑り性の極端な低下が抑えられるため、シワの発生を抑え、さらにハンドリング性や素子加工性を向上させることができる。 In order to provide the polypropylene film of the present invention with a suitable degree of slipperiness to improve processability during the production of capacitor elements, it is preferable that the static friction coefficient (μ s ) of at least one side of the film when the same sides are overlapped is 0.2 or more and less than 0.8. By making this static friction coefficient μ s 0.2 or more, more preferably 0.4 or more, it is possible to prevent the film from slipping too much during film production, winding, or element processing. On the other hand, by making the static friction coefficient μ s less than 0.8, more preferably 0.7 or less, and even more preferably 0.6 or less, it is possible to prevent an extreme decrease in the slipperiness of the film, thereby suppressing the occurrence of wrinkles and further improving handleability and element processability.
本発明のポリプロピレンフィルムは、130℃での絶縁破壊電圧が350V/μm以上であることが好ましい。この絶縁破壊電圧を350V/μm以上、より好ましくは375V/μm以上、さらに好ましくは400V/μm以上、さらに好ましくは420V/μm以上とすることで、コンデンサとしたときに特に高温環境で長時間の使用でもショート破壊を引き起こし難くなるため、耐電圧性が維持され、高い信頼性を得ることができる。130℃での絶縁破壊電圧の上限は特に限定されないが、800V/μm程度である。 The polypropylene film of the present invention preferably has a breakdown voltage of 350 V/μm or more at 130°C. By setting this breakdown voltage to 350 V/μm or more, more preferably 375 V/μm or more, even more preferably 400 V/μm or more, and even more preferably 420 V/μm or more, when used as a capacitor, it is less likely to suffer short circuit breakdown, especially even when used for long periods of time in high-temperature environments, thereby maintaining voltage resistance and achieving high reliability. There is no particular upper limit to the breakdown voltage at 130°C, but it is generally around 800 V/μm.
130℃でのフィルム絶縁破壊電圧を上記の範囲に制御するには、例えば後述するように、ポリプロピレン原料Aとして高メソペンタッド分率、かつ冷キシレン可溶部(CXS)が3.0質量%未満の原料を使用し、長手方向の延伸前に1.01~1.10倍の予備延伸を施し、二軸延伸時に面積延伸倍率を65倍以上で、かつ幅方向の延伸倍率は11.0倍以上とし、二軸延伸後の熱固定処理および弛緩処理工程において、まず、幅方向の延伸温度より低温での熱処理(1段目)をしながら弛緩処理を行い、次いでフィルムを幅方向に緊張を保ったまま前記1段目の熱処理温度より低温で135℃以上の熱処理(2段目)、さらに80℃以上で前記2段目の熱処理温度未満の条件で熱処理(3段目)を施す多段方式の熱固定処理および弛緩処理をフィルムに適宜施すことにより達成可能である。 To control the film's breakdown voltage at 130°C within the above range, for example, as described below, a polypropylene raw material A with a high mesopentad fraction and a cold xylene solubles (CXS) content of less than 3.0% by mass is used; the film is pre-stretched 1.01 to 1.10 times before longitudinal stretching; and during biaxial stretching, the areal stretch ratio is set to 65 times or more and the width direction stretch ratio is set to 11.0 times or more. In the heat setting and relaxation treatment steps after biaxial stretching, the film is first heat-treated (first stage) at a temperature lower than the width direction stretching temperature while undergoing relaxation treatment; then, while maintaining tension in the width direction, the film is heat-treated (second stage) at a temperature lower than the first heat treatment temperature and at 135°C or higher; and then, while maintaining tension in the width direction, a further heat treatment (third stage) at 80°C or higher but lower than the second heat treatment temperature. This can be achieved by appropriately subjecting the film to a multi-stage heat setting and relaxation treatment.
本発明のポリプロピレンフィルムは、核磁気共鳴法(NMR法)で測定されるメソペンタッド分率が0.970以上であることが好ましい。メソペンタッド分率はポリプロピレンの結晶相の立体規則性を示す指標であり、メソペンタッド分率を0.970以上、より好ましくは0.975以上、さらに好ましくは0.981以上とすることで、結晶化度が高く、融点が高くなり、高温環境下での絶縁破壊電圧を向上できる。メソペンタッド分率の上限については特に規定するものではない。 The polypropylene film of the present invention preferably has a mesopentad fraction of 0.970 or more as measured by nuclear magnetic resonance (NMR). The mesopentad fraction is an index that indicates the stereoregularity of the crystalline phase of polypropylene. By setting the mesopentad fraction to 0.970 or more, more preferably 0.975 or more, and even more preferably 0.981 or more, the degree of crystallinity and melting point are high, and the breakdown voltage in high-temperature environments can be improved. There is no particular upper limit for the mesopentad fraction.
本発明では、高メソペンタッド分率のポリプロピレン樹脂は、特に、チーグラー・ナッタ触媒により作製されたものが好ましく、該触媒において電子供与成分の選定を適宜行う方法等が好ましく採用される。これによるポリプロピレン樹脂は分子量分布(Mw/Mn)を3.0以上、<2,1>エリトロ部位欠損を0.1mol%以下とすることができ、このようなポリプロピレン樹脂を用いることが好ましい。 In the present invention, polypropylene resins with a high mesopentad fraction are preferably those produced using a Ziegler-Natta catalyst, and a method of appropriately selecting the electron donor component in the catalyst is preferably employed. Polypropylene resins produced in this manner can have a molecular weight distribution (Mw/Mn) of 3.0 or more and a <2,1> erythro moiety deficiency of 0.1 mol% or less, and it is preferable to use such polypropylene resins.
本発明のポリプロピレンフィルムは、キシレンでポリプロピレンフィルムを完全に溶解せしめた後、室温で析出させたときに、キシレン中に溶解しているポリプロピレン成分(CXS、冷キシレン可溶部とも言う)が3.0質量%以下であることが好ましい。ここでCXSは、立体規則性が低い、分子量が低い等の理由で結晶化し難い成分が該当すると考えられる。CXSを3.0質量%以下、より好ましくは1.5質量%以下、さらに好ましくは1.3質量%以下、特に好ましくは1.1質量%以下、最も好ましくは0.9質量%以下とすることで、フィルムの耐熱性や高温での耐電圧性、あるいは絶縁破壊電圧を高めることができる。そのため、コンデンサに使用した場合において、高温環境下での緩和が抑えられて熱寸法安定性が向上し、もれ電流を抑えることができる。またCXSの下限は特に限定されないが、0.1質量%であることが実用的である。CXSを0.1質量%未満にしようとすると、製膜時の延伸性が悪化し破れを生じたりする場合がある。 The polypropylene film of the present invention preferably has a polypropylene component dissolved in xylene (CXS, also known as cold xylene solubles) of 3.0% by mass or less when the polypropylene film is completely dissolved in xylene and then precipitated at room temperature. Here, CXS is considered to be a component that is difficult to crystallize due to low stereoregularity, low molecular weight, or other reasons. By keeping the CXS content at 3.0% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or less, even more preferably 1.3% by mass or less, particularly preferably 1.1% by mass or less, and most preferably 0.9% by mass or less, the film's heat resistance, high-temperature voltage resistance, and breakdown voltage can be improved. Therefore, when used in capacitors, relaxation in high-temperature environments is suppressed, improving thermal dimensional stability and suppressing leakage current. While there is no particular lower limit for CXS, a practical value is 0.1% by mass. Attempting to reduce the CXS content to less than 0.1% by mass can result in poor stretchability during film formation, potentially leading to tearing.
CXSの含有量を上記のような範囲とするには、使用するポリプロピレン樹脂を得る際の触媒活性を高める方法、得られたポリプロピレン樹脂を溶媒あるいはプロピレンモノマー自身で洗浄する方法等が使用できる。 To achieve the CXS content within the above range, methods such as increasing catalytic activity when obtaining the polypropylene resin to be used, or washing the obtained polypropylene resin with a solvent or propylene monomer itself can be used.
本発明のポリプロピレンフィルムは、表面処理が施されていることが好ましい。ポリプロピレンフィルムは通常、表面エネルギーが低く、金属蒸着を安定的に施すことが困難である。そのため、金属膜との接着性を改善する目的で、蒸着前に表面処理を行うことが好ましい。表面処理とは具体的にコロナ放電処理、プラズマ処理、グロー処理、火炎処理等が例示される。 The polypropylene film of the present invention is preferably surface-treated. Polypropylene film typically has low surface energy, making it difficult to stably apply metal vapor deposition to it. Therefore, in order to improve adhesion to the metal film, it is preferable to perform a surface treatment before vapor deposition. Specific examples of surface treatments include corona discharge treatment, plasma treatment, glow discharge treatment, and flame treatment.
通常ポリプロピレンフィルムの表面濡れ張力は30mN/m程度であるが、本発明のポリプロピレンフィルムは、これらの表面処理によって、濡れ張力を好ましくは37~75mN/m、より好ましくは39~65mN/m、さらに好ましくは41~55mN/m程度とすることが、金属膜との接着性に優れ、コンデンサとしての保安性も良好となるので好ましい。 Normally, the surface wetting tension of polypropylene film is around 30 mN/m, but for the polypropylene film of the present invention, these surface treatments are used to preferably increase the wetting tension to around 37 to 75 mN/m, more preferably 39 to 65 mN/m, and even more preferably 41 to 55 mN/m, as this provides excellent adhesion to the metal film and improves the safety of the capacitor.
本発明のポリプロピレンフィルムは、フィルム厚みが0.5μm以上25μm未満であることが好ましい。フィルム厚みを0.5μm以上25μm未満、より好ましくは0.6μm以上6μm以下、さらに好ましくは0.8μm以上4μm以下、さらに好ましくは1μm以上2.5μm以下とすることで、高温環境下での耐電圧特性と薄膜化によるコンデンササイズの小型化のバランスに優れ、特に高温環境下で用いられる自動車用途(ハイブリッドカー用途含む)等に要求される薄膜の耐熱フィルムコンデンサ用に好適である。 The polypropylene film of the present invention preferably has a film thickness of 0.5 μm or more and less than 25 μm. By setting the film thickness to 0.5 μm or more and less than 25 μm, more preferably 0.6 μm or more and less than 6 μm, even more preferably 0.8 μm or more and less than 4 μm, and even more preferably 1 μm or more and less than 2.5 μm, it achieves an excellent balance between voltage resistance characteristics in high-temperature environments and the miniaturization of capacitor size due to thin film thickness, making it particularly suitable for thin-film heat-resistant film capacitors required for automotive applications (including hybrid car applications) used in high-temperature environments.
フィルム厚みは、例えば、押出吐出量、キャスティングドラムの回転速度、口金のリップ間隙、延伸倍率を調整すること等により、調整することができる。より具体的には、押出吐出量を少なくする、キャスティングドラムの回転速度を上げること、口金のリップ間隙を狭めること、延伸倍率を高めること等により、小さくすることができる。なお、これらの方法は適宜併用することもできる。 Film thickness can be adjusted, for example, by adjusting the extrusion discharge rate, the rotation speed of the casting drum, the lip gap of the die, and the stretch ratio. More specifically, film thickness can be reduced by reducing the extrusion discharge rate, increasing the rotation speed of the casting drum, narrowing the lip gap of the die, and increasing the stretch ratio. These methods can also be used in combination as appropriate.
本発明のポリプロピレンフィルムは単層フィルムの態様であることが好ましいが、積層フィルムの態様であってもよい。 The polypropylene film of the present invention is preferably in the form of a single-layer film, but may also be in the form of a laminate film.
本発明のポリプロピレンフィルムは、コンデンサ用誘電体フィルムとして好ましく用いられるものであるが、コンデンサのタイプは種々のものに用いることができる。具体的には、電極構成の観点では金属箔とフィルムとの合わせ巻きコンデンサ、金属蒸着フィルムコンデンサのいずれであってもよいし、絶縁油を含浸させた油浸タイプのコンデンサや絶縁油を全く使用しない乾式コンデンサにも好ましく用いられる。本発明のフィルムの特性を活かす観点からは、金属蒸着フィルムコンデンサとして特に好ましく使用される。コンデンサにおけるフィルムの形状としては、捲回式であっても積層式であってもよい。 The polypropylene film of the present invention is preferably used as a dielectric film for capacitors, but can be used in a variety of capacitor types. Specifically, from the perspective of electrode configuration, it may be used in either a laminated wound capacitor of metal foil and film or a metal-vapor-deposited film capacitor. It is also preferably used in oil-immersed capacitors impregnated with insulating oil or dry capacitors that do not use any insulating oil at all. From the perspective of making the most of the properties of the film of the present invention, it is particularly preferably used as a metal-vapor-deposited film capacitor. The film configuration in the capacitor may be wound or laminated.
本発明のポリプロピレンフィルムを製造する方法について、例を挙げて説明する。 The method for producing the polypropylene film of the present invention will now be described using an example.
先ず、本発明のポリプロピレンフィルムに用いると好ましい原料について説明する。前述のように、本発明ポリプロピレンフィルムを得るために、複数の種類の、特に数平均分子量の異なるポリプロピレン原料を用いることが好ましい。 First, we will explain the raw materials that are preferably used for the polypropylene film of the present invention. As mentioned above, in order to obtain the polypropylene film of the present invention, it is preferable to use multiple types of polypropylene raw materials, particularly those with different number average molecular weights.
ポリプロピレン原料Aは、直鎖状のポリプロピレンであって、後述するポリプロピレン原料Bよりも数平均分子量(Mn)の小さいものを指す。ポリプロピレン原料AのMnは、フィルムを二軸延伸する観点から、3万(3.0×104)以上が好ましく、4万(4.0×104)以上がより好ましく、5万(5.0×104)以上がさらに好ましい。またポリプロピレン原料AのMnは、高温環境での熱安定性を得る観点から、9万(9.0×104)以下が好ましく、8万(8.0×104)以下がより好ましい。 Polypropylene raw material A refers to a linear polypropylene having a smaller number average molecular weight (Mn) than polypropylene raw material B described below. From the viewpoint of biaxially stretching the film, the Mn of polypropylene raw material A is preferably 30,000 (3.0 × 10 4 ) or more, more preferably 40,000 (4.0 × 10 4 ) or more, and even more preferably 50,000 (5.0 × 10 4 ) or more. From the viewpoint of obtaining thermal stability in a high-temperature environment, the Mn of polypropylene raw material A is preferably 90,000 (9.0 × 10 4 ) or less, more preferably 80,000 (8.0 × 10 4 ) or less.
ポリプロピレン原料AのZ+1平均分子量(Mz+1)は、フィルムを二軸延伸する観点から、100万(1.0×106)以上が好ましく、150万(1.5×106)以上がより好ましい。また、ポリプロピレン原料AのMz+1は、高温環境での熱安定性を得る観点から、250万(2.5×106)以下が好ましく、200万(2.0×106)以下がより好ましい。 From the viewpoint of biaxially stretching the film, the Z+1 average molecular weight (Mz +1 ) of the polypropylene raw material A is preferably 1,000,000 (1.0 × 106 ) or more, and more preferably 1,500,000 (1.5 × 106 ) or more. From the viewpoint of obtaining thermal stability in a high-temperature environment, the Mz +1 of the polypropylene raw material A is preferably 2,500,000 (2.5 × 106 ) or less, and more preferably 2,000,000 (2.0 × 106 ) or less.
ポリプロピレン原料Aは、冷キシレン可溶部(以下、CXS)が3質量%以下であることが好ましい。CXSを3.0質量%以下、より好ましくは2.0質量%以下、さらに好ましくは1.5質量%以下、さらに好ましくは1.0質量%以下とすることで、製膜安定性に優れ、フィルムの強度、寸法安定性、および耐熱性が向上する。CXSは低いほど好ましいが、0.1質量%程度が下限である。 Polypropylene raw material A preferably has a cold xylene solubles (hereinafter referred to as CXS) content of 3% by mass or less. By keeping the CXS content at 3.0% by mass or less, more preferably 2.0% by mass or less, even more preferably 1.5% by mass or less, and even more preferably 1.0% by mass or less, excellent film formation stability is achieved, and the film strength, dimensional stability, and heat resistance are improved. The lower the CXS content, the better, but the lower limit is approximately 0.1% by mass.
CXSの含有量を上記のような範囲内とするには、樹脂を得る際の触媒活性を高める方法、得られた樹脂を溶媒あるいはオレフィンモノマー自身で洗浄する方法が使用できる。 To keep the CXS content within the above range, methods can be used to increase catalytic activity when obtaining the resin, or to wash the obtained resin with a solvent or the olefin monomer itself.
ポリプロピレン原料Aのメソペンタッド分率は0.970以上であることが好ましい。メソペンタッド分率は核磁気共鳴法(NMR法)で測定されるポリプロピレンの結晶相の立体規則性を示す指標であり、メソペンタッド分率を0.970以上、より好ましくは0.975以上、さらに好ましくは0.980以上、さらに好ましくは0.983以上とすることで、結晶化度や融点が高くなり、高温での使用に適する。メソペンタッド分率の上限については特に規定するものではない。 The mesopentad fraction of polypropylene raw material A is preferably 0.970 or greater. The mesopentad fraction is an index that indicates the stereoregularity of the crystalline phase of polypropylene as measured by nuclear magnetic resonance (NMR). By setting the mesopentad fraction to 0.970 or greater, more preferably 0.975 or greater, even more preferably 0.980 or greater, and even more preferably 0.983 or greater, the degree of crystallinity and melting point will be high, making the polypropylene suitable for use at high temperatures. There is no particular upper limit for the mesopentad fraction.
メソペンタッド分率の高いポリプロピレン樹脂を得るには、例えばn-ヘプタン等の溶媒で得られた樹脂パウダーを洗浄する方法や、触媒および/または助触媒の選定、組成の選定を適宜行う方法等が好ましく採用される。 To obtain polypropylene resin with a high mesopentad fraction, methods such as washing the resulting resin powder with a solvent such as n-heptane, or appropriately selecting a catalyst and/or co-catalyst and composition are preferably used.
ポリプロピレン原料Aのチップの融点(樹脂の融点を意味する。以下同様とする。)としては、160℃以上が好ましい。チップの融点を160℃以上、より好ましくは163℃以上、さらに好ましくは166℃以上とすることで、フィルムとした際に高温環境下での耐電圧特性を効果的に得ることができる。 The melting point of the chips of polypropylene raw material A (meaning the melting point of the resin; the same applies hereinafter) is preferably 160°C or higher. By making the melting point of the chips 160°C or higher, more preferably 163°C or higher, and even more preferably 166°C or higher, it is possible to effectively obtain voltage resistance characteristics in high-temperature environments when made into a film.
チップ融点は、チップを示差走査熱量計DSCで30℃から260℃まで20℃/minで昇温した際に得られる融解ピーク温度とする。融解ピーク温度が前記温度範囲の中で2つ以上観測される場合や、ショルダーと言われる多段型のDSCチャートに観測できるピーク温度(2つ以上のピークが重なり合ったチャートの場合に観測される)の場合があるが、本発明においてはDSCチャートの縦軸熱流(単位:mW)の絶対値が最も大きいピークの温度をチップ融点とする。 The chip melting point is the melting peak temperature obtained when the chip is heated from 30°C to 260°C at 20°C/min using a differential scanning calorimeter (DSC). There may be cases where two or more melting peak temperatures are observed within the temperature range, or where the peak temperature is a shoulder that can be observed on a multi-stage DSC chart (observed when two or more peaks overlap). However, in the present invention, the chip melting point is defined as the temperature of the peak with the largest absolute value of the heat flow (unit: mW) on the vertical axis of the DSC chart.
本発明のポリオレフィンフィルムの原料におけるポリプロピレン原料Aの割合としては、ポリオレフィンフィルムに対してポリプロピレン原料Aが主成分、すなわち最も多いことが好ましい。 The proportion of polypropylene raw material A in the raw materials for the polyolefin film of the present invention is preferably such that polypropylene raw material A is the main component, i.e., the largest component, relative to the polyolefin film.
本発明のポリオレフィンフィルムの原料には、フィルムとした際に高温環境下での耐電圧特性を効果的に得る観点から、ポリプロピレン原料Aの他に、ポリプロピレン原料Aよりも数平均分子量(Mn)の大きいポリプロピレン原料Bを含むことも好ましい。 In order to effectively obtain voltage resistance characteristics in high-temperature environments when formed into a film, it is also preferable that the raw materials for the polyolefin film of the present invention contain, in addition to polypropylene raw material A, polypropylene raw material B having a higher number average molecular weight (Mn) than polypropylene raw material A.
ポリプロピレン原料Bの数平均分子量(Mn)は、フィルムを二軸延伸する観点から、5万(5.0×104)以上が好ましく、6万(6.0×104)以上がより好ましく、7万(7.0×104)以上がさらに好ましい。一方、フィルムの高温環境での熱安定性を得る観点から、ポリプロピレン原料BのMnは12万(12.0×104)以下が好ましく11万(11.0×104)以下がより好ましく、10万(10.0×104)以下がさらに好ましい。 From the viewpoint of biaxially stretching the film, the number average molecular weight (Mn) of the polypropylene raw material B is preferably 50,000 (5.0 × 10 4 ) or more, more preferably 60,000 (6.0 × 10 4 ) or more, and even more preferably 70,000 (7.0 × 10 4 ) or more. On the other hand, from the viewpoint of obtaining thermal stability of the film in a high-temperature environment, the Mn of the polypropylene raw material B is preferably 120,000 (12.0 × 10 4 ) or less, more preferably 110,000 (11.0 × 10 4 ) or less, and even more preferably 100,000 (10.0 × 10 4 ) or less.
ポリプロピレン原料BのMnはポリプロピレン原料AのMnよりも大きく、1万(1.0×104)以上大きいことが好ましく、2万(2.0×104)以上大きいことがより好ましい。 The Mn of polypropylene raw material B is larger than the Mn of polypropylene raw material A, preferably by 10,000 (1.0×10 4 ) or more, and more preferably by 20,000 (2.0×10 4 ) or more.
ポリプロピレン原料BのZ+1平均分子量(Mz+1)は、フィルムを二軸延伸する観点から、250万(2.5×106)以上が好ましく、350万(3.5×106)以上がより好ましく、400万(4.0×106)以上がさらに好ましく、450万(4.5×106)以上がさらに好ましい。一方、フィルムの高温環境での熱安定性を得る観点から、ポリプロピレン原料BのMz+1は、800万(8.0×106)以下が好ましく、700万(7.0×106)以下がより好ましい。 From the viewpoint of biaxially stretching the film, the Z+1 average molecular weight (Mz +1 ) of the polypropylene raw material B is preferably 2.5 million (2.5 × 10 ) or more, more preferably 3.5 million (3.5 × 10 ) or more, even more preferably 4 million (4.0 × 10 ) or more, and still more preferably 4.5 million (4.5 × 10 ). On the other hand, from the viewpoint of obtaining thermal stability of the film in a high-temperature environment, the Mz +1 of the polypropylene raw material B is preferably 8 million (8.0 × 10 ) or less, more preferably 7 million (7.0 × 10 ) or less.
ポリプロピレン原料BのMz+1は、フィルムの高温環境での熱安定性を得る観点から、ポリプロピレン原料AのMz+1平均分子量よりも大きいことが好ましく、50万(0.5×106)以上大きいことがより好ましく、100万(1.0×106)以上大きいことがさらに好ましく、150万(1.5×106)以上大きいことがさらに好ましい。 From the viewpoint of obtaining thermal stability of the film in a high-temperature environment, Mz +1 of polypropylene raw material B is preferably larger than the Mz +1 average molecular weight of polypropylene raw material A, more preferably by 500,000 (0.5 × 10 6 ) or more, even more preferably by 1,000,000 (1.0 × 10 6 ) or more, and still more preferably by 1,500,000 (1.5 × 10 6 ) or more.
ポリプロピレン原料Bは、冷キシレン可溶部(CXS)の含有量が4.0質量%以下であることが好ましい。ポリプロピレン原料BにおけるCXSの含有量を4.0質量%以下、より好ましくは3.0質量%以下とすることで、製膜安定性に優れ、フィルムの強度が向上し、寸法安定性および耐熱性も向上する。CXSは低いほど好ましいが、0.1質量%程度が下限である。 Polypropylene raw material B preferably has a cold xylene solubles (CXS) content of 4.0% by mass or less. By keeping the CXS content in polypropylene raw material B to 4.0% by mass or less, and more preferably 3.0% by mass or less, excellent film formation stability is achieved, and the film strength, dimensional stability, and heat resistance are also improved. The lower the CXS content, the better, but the lower limit is approximately 0.1% by mass.
CXSの含有量を上記のような範囲内とするには、樹脂を得る際の触媒活性を高める方法、得られた樹脂を溶媒あるいはオレフィンモノマー自身で洗浄する方法が使用できる。 To keep the CXS content within the above range, methods can be used to increase catalytic activity when obtaining the resin, or to wash the obtained resin with a solvent or the olefin monomer itself.
ポリプロピレン原料Bのメソペンタッド分率は0.940以上であることが好ましく、より好ましくは0.95以上、更に好ましくは0.960以上である。 The mesopentad fraction of polypropylene raw material B is preferably 0.940 or more, more preferably 0.95 or more, and even more preferably 0.960 or more.
ポリプロピレン原料Bのチップの融点としては、160℃以上が好ましい。チップの融点を160℃以上、より好ましくは162℃以上、さらに好ましくは164℃以上とすることで、フィルムとした際に高温環境下での耐電圧特性を効果的に高めることができる。 The melting point of the chips of polypropylene raw material B is preferably 160°C or higher. By making the melting point of the chips 160°C or higher, more preferably 162°C or higher, and even more preferably 164°C or higher, the voltage resistance characteristics in high-temperature environments can be effectively improved when made into a film.
本発明のポリプロピレンフィルムの原料におけるポリプロピレン樹脂Bの含有量としては、ポリプロピレンフィルム100質量%において1質量%以上30質量%以下であることが好ましい。ポリプロピレン原料Bの含有量は2質量%以上がより好ましい。また、ポリプロピレン原料Bの含有量は25質量%以下がより好ましく、20質量%以下がさらに好ましい。 The content of polypropylene resin B in the raw materials for the polypropylene film of the present invention is preferably 1% by mass or more and 30% by mass or less, based on 100% by mass of the polypropylene film. The content of polypropylene raw material B is more preferably 2% by mass or more. Furthermore, the content of polypropylene raw material B is more preferably 25% by mass or less, and even more preferably 20% by mass or less.
ポリプロピレン原料Bの数平均分子量(Mn)、Z+1平均分子量(Mz+1)、冷キシレン可溶分(CXS)、メソペンタッド分率、チップ融点、および含有量を上記した好ましい範囲とし、さらに延伸前に長手方向に1.01~1.10倍の予備延伸を施し、二軸延伸時に面積延伸倍率を65倍以上で、かつ幅方向の延伸倍率は11.0倍以上とし、二軸延伸後の熱固定処理および弛緩処理工程において、まず、幅方向の延伸温度より低温での熱処理(1段目)をしながら弛緩処理を行い、次いでフィルムを幅方向に緊張を保ったまま前記1段目の熱処理温度より低温で135℃以上の熱処理(2段目)、さらに80℃以上で前記2段目の熱処理温度未満の条件で熱処理(3段目)を施す多段方式の熱固定処理および弛緩処理をフィルムに適宜施すことによって、ポリプロピレン原料Aとの粘度差によって表面に適度な突起が形成され、さらに結晶と結晶を結ぶタイ分子の数が増えることで、延伸倍率を高めた際に分子鎖の配向が高まりやすくなり、高温環境下での非晶鎖の拘束力を高めることができる。 The number average molecular weight (Mn), Z+1 average molecular weight (Mz +1 ), cold xylene solubles (CXS), mesopentad fraction, chip melting point, and content of polypropylene raw material B are set within the above-mentioned preferred ranges, and further, prior to stretching, the film is pre-stretched at 1.01 to 1.10 times in the longitudinal direction, and during biaxial stretching, the areal stretching ratio is 65 times or more and the widthwise stretching ratio is 11.0 times or more. In the heat setting and relaxation treatment steps after biaxial stretching, first, relaxation treatment is performed while heat treatment (first stage) is performed at a temperature lower than the widthwise stretching temperature, and then the film is tensioned in the widthwise direction while the above-mentioned By appropriately subjecting the film to a multi-stage heat setting and relaxation treatment, in which a second heat treatment is performed at a temperature lower than the first heat treatment temperature of 135°C or higher, and a third heat treatment is performed at 80°C or higher but lower than the second heat treatment temperature (third heat treatment), appropriate protrusions are formed on the surface due to the difference in viscosity with polypropylene raw material A, and the number of tie molecules connecting crystals increases, which makes it easier to improve the orientation of molecular chains when the draw ratio is increased and makes it possible to increase the binding force of amorphous chains in a high-temperature environment.
本発明のポリオレフィンフィルムは、ポリプロピレン原料Aおよびポリプロピレン原料Bの他に、分岐鎖状のポリプロピレン原料Cを含んでもよい。 The polyolefin film of the present invention may contain, in addition to polypropylene raw material A and polypropylene raw material B, a branched polypropylene raw material C.
ポリプロピレン原料Cには、チーグラー・ナッタ触媒系やメタロセン系触媒系など、複数の製造方法があるが、ポリプロピレン原料Aやポリプロピレン原料Bと合わせて用いる観点において、低分子量成分、高分子量成分が少なく、分子量分布の狭いメタロセン触媒系がより好ましい。 There are several methods for producing polypropylene raw material C, including Ziegler-Natta catalyst systems and metallocene catalyst systems. However, from the perspective of using it in combination with polypropylene raw material A and polypropylene raw material B, metallocene catalyst systems are more preferred, as they have fewer low-molecular-weight and high-molecular-weight components and a narrow molecular weight distribution.
ポリプロピレン原料Cの市販品として、具体的には例えば、Lyondell Basell社製“Profax”(登録商標)(PF-814など)、メタロセン触媒系としては、Borealis社製“Daploy”(商標)(WB130HMS、WB135HMS、WB140HMSなど)や日本ポリプロ(株)社製、“WAYMAX”(登録商標)(MFX8、MFX6、MFX3など)を適宜選択の上、使用することができる。 Commercially available polypropylene raw material C can be selected from, for example, Lyondell Basell's "Profax" (registered trademark) (PF-814, etc.), and metallocene catalyst systems can be selected from, for example, Borealis' "Daploy" (trademark) (WB130HMS, WB135HMS, WB140HMS, etc.) and Japan Polypropylene's "WAYMAX" (registered trademark) (MFX8, MFX6, MFX3, etc.).
ポリプロピレン原料Cは、CXSが5.0質量%以下であることが好ましく、より好ましくは3.0質量%以下である。CXSは低いほど好ましいが、0.1質量%程度が下限である。CXSをこのような範囲に制御するには、樹脂を得る際の触媒活性を高める方法、得られた樹脂を溶媒あるいはオレフィンモノマー自身で洗浄する方法が使用できる。 The polypropylene raw material C preferably has a CXS of 5.0% by mass or less, more preferably 3.0% by mass or less. The lower the CXS, the better, but the lower limit is approximately 0.1% by mass. To control the CXS within this range, methods can be used that increase the catalytic activity when obtaining the resin, or that wash the obtained resin with a solvent or the olefin monomer itself.
ポリプロピレン原料Cは、230℃における溶融張力が2cN以上40cN以下であることが延伸均一性の観点の観点から好ましい。溶融張力は3cN以上であることがより好ましく、5cN以上がさらに好ましい。また、30cN以下がより好ましく、20cN以下がさらに好ましい。ポリプロピレン原料Cの溶融張力を上記の範囲内とするためには、平均分子量や分子量分布、ポリプロピレン原料中の分岐度を制御する方法などを採用することができる。 From the viewpoint of stretching uniformity, it is preferable that polypropylene raw material C have a melt tension of 2 cN or more and 40 cN or less at 230°C. The melt tension is more preferably 3 cN or more, and even more preferably 5 cN or more. It is also more preferably 30 cN or less, and even more preferably 20 cN or less. In order to keep the melt tension of polypropylene raw material C within the above range, methods such as controlling the average molecular weight, molecular weight distribution, and degree of branching in the polypropylene raw material can be used.
本発明のポリプロピレンフィルムの原料における、ポリプロピレン樹脂Cの含有量としては、ポリプロピレンフィルム100質量%において0.10質量%以上が好ましい。ポリプロピレン原料Cの含有量は0.15質量%以上がより好ましく、0.20質量%以上がさらに好ましく、0.50質量%以上がさらに好ましい。また、ポリプロピレン原料Cの含有量は10質量%以下が好ましく、4.5質量%以下がより好ましく、3.0質量%以下がさらに好ましい。ポリプロピレン樹脂Cの含有量を上記の範囲とすると、溶融ポリマーをシート状に形成する際に球晶サイズが大きくなり過ぎるのを防ぎ、高温耐電圧を保つことができる。 The content of polypropylene resin C in the raw materials for the polypropylene film of the present invention is preferably 0.10% by mass or more, based on 100% by mass of the polypropylene film. The content of polypropylene raw material C is more preferably 0.15% by mass or more, even more preferably 0.20% by mass or more, and even more preferably 0.50% by mass or more. The content of polypropylene raw material C is preferably 10% by mass or less, more preferably 4.5% by mass or less, and even more preferably 3.0% by mass or less. When the content of polypropylene resin C is within the above range, it is possible to prevent spherulite size from becoming too large when the molten polymer is formed into a sheet, and to maintain high-temperature withstand voltage.
以下、上述のような原料を用いて本発明のポリプロピレンフィルムを製造する方法をより具体的に説明するが、本発明は必ずしもこれに限定して解釈されるものではない。 The method for producing the polypropylene film of the present invention using the raw materials described above will be explained in more detail below, but the present invention should not be construed as necessarily being limited thereto.
上述のようなポリプロピレン樹脂を支持体上に溶融押出して未延伸ポリプロピレンフィルムとすることができる。 The polypropylene resin described above can be melt-extruded onto a support to form an unstretched polypropylene film.
ポリプロピレン原料を押出温度として好ましくは220℃以上280℃以下、より好ましくは230℃以上270℃以下に設定した単軸押出機から溶融押出し濾過フィルタを通した後、好ましくは200℃以上260℃以下、より好ましくは210℃以上240℃以下の温度でスリット状口金から押し出す。スリット状口金から押し出された溶融シートは、30℃以上110℃以下の温度に制御されたキャスティングドラム(冷却ドラム)上で固化され、未延伸ポリプロピレンフィルムとなる。溶融シートのキャスティングドラムへの密着方法としては静電印加法、水の表面張力を利用した密着方法、エアーナイフ法、プレスロール法、水中キャスト法、エアーチャンバー法などのうちいずれの手法を用いてもよいが、平面性が良好でかつ表面粗さの制御が可能なエアーナイフ法が好ましい。また、フィルムの振動を生じさせないために製膜下流側にエアーが流れるようにエアーナイフの位置を適宜調整することが好ましい。キャスティングドラムの温度は、フィルムとしたときに表面の凹みが少なく、適度な易滑性を持つことで素子加工性の向上と耐電圧性の向上をはかる観点から、より好ましくは60℃以上110℃以下、さらに好ましくは80℃以上110℃以下である。 Polypropylene raw material is melt-extruded from a single-screw extruder set at an extrusion temperature of preferably 220°C to 280°C, more preferably 230°C to 270°C, and then passed through a filtration filter. The extruded molten sheet is then extruded through a slit-shaped die at a temperature of preferably 200°C to 260°C, more preferably 210°C to 240°C. The molten sheet extruded from the slit-shaped die is solidified on a casting drum (cooling drum) controlled at a temperature of 30°C to 110°C, resulting in an unstretched polypropylene film. The molten sheet can be adhered to the casting drum using any of the following methods: electrostatic application, adhesion using the surface tension of water, air knife, press roll, underwater casting, and air chamber. However, the air knife method is preferred, as it provides good flatness and allows for control of surface roughness. It is also preferable to appropriately adjust the position of the air knife to allow air to flow downstream of the film production process to prevent vibration of the film. The temperature of the casting drum is more preferably 60°C or higher and 110°C or lower, and even more preferably 80°C or higher and 110°C or lower, from the viewpoint of improving device processability and voltage resistance by minimizing surface depressions and providing adequate slipperiness when formed into a film.
未延伸ポリプロピレンフィルムを、二軸延伸、熱処理および弛緩処理することによって、二軸配向ポリプロピレンフィルムを得ることができる。 Biaxially oriented polypropylene film can be obtained by biaxially stretching unstretched polypropylene film, heat treating it, and relaxing it.
二軸延伸の方法としては、インフレーション同時二軸延伸法、テンター同時二軸延伸法、テンター逐次二軸延伸法のいずれによっても得られるが、その中でも、フィルムの製膜安定性、結晶・非晶構造、表面特性、特に本発明の幅方向に延伸倍率を高めながら機械特性および熱寸法安定性を制御する点においてテンターによる逐次二軸延伸法を採用することが好ましい。逐次二軸延伸においては、未延伸ポリプロピレンフィルムを長手方向に延伸し、次いで幅方向に延伸する。 Biaxial stretching can be achieved by any of the following methods: inflation simultaneous biaxial stretching, tenter simultaneous biaxial stretching, and tenter sequential biaxial stretching. However, among these, sequential biaxial stretching using a tenter is preferred in terms of controlling the film's film formation stability, crystalline/amorphous structure, surface properties, and particularly the mechanical properties and thermal dimensional stability while increasing the stretch ratio in the width direction of the film. In sequential biaxial stretching, an unstretched polypropylene film is stretched in the longitudinal direction and then in the width direction.
縦延伸工程において、予備延伸と本延伸の多段延伸を施すことが好ましい。未延伸ポリプロピレンフィルムを好ましくは70℃以上150℃以下、より好ましくは80℃以上145℃以下に保たれたロール間に通して予熱し、長手方向に1.01倍以上1.10倍以下の予備延伸を行う。これにより未延伸シートの球晶破壊が適度に進み分子鎖が予備配向することで、続く本延伸後に得られる延伸フィルムの結晶子サイズ、結晶配向および非晶鎖の拘束がより高まる。そのため、フィルムの耐電圧を向上させ、高温環境においても安定した構造とすることができる。 In the longitudinal stretching process, it is preferable to perform multi-stage stretching, consisting of preliminary stretching and main stretching. The unstretched polypropylene film is preheated by passing it between rolls maintained at a temperature of preferably 70°C to 150°C, more preferably 80°C to 145°C, and then preliminary stretched in the longitudinal direction at a magnification of 1.01 to 1.10 times. This moderately promotes spherulite destruction in the unstretched sheet, pre-orienting the molecular chains, thereby further improving the crystallite size, crystalline orientation, and amorphous chain constraint of the stretched film obtained after the subsequent main stretching. This improves the film's withstand voltage and ensures a stable structure even in high-temperature environments.
引き続き長手方向に予備延伸されたポリプロピレンフィルムを好ましくは70℃以上150℃以下、より好ましくは80℃以上145℃以下の温度に保たれたロール間にて、長手方向に好ましくは2.0倍以上15.0倍以下、より好ましくは4.5倍以上12.0倍以下、さらに好ましくは5.5倍以上10.0倍以下に本延伸した後、室温まで冷却する。 The polypropylene film that has been pre-stretched in the longitudinal direction is then stretched between rolls maintained at a temperature of preferably 70°C to 150°C, more preferably 80°C to 145°C, preferably 2.0 to 15.0 times, more preferably 4.5 to 12.0 times, and even more preferably 5.5 to 10.0 times, in the longitudinal direction, and then cooled to room temperature.
次いで長手方向に一軸延伸せしめたフィルムの幅方向両端部をクリップで把持したまま、テンターに導く。ここで本発明においては幅方向へ延伸する直前の予熱工程の温度を好ましくは幅方向の延伸温度+5~+15℃、より好ましくは+5~+12℃、さらに好ましくは+5~+10℃とすることが好ましい。一軸延伸で長手方向に高配向したフィブリル構造をさらに強化でき、フィルム加熱前後での絶縁破壊電圧の変化を抑制できるためである。また、温度条件を上記の通りとすることは、一軸延伸後、配向が不十分な分子鎖を高温予熱で安定化させることで熱寸法安定性が向上できる観点でも好ましい。予熱温度を延伸温度+5℃以上とすることで、フィルム加熱前後での絶縁破壊電圧の変化を抑制でき、熱寸法安定性の向上が効果的に得られる。一方、予熱温度を延伸温度+15℃以下とすることで、延伸工程でフィルムが破れるのを抑えることができる。 Next, the film, uniaxially stretched in the longitudinal direction, is introduced into a tenter while both widthwise ends are held with clips. In the present invention, the temperature in the preheating step immediately prior to widthwise stretching is preferably the widthwise stretching temperature +5 to +15°C, more preferably +5 to +12°C, and even more preferably +5 to +10°C. This is because the fibril structure, which is highly oriented in the longitudinal direction by uniaxial stretching, can be further strengthened and the change in breakdown voltage before and after film heating can be suppressed. Furthermore, maintaining the temperature conditions as described above is also preferable from the perspective of improving thermal dimensional stability by stabilizing insufficiently oriented molecular chains after uniaxial stretching with high-temperature preheating. By setting the preheating temperature at least +5°C from the stretching temperature, the change in breakdown voltage before and after film heating can be suppressed, effectively improving thermal dimensional stability. On the other hand, by setting the preheating temperature at or below +15°C from the stretching temperature, film tearing during the stretching step can be suppressed.
次いでフィルムの端部をクリップで把持したまま幅方向へ延伸する。その際の温度(幅方向の延伸温度)は好ましくは150℃以上170℃以下、より好ましくは155℃以上165℃以下である。 Next, the film is stretched in the width direction while the edges are held with clips. The temperature during this process (width direction stretching temperature) is preferably 150°C or higher and 170°C or lower, more preferably 155°C or higher and 165°C or lower.
フィルム加熱前後での絶縁破壊電圧の変化を抑制する観点から、幅方向の延伸倍率としては、11.0倍以上20.0倍以下が好ましい。幅方向の延伸倍率を11.0倍以上、より好ましくは11.5倍以上、さらに好ましくは12.0倍以上とすることで、一軸延伸で長手方向に高配向したフィブリル構造の配向寄与を小さくし、フィルム加熱前後での絶縁破壊電圧の変化を効果的に抑制することができる。幅方向の延伸倍率を高めることにより、長手方向の高い配向状態を保ったまま幅方向の配向が付与されるため、面内の分子鎖緊張が高まり、さらに熱に対する構造安定性も向上できる。そのため、幅方向の延伸倍率を上記の通りとすることは、トレードオフとなる熱収縮特性を改善できる効果を得られると考察している観点で好ましい。他方、幅方向の延伸倍率を20.0倍以下、より好ましくは19.0倍以下、さらに好ましくは18.0倍以下とすることで、製膜時のフィルム破れを軽減できる。 From the viewpoint of suppressing the change in breakdown voltage before and after heating the film, the widthwise stretching ratio is preferably 11.0 times or more and 20.0 times or less. By setting the widthwise stretching ratio to 11.0 times or more, more preferably 11.5 times or more, and even more preferably 12.0 times or more, the orientation contribution of the fibril structure highly oriented in the longitudinal direction by uniaxial stretching is reduced, thereby effectively suppressing the change in breakdown voltage before and after heating the film. By increasing the widthwise stretching ratio, orientation is imparted in the widthwise direction while maintaining high longitudinal orientation, thereby increasing in-plane molecular chain tension and further improving structural stability against heat. Therefore, setting the widthwise stretching ratio as described above is preferable from the viewpoint of obtaining the effect of improving the thermal shrinkage characteristics, which are a trade-off. On the other hand, setting the widthwise stretching ratio to 20.0 times or less, more preferably 19.0 times or less, and even more preferably 18.0 times or less, can reduce film breakage during film formation.
本発明のポリプロピレンフィルムの製造において、面積延伸倍率は65倍以上であることが好ましい。面積延伸倍率とは、長手方向の延伸倍率に幅方向の延伸倍率を乗じたものである。面積延伸倍率を65倍以上、より好ましくは66倍以上、さらに好ましくは68倍以上、さらに好ましくは72倍以上とすることで、フィルム加熱前後での絶縁破壊電圧の変化を抑制し、コンデンサとしたとき高温環境で長時間の使用信頼性に優れたものとすることができる。 In the production of the polypropylene film of the present invention, the areal stretch ratio is preferably 65 times or more. The areal stretch ratio is the longitudinal stretch ratio multiplied by the widthwise stretch ratio. By setting the areal stretch ratio to 65 times or more, more preferably 66 times or more, even more preferably 68 times or more, and even more preferably 72 times or more, the change in breakdown voltage before and after heating the film can be suppressed, and when made into a capacitor, it can have excellent reliability for long-term use in high-temperature environments.
本発明のポリプロピレンフィルムの製造においては、続く熱処理および弛緩処理工程ではクリップで幅方向を緊張把持したまま幅方向に2%以上20%以下の弛緩を与えつつ、145℃以上165℃以下、かつ幅方向の延伸温度未満の温度(1段目熱処理温度)で熱固定(1段目熱処理)した後に、再度クリップで幅方向を緊張把持したまま135℃以上、前記の熱固定温度(1段目熱処理温度)未満の条件で熱処理を施し(2段目熱処理)、さらに緊張把持したまま80℃以上、前記の熱固定温度(2段目熱処理温度)未満の条件で熱固定(3段目熱処理)を施す多段方式の熱処理を行うことが、フィルム加熱前後での絶縁破壊電圧の変化を抑えられ、熱に対する構造安定性を向上させ、コンデンサとしたときの耐電圧性、信頼性を得る観点から好ましい。 In the production of polypropylene film of the present invention, the subsequent heat treatment and relaxation treatment steps involve heat setting (first-stage heat treatment) at a temperature of 145°C to 165°C, but below the width-direction stretching temperature, while applying a relaxation of 2% to 20% in the width direction while the film is held taut in the width direction with clips; then, while again holding the film taut in the width direction with clips, heat treatment (second-stage heat treatment) is performed at 135°C or higher, but below the heat setting temperature (first-stage heat treatment temperature); and, while still holding the film taut, heat setting (third-stage heat treatment) is performed at 80°C or higher, but below the heat setting temperature (second-stage heat treatment temperature). This multi-stage heat treatment is preferred from the perspectives of suppressing changes in breakdown voltage before and after heating the film, improving structural stability against heat, and ensuring voltage resistance and reliability when made into a capacitor.
弛緩処理においては、熱に対する構造安定性を高める観点から、弛緩率は2%以上20%以下が好ましい。弛緩率を20%以下、より好ましくは18%以下、さらに好ましくは15%以下とすることで、テンター内部でフィルムが弛みすぎて製品にシワが入り、蒸着時にムラを発生させるのを防ぐことができる。また、機械特性の低下を防ぐこともできる。他方、弛緩率を2%以上、より好ましくは5%以上、さらに好ましくは8%以上とすることで、熱に対する構造安定性が得られ、コンデンサとした際に、高温環境下での容量低下やショート破壊を防ぐことができる。 In the relaxation treatment, a relaxation rate of 2% or more and 20% or less is preferable from the perspective of increasing structural stability against heat. By setting the relaxation rate to 20% or less, more preferably 18% or less, and even more preferably 15% or less, it is possible to prevent the film from relaxing too much inside the tenter, causing wrinkles in the product and causing unevenness during vapor deposition. It also prevents a decrease in mechanical properties. On the other hand, by setting the relaxation rate to 2% or more, more preferably 5% or more, and even more preferably 8% or more, structural stability against heat is achieved, and when made into a capacitor, it is possible to prevent a decrease in capacity and short-circuit damage in high-temperature environments.
多段式に低温化する熱処理を経た後はテンターの外側へ導き、室温雰囲気にてフィルム幅方向両端部のクリップを解放し、ワインダ工程にてフィルムエッジ部をスリットし、フィルム厚み0.5μm以上10μm未満のフィルム製品ロールを巻き取る。ここでフィルムを巻取る前に蒸着を施す面に蒸着金属の接着性を良くするために、空気中、窒素中、炭酸ガス中あるいはこれらの混合気体中でコロナ放電処理を行うことが好ましい。 After undergoing a multi-stage heat treatment that lowers the temperature, the film is led to the outside of the tenter, where the clips on both ends of the film width are released in a room temperature atmosphere. The film edges are slit in the winding process, and a film product roll with a film thickness of 0.5 μm or more and less than 10 μm is wound up. Before winding the film, it is preferable to perform a corona discharge treatment in air, nitrogen, carbon dioxide gas, or a mixture of these gases to improve the adhesion of the vapor-deposited metal to the surface to be vapor-deposited.
なお、本発明のポリプロピレンフィルムを得るため、着眼される好ましい製造条件を具体的に挙げてみると、例としては以下のとおりである。
・溶融押出温度は、フィルター前、フィルター後、口金と多段式に低温化すること。
・ポリプロピレン樹脂Aのメソペンタッド分率が0.970以上であること。
・ポリプロピレン樹脂AのCXSが3.0質量%未満であること。
・縦延伸前に1.01倍以上1.10倍以下の予備延伸を行うこと。
・延伸の面積延伸倍率が65倍以上であること。
・幅方向の延伸倍率が11.0倍以上であること。
・幅方向の延伸前の予熱温度が幅方向の延伸温度+5~+15℃であること。
・1段目の熱処理温度が、145℃以上165℃以下であり、かつ幅方向の延伸温度未満の温度であること。
・2段目の熱処理温度が、135℃以上1段目の熱処理温度未満であること。
・3段目の熱処理温度が、80℃以上2段目の熱処理温度未満であること。
・1段目の熱処理工程において、幅方向に2%以上20%以下の弛緩処理が施されていること。
Specific examples of preferred production conditions to be focused on in order to obtain the polypropylene film of the present invention are as follows.
- The melt extrusion temperature should be lowered in multiple stages: before the filter, after the filter, and at the die.
- The mesopentad fraction of polypropylene resin A is 0.970 or more.
- The CXS of polypropylene resin A is less than 3.0 mass%.
- Preliminary stretching of 1.01 times or more and 1.10 times or less is carried out before longitudinal stretching.
The area stretching ratio is 65 times or more.
The stretching ratio in the width direction is 11.0 times or more.
The preheating temperature before stretching in the width direction is the width direction stretching temperature +5 to +15°C.
The first stage heat treatment temperature is 145°C or higher and 165°C or lower, and is lower than the width direction stretching temperature.
The second stage heat treatment temperature is 135°C or higher and lower than the first stage heat treatment temperature.
The third stage heat treatment temperature is 80°C or higher and lower than the second stage heat treatment temperature.
- In the first heat treatment step, a relaxation treatment of 2% to 20% in the width direction is performed.
続いて、本発明のポリプロピレンフィルムを用いてなる金属膜積層フィルム、それを用いてなるフィルムコンデンサ、およびそれらの製造方法について説明する。 Next, we will explain the metal film laminated film made using the polypropylene film of the present invention, the film capacitor made using the same, and the manufacturing methods for the same.
本発明の金属膜積層フィルムは、本発明のポリプロピレンフィルムの少なくとも片面に金属膜を有する。この金属膜積層フィルムは、上記の本発明に係るポリプロピレンフィルムの少なくとも片面に金属膜を設けることで得ることができる。 The metal film-laminated film of the present invention has a metal film on at least one side of the polypropylene film of the present invention. This metal film-laminated film can be obtained by providing a metal film on at least one side of the polypropylene film of the present invention described above.
本発明において、金属膜を付与する方法は特に限定されないが、例えば、ポリプロピレンフィルムの少なくとも片面に、アルミニウムまたは、アルミニウムと亜鉛との合金を蒸着してフィルムコンデンサの内部電極となる蒸着膜等の金属膜を設ける方法が好ましく用いられる。このとき、アルミニウムと同時あるいは逐次に、例えば、ニッケル、銅、金、銀、クロムなどの他の金属成分を蒸着することもできる。また、蒸着膜上にオイルなどで保護層を設けることもできる。ポリプロピレンフィルム表面の粗さが表裏で異なる場合には、粗さが平滑な表面側に金属膜を設けて金属膜積層フィルムとすることが耐電圧性を高める観点から好ましい。 In the present invention, the method for applying a metal film is not particularly limited. However, a preferred method is to deposit a metal film, such as a vapor-deposited film of aluminum or an aluminum-zinc alloy, on at least one side of the polypropylene film to form an internal electrode of the film capacitor. In this case, other metal components, such as nickel, copper, gold, silver, or chromium, can also be deposited simultaneously with or sequentially to the aluminum. A protective layer, such as oil, can also be deposited on the vapor-deposited film. If the surface roughness of the polypropylene film differs between the front and back, it is preferable to deposit a metal film on the smoother surface to form a metal film laminated film, from the perspective of improving voltage resistance.
本発明では、必要により、金属膜を形成後、金属膜積層フィルムを特定の温度でアニール処理を行なったり、熱処理を行なったりすることができる。また、絶縁もしくは他の目的で、金属膜積層フィルムの少なくとも片面に、ポリフェニレンオキサイドなど樹脂のコーティングを施すこともできる。 In the present invention, if necessary, after forming the metal film, the metal film laminated film can be annealed or heat treated at a specific temperature. Furthermore, for insulation or other purposes, a resin coating such as polyphenylene oxide can be applied to at least one side of the metal film laminated film.
本発明のフィルムコンデンサは、本発明の金属膜積層フィルムを用いてなる。つまり本発明のフィルムコンデンサは、本発明の金属膜積層フィルムを有する。 The film capacitor of the present invention uses the metal film laminated film of the present invention. In other words, the film capacitor of the present invention has the metal film laminated film of the present invention.
例えば、上記した本発明の金属膜積層フィルムを、種々の方法で積層もしくは捲回すことにより本発明のフィルムコンデンサを得ることができる。捲回型フィルムコンデンサの好ましい製造方法を例示すると、次のとおりである。 For example, the film capacitor of the present invention can be obtained by laminating or winding the metal film laminated film of the present invention described above using various methods. Examples of preferred methods for manufacturing wound film capacitors are as follows:
ポリプロピレンフィルムの片面にアルミニウムを減圧状態で蒸着する。その際、長手方向に走るマージン部を有するストライプ状に蒸着する。次に、表面の各蒸着部の中央と各マージン部の中央に刃を入れてスリットし、表面の一方にマージンを有した、テープ状の巻取リールを作成する。左もしくは右にマージンを有するテープ状の巻取リールを左マージンおよび右マージンのもの各1本ずつを、幅方向に蒸着部分がマージン部よりはみ出すように2枚重ね合わせて捲回し、捲回体を得る。 Aluminum is vapor-deposited under reduced pressure on one side of a polypropylene film. This is done in stripes with margins running longitudinally. Next, a blade is used to slit the center of each vapor-deposited area on the surface and the center of each margin, creating a tape-like take-up reel with a margin on one side of the surface. Two tape-like take-up reels with a left or right margin are stacked on top of each other and wound together so that the vapor-deposited area extends beyond the margin in the width direction, producing a wound body.
両面に蒸着を行う場合は、一方の面の長手方向に走るマージン部を有するストライプ状に蒸着し、もう一方の面には長手方向のマージン部が裏面側蒸着部の中央に位置するようにストライプ状に蒸着する。次に表裏それぞれのマージン部中央に刃を入れてスリットし、両面ともそれぞれ片側にマージン(例えば表面右側にマージンがあれば裏面には左側にマージン)を有するテープ状の巻取リールを作製する。得られたリールと未蒸着の合わせフィルム各1本ずつを、幅方向に金属化フィルムが合わせフィルムよりはみ出すように2枚重ね合わせて捲回し、捲回体を得る。 When vapor deposition is performed on both sides, one side is vapor deposited in stripes with a margin running lengthwise, and the other side is vapor deposited in stripes so that the longitudinal margin is positioned in the center of the vapor deposition area on the back side. Next, a blade is cut into the center of the margins on both sides to create a tape-like take-up reel with a margin on one side on each side (for example, if there is a margin on the right side of the front side, there will be a margin on the left side on the back side). The resulting reel and one unvapor-deposited laminated film are then overlapped and wound together so that the metallized film extends beyond the laminated film in the width direction to obtain a wound body.
以上のようにして作成した捲回体から芯材を抜いてプレスし、両端面にメタリコンを溶射して外部電極とし、メタリコンにリード線を溶接して捲回型フィルムコンデンサを得ることができる。フィルムコンデンサの用途は、鉄道車輌用、自動車用(ハイブリットカー、電気自動車)、太陽光発電・風力発電用および一般家電用等、多岐に亘っており、本発明のフィルムコンデンサもこれら用途に好適に用いることができる。その他、本発明のポリプロピレンフィルムは包装用フィルム、離型用フィルム、工程フィルム、衛生用品、農業用品、建築用品、医療用品など様々な用途でも用いることができ、特にフィルム加工において加熱工程を含む用途に好ましく用いることができる。 The core material is removed from the wound body produced as described above and pressed, and metallicon is sprayed onto both end surfaces to form external electrodes. Lead wires are welded to the metallicon to obtain a wound film capacitor. Film capacitors have a wide range of uses, including railway vehicles, automobiles (hybrid cars, electric cars), solar power generation, wind power generation, and general home appliances, and the film capacitor of the present invention can be suitably used for these applications. The polypropylene film of the present invention can also be used in a variety of applications, such as packaging film, release film, processing film, sanitary products, agricultural products, construction products, and medical products, and is particularly suitable for applications that involve a heating process in film processing.
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples.
[測定・評価方法]
本発明における特性値の測定方法、並びに効果の評価方法は次のとおりである。
[Measurement and evaluation method]
The methods for measuring the characteristic values and evaluating the effects in the present invention are as follows.
(1)フィルム厚み
ポリプロピレンフィルムの、無作為抽出した10箇所の厚みを、23℃65%RHの雰囲気下で接触式のアンリツ(株)製電子マイクロメータ(K-312A型)を用いて測定した。その10箇所の厚みの算術平均値をポリプロピレンフィルムのフィルム厚みとした。
(1) Film Thickness The thickness of ten randomly selected points on the polypropylene film was measured in an atmosphere of 23°C and 65% RH using a contact-type electronic micrometer (K-312A model) manufactured by Anritsu Corporation. The arithmetic mean value of the thicknesses at the ten points was taken as the film thickness of the polypropylene film.
(2)加熱後のα晶(110)面の結晶配向度
フィルムを125℃で60分熱処理する方法は、厚み2mm、外寸300mm×300mm、内寸280mm×280mmに中抜きされた幅20mmの四角い金属製フレームを用い、フレーム面の四辺には両面テープ(ニチバン製“ナイスタック”(登録商標)NW-H15接着力02)を貼り、金属製フレームの全面にフィルムが被さるように、フィルムを貼り付け、更に同寸法の金属製フレームでフィルムを挟み込む。この時、フィルムにシワが入らないように貼り付ける。次いで、金属フレーム/両面テープ/フィルム/金属フレームの状態で、フレームの4辺をクリップで挟み固定したサンプルを作成し、125℃に加熱されたオーブンへ60分放置した。その後、サンプルを取り出し、常温で5分放置した後、金属フレームの内枠にそってフィルムを切り出し、125℃で熱処理後のフィルムとした。125℃で熱処理後のフィルムを長さ4cm、幅1mmの短冊状に切断し、厚さが1mmになるように重ねて試料調製した。ポリプロピレンフィルムに対してX線が透過するように、X線源と検出器の間にフィルム試料を設置し、フィルム表面に対して垂直方向にX線を入射し、2θ=約14°(α晶(110)面)における結晶ピークを円周方向にスキャンして得られる配向ピークの半値幅H(°)から、下記式により計算した。
結晶配向度=(180°-H)/180°
測定装置および条件を以下に示す。
(2) Crystal Orientation of the α-Crystal (110) Plane After Heating The film was heat-treated at 125°C for 60 minutes using a 20mm wide square metal frame with a thickness of 2mm, outer dimensions of 300mm x 300mm, and inner dimensions of 280mm x 280mm, cut out from the center. Double-sided tape (Nichiban "Nice Tack" (registered trademark) NW-H15, adhesive strength 02) was attached to the four sides of the frame, and the film was attached so that it covered the entire surface of the metal frame. The film was then sandwiched between metal frames of the same dimensions. The film was attached carefully to prevent wrinkles. Next, a sample was created by clamping and fixing the four sides of the frame in the metal frame/double-sided tape/film/metal frame configuration with clips, and left in an oven heated to 125°C for 60 minutes. The sample was then removed and left at room temperature for 5 minutes, after which the film was cut out along the inner edge of the metal frame to obtain the film after heat treatment at 125°C. The film after heat treatment at 125°C was cut into strips 4 cm long and 1 mm wide, and the strips were stacked to a thickness of 1 mm to prepare a sample. The film sample was placed between the X-ray source and detector so that the X-rays would penetrate the polypropylene film, and X-rays were incident perpendicular to the film surface. The crystal peak at 2θ = approximately 14° (α crystal (110) plane) was scanned in the circumferential direction to obtain the half-width H (°) of the orientation peak. The orientation peak was calculated using the following formula.
Crystal orientation degree = (180°-H)/180°
The measurement equipment and conditions are shown below.
(測定装置)
・X線回折装置 理学電機(株)社製 4036A2型
X線源 :CuKα線(Niフィルタ使用)
出力 :40kV-30mA
・ゴニオメータ 理学電機(株)社製 2155D型
スリット:2mmφ-1°-1°
検出機 :シンチレーションカウンター
・計数記録装置 理学電機(株)社製 RAD-C型
(測定条件)
・円周方向スキャン(2θ=約14°)
スキャン方法 :ステップスキャン
測定範囲 :0~360°
ステップ :0.5°
積算時間 :2秒。
(Measuring device)
・X-ray diffractometer: Rigaku Corporation, Model 4036A2 X-ray source: CuKα ray (using Ni filter)
Output: 40kV-30mA
・Goniometer: Rigaku Corporation, Model 2155D, Slit: 2mmφ-1°-1°
Detector: Scintillation counter/counting recorder RAD-C type manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd. (measurement conditions)
Circumferential scan (2θ = approximately 14°)
Scanning method: Step scan Measurement range: 0 to 360°
Step: 0.5°
Accumulation time: 2 seconds.
(3)加熱後のフィルムのフィルム長手方向の伸度5%時の応力(F5MD)と、フィルム幅方向の伸度5%時の応力(F5TD)
フィルムを150℃で10分熱処理する方法は、厚み2mm、外寸300mm×300mm、内寸280mm×280mmに中抜きされた幅20mmの四角い金属製フレームを用い、フレーム面の四辺には両面テープ(ニチバン製“ナイスタック”(登録商標)NW-H15接着力02)を張り、金属製フレームの全面にフィルムが被さるように、フィルムを貼り付け、更に同寸法の金属製フレームでフィルムを挟み込む。この時、フィルムにシワが入らないように貼り付ける。次いで、金属フレーム/両面テープ/フィルム/金属フレームの状態で、フレームの4辺をクリップで挟み固定したサンプルを作成し、150℃に加熱されたオーブン内に10分放置した。その後、サンプルを取り出し、常温で5分放置した後、金属フレームの内枠にそってフィルムを切り出し、150℃で熱処理後のフィルムとした。150℃で熱処理後のフィルムを試験方向長さ50mm×幅10mmの矩形に切り出しサンプルとした。次に、矩形のサンプル用の引張試験機(オリエンテック製テンシロンUCT-100)に、初期チャック間距離20mmでセットし、23℃雰囲気下で引張速度を300mm/分としてフィルムの引張試験を行った。サンプルの伸び5%時にフィルムにかかっていた荷重を読み取り、試験前の試料の断面積(フィルム厚み×幅(10mm))で除した値を伸度5%時の応力(F5値、単位:MPa)として算出し、測定は長手方向および幅方向で各サンプル5回ずつ行い、その平均値を算出し、F5MD、F5TDをそれぞれ算出した。なお、F5値算出の為に用いるフィルム厚みは上記(1)で測定した値を用いた。
(3) Stress of the heated film when the elongation in the longitudinal direction of the film is 5% (F5MD) and stress of the heated film when the elongation in the width direction of the film is 5% (F5TD)
The method for heat-treating the film at 150°C for 10 minutes involves using a 20mm wide square metal frame with a thickness of 2mm, outer dimensions of 300mm x 300mm, and inner dimensions of 280mm x 280mm, with a cutout. Double-sided tape (Nichiban "Nice Tack" (registered trademark) NW-H15 adhesive strength 02) is applied to the four sides of the frame, and the film is attached so that it covers the entire surface of the metal frame. The film is then sandwiched between metal frames of the same dimensions. The film is attached so as not to wrinkle. Next, a sample is created by clamping and fixing the four sides of the frame in a metal frame/double-sided tape/film/metal frame configuration with clips, and this is left in an oven heated to 150°C for 10 minutes. The sample is then removed and left at room temperature for 5 minutes. The film is then cut along the inner edge of the metal frame, and used as the film after heat treatment at 150°C. The film after heat treatment at 150°C is cut into a rectangle measuring 50mm long x 10mm wide in the test direction to prepare a sample. Next, the film was subjected to a tensile test in a tensile tester for rectangular samples (Tensilon UCT-100 manufactured by Orientec) with an initial chuck distance of 20 mm, at a tension rate of 300 mm/min in an atmosphere of 23°C. The load applied to the film when the sample was elongated by 5% was read and divided by the cross-sectional area of the sample before the test (film thickness x width (10 mm)) to calculate the stress at 5% elongation (F5 value, unit: MPa). Measurements were performed five times for each sample in the longitudinal direction and width direction, and the average values were calculated to calculate F5MD and F5TD, respectively. The film thickness used to calculate the F5 value was the value measured in (1) above.
(4)ポリプロピレン樹脂およびフィルムの融解ピーク温度(Tm)と結晶化ピーク温度(Tc)
示差走査熱量計(セイコーインスツル製EXSTAR DSC6220)を用いて、窒素雰囲気中で3mgのポリプロピレンフィルムを30℃から260℃まで20℃/分の条件で昇温し、次いで、260℃で5分間保持した後、20℃/分の条件で30℃まで降温する。昇温過程で得られる吸熱ピーク温度をポリプロピレンフィルムの融解ピーク温度とし、降温過程で得られる発熱ピーク温度をポリプロピレンフィルムの結晶化ピーク温度とした。本明細書中ではn=3の測定を行った平均値からTm、Tcを算出した。ピーク温度が前記温度範囲の中で2つ以上観測される場合や、ショルダーと言われる多段型のDSCチャートに観測できるピーク温度(2つ以上のピークが重なり合ったチャートの場合に観測される)がでる場合があるが、本発明においてはDSCチャートの縦軸熱流(単位:mW)の絶対値が最も大きいピークの温度をそれぞれTm、Tcとする。なお、ポリプロピレン樹脂の(Tm)、(Tc)についても同様に測定した。
(4) Melting peak temperature (Tm) and crystallization peak temperature (Tc) of polypropylene resin and film
Using a differential scanning calorimeter (Seiko Instruments, EXSTAR DSC6220), 3 mg of polypropylene film was heated in a nitrogen atmosphere from 30°C to 260°C at a rate of 20°C/min, then held at 260°C for 5 minutes, and then cooled to 30°C at a rate of 20°C/min. The endothermic peak temperature obtained during the heating process was defined as the melting peak temperature of the polypropylene film, and the exothermic peak temperature obtained during the cooling process was defined as the crystallization peak temperature of the polypropylene film. In this specification, Tm and Tc were calculated from the average values obtained from n=3 measurements. In some cases, two or more peak temperatures were observed within the temperature range, or a peak temperature observable on a multi-stage DSC chart called a shoulder (observed in a chart where two or more peaks overlap) was observed. However, in the present invention, the temperature of the peak with the largest absolute value of the vertical axis heat flow (unit: mW) on the DSC chart was defined as Tm and Tc, respectively. The (Tm) and (Tc) of polypropylene resins were also measured in the same manner.
(5)表面の突起形状の偏り度スキューネス(Ssk)
スキューネス(Ssk)はISO25178の定義による。測定は(株)日立ハイテクサイエンスの走査型白色干渉顕微鏡VS1540を使用して行い、付属の解析ソフトにより撮影画面を多項式4次近似面補正にてうねり成分を除去し、次いでメジアン(3×3)フィルターにて処理後、次いで補間処理、すなわち、高さデータの取得ができなかった画素に対し周囲の画素より算出した高さデータで補う処理を行った。一方の面内の無作為抽出した5箇所で測定を行った平均値を算出した。測定はフィルムの両面について行った。
測定条件は下記のとおり。
製造元:株式会社菱化システム
販売元:株式会社日立ハイテクサイエンス
装置名:走査型白色干渉顕微鏡VS1540
測定条件:対物レンズ 10×
鏡筒 1×
ズームレンズ 1×
波長フィルタ 530nm white
測定モード:Wave
測定ソフトウェア:VS-Measure Version10.0.4.0
解析ソフトフェア:VS-Viewer Version10.0.3.0
測定面積:0.561mm×0.561mm。
(5) Skewness (Ssk) of the surface protrusion shape
Skewness (Ssk) is defined in accordance with ISO 25178. Measurements were performed using a scanning white light interference microscope VS1540 manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation. The attached analysis software was used to remove waviness components from the captured image using polynomial fourth-order approximation surface correction, followed by processing with a median (3 x 3) filter. Then, interpolation processing was performed, i.e., pixels for which height data could not be obtained were supplemented with height data calculated from surrounding pixels. Measurements were taken at five randomly selected locations on one surface, and the average value was calculated. Measurements were performed on both surfaces of the film.
The measurement conditions are as follows:
Manufacturer: Ryoka Systems Co., Ltd. Distributor: Hitachi High-Tech Science Corporation Device name: Scanning white light interference microscope VS1540
Measurement conditions: Objective lens 10x
1x telescope tube
Zoom lens 1x
Wavelength filter 530nm white
Measurement mode: Wave
Measurement software: VS-Measure Version 10.0.4.0
Analysis software: VS-Viewer Version 10.0.3.0
Measurement area: 0.561 mm x 0.561 mm.
(6)フィルムの冷キシレン可溶部(CXS)
原料の場合はポリプロピレン樹脂、フィルムの場合はフィルム試料について、0.5gを135℃のキシレン100mlに溶解して放冷後、20℃の恒温水槽で1時間静置して再結晶させた後にろ過液に溶解しているポリプロピレン系成分を液体クロマトグラフ法にて定量した。ろ過液に溶解しているポリプロピレン系成分の量をX(g)、試料0.5gの精量値をX0(g)として下記式
CXS(質量%)=(X/X0)×100
から算出した。
(6) Cold xylene soluble portion of film (CXS)
0.5 g of the polypropylene resin in the case of the raw material, or the film sample in the case of the film, was dissolved in 100 ml of xylene at 135°C, allowed to cool, and then allowed to stand in a thermostatic water bath at 20°C for 1 hour to recrystallize, after which the polypropylene component dissolved in the filtrate was quantified by liquid chromatography. The amount of the polypropylene component dissolved in the filtrate was determined by the following formula: CXS (mass%) = (X/ X0 ) × 100, where X (g) is the amount of the polypropylene component dissolved in the filtrate and X0 (g) is the precise weight of 0.5 g of the sample.
was calculated from
(7)フィルム表面における突出山部高さ(SpkA)、(SpkB)
突出山部高さ(Spk)はISO25178の定義による。測定は(株)日立ハイテクサイエンスの走査型白色干渉顕微鏡VS1540を使用して行い、付属の解析ソフトにより撮影画面を多項式4次近似面補正にてうねり成分を除去し、次いでメジアン(3×3)フィルターにて処理後、次いで補間処理(高さデータの取得ができなかった画素に対し周囲の画素より算出した高さデータで補う処理)を行った。一方の面内の任意の5箇所で測定を行った平均値を算出した。フィルムの両面を測定し、値が低い面の値をSpkA、反対側の面をSpkBとした。測定条件は上記(5)表面突起形状の偏り度と同様とした。
(7) Height of protruding peaks on the film surface (SpkA), (SpkB)
The protruding peak height (Spk) is defined in ISO 25178. Measurements were performed using a VS1540 scanning white light interference microscope manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation. The attached analysis software was used to remove waviness components from the captured image using polynomial fourth-order approximation surface correction, followed by processing with a median (3 x 3) filter and then interpolation (a process in which height data for pixels for which no height data could be obtained is supplemented with height data calculated from surrounding pixels). Measurements were taken at five arbitrary locations on one surface, and the average value was calculated. Both surfaces of the film were measured, and the value of the surface with the lower value was designated SpkA, and the value of the opposite surface was designated SpkB. The measurement conditions were the same as those for (5) Degree of bias of surface protrusion shape.
(8)フィルム表面における深さ20nm以上の谷の総容積
測定は(株)日立ハイテクサイエンスの走査型白色干渉顕微鏡VS1540を使用して行い、付属の解析ソフトにより撮影画面を多項式4次近似面補正にてうねり成分を除去し、次いでメジアン(3×3)フィルターにて処理後、次いで補間処理、すなわち、高さデータの取得ができなかった画素に対し周囲の画素より算出した高さデータで補う処理を行った。次いで解析ソフトの解析ツールであるベアリング機能を用いて解析した。深さ20nm以上の谷側空隙を指定するため、高さ領域指定において、谷側高さ閾値を-20nmに設定した。次いで当該閾値を満たし解析された谷の容積の値を読み取った。一方の面内の無作為抽出した5箇所の0.561×0.561mm2の領域で測定を行い、領域内の総容積の平均値をフィルム表面における深さ20nm以上の谷の総容積とした。
(8) Total volume of valleys 20 nm or deeper on the film surface Measurements were performed using a VS1540 scanning white light interference microscope manufactured by Hitachi High-Tech Science Corporation. The attached analysis software removed waviness components from the captured image using a polynomial fourth-order approximation surface correction, then processed with a median (3 x 3) filter. Then, interpolation processing was performed, i.e., pixels for which height data could not be obtained were supplemented with height data calculated from surrounding pixels. Analysis was then performed using the bearing function, an analysis tool in the analysis software. To specify valley-side voids 20 nm or deeper, the valley-side height threshold was set to -20 nm in the height region specification. The volume value of the analyzed valleys that met this threshold was then read. Measurements were performed in five randomly selected 0.561 x 0.561 mm2 regions on one surface, and the average of the total volume within the region was used as the total volume of valleys 20 nm or deeper on the film surface.
なお、フィルムの両面を測定して、一方の面について谷の総容積が50~5,000μm3の範囲内に入った場合には範囲内となった側の面の値、両面とも範囲内となった場合には小さい値を有する側の面の値、両面とも範囲内に入らなかった場合には総谷側体積が50~5,000μm3の範囲に近い側の面の値を記した。測定条件は上記(5)表面突起形状の偏り度と同様とした。 Both sides of the film were measured, and if the total valley volume on one side was within the range of 50 to 5,000 μm³ , the value for the side that was within the range was recorded; if both sides were within the range, the value for the side with the smaller value was recorded; and if neither side was within the range, the value for the side with the total valley volume closest to the range of 50 to 5,000 μm³ was recorded. The measurement conditions were the same as those for (5) Degree of bias of surface protrusion shape above.
(9)125℃で15分間熱処理後の幅方向の熱収縮率HS125TD
フィルムの幅方向が長辺となるように、長さ200mm、幅10mmの試料を5本切り出し、両端から25mmの位置に標線として印を付けて、万能投影機で標線間の距離を測定し試長(L1)とする。次に、試験片の長さ方向の一方の端(下端となる)に3gの荷重をかけ、125℃に保温されたオーブン内で15分間、吊した状態で加熱し、試験片を取り出して室温で冷却後、先で付した標線間の寸法(L2)を万能投影機で測定して下記式にて各試料の熱収縮率HS125TDを求め、5本の算術平均値をその測定方向における熱収縮率HS125TDとして算出した。
HS125TD={(L1-L2)/L1}×100
ここに、
HS125TD:125℃で15分間熱処理後の幅方向の熱収縮率(%)
L1:熱処理前の標線間の距離(150mm)
L2:熱処理後の標線間の距離。
(9) Heat shrinkage in the width direction after heat treatment at 125°C for 15 minutes HS125TD
Five samples, each 200 mm long and 10 mm wide, were cut out so that the width direction of the film was the long side, and marked with lines 25 mm from both ends. The distance between the marked lines was measured with a universal projector to determine the test length (L1). Next, a load of 3 g was applied to one end (the lower end) of the test piece in the longitudinal direction, and the test piece was heated in a suspended state for 15 minutes in an oven maintained at 125 ° C. The test piece was removed and cooled at room temperature. The dimension (L2) between the marked lines was measured with a universal projector, and the heat shrinkage rate HS125TD of each sample was calculated using the following formula. The arithmetic average value of the five samples was calculated as the heat shrinkage rate HS125TD in the measurement direction.
HS125TD={(L1-L2)/L1}×100
Here,
HS125TD: Heat shrinkage rate (%) in the width direction after heat treatment at 125°C for 15 minutes
L1: Distance between the gauge lines before heat treatment (150 mm)
L2: The distance between the gauge lines after heat treatment.
(10)静摩擦係数(μs)
東洋精機(株)製スリップテスターを用いて、JIS K 7125(1999)に準じて、25℃、65%RHにて測定した。なお、測定はフィルム長手方向同士で、かつ、異なる面同士を重ねて行った。同じ測定をサンプル毎に5回行い、得られた値の平均値を算出し、当該サンプルの静摩擦係数(μs)とした。
(10) Static friction coefficient ( μs )
Measurements were made at 25°C and 65% RH using a slip tester manufactured by Toyo Seiki Co., Ltd. in accordance with JIS K 7125 (1999). The measurements were made in the longitudinal direction of the films, with different sides overlapping each other. The same measurement was made five times for each sample, and the average value was calculated to be the static friction coefficient ( μs ) of the sample.
(11)メソペンタッド分率
原料の場合はポリプロピレン樹脂、フィルムの場合はフィルム試料について凍結粉砕してパウダー状にし、60℃のn-ヘプタンで2時間抽出し、ポリプロピレン中の不純物・添加物を除去した後、130℃で2時間以上減圧乾燥したものをサンプルとした。該サンプルを溶媒に溶解し、13C-NMRを用いて、以下の条件にてメソペンタッド分率(mmmm)を求めた。
(11) Mesopentad Fraction A polypropylene resin in the case of a raw material, or a film sample in the case of a film, was freeze-pulverized into powder, extracted with n-heptane at 60°C for 2 hours to remove impurities and additives in the polypropylene, and then dried under reduced pressure at 130°C for 2 hours or more to obtain a sample. The sample was dissolved in a solvent, and the mesopentad fraction (mmmm) was determined using 13C -NMR under the following conditions.
測定条件
・装置:Bruker製DRX-500
・測定核:13C核(共鳴周波数:125.8MHz)
・測定濃度:10質量%
・溶媒:ベンゼン:重オルトジクロロベンゼン=1:3混合溶液(体積比)
・測定温度:130℃
・スピン回転数:12Hz
・NMR試料管:5mm管
・パルス幅:45°(4.5μs)
・パルス繰り返し時間:10秒
・データポイント:64K
・積算回数:10,000回
・測定モード:complete decoupling。
Measurement conditions and equipment: Bruker DRX-500
・Measurement nucleus: 13 C nucleus (resonance frequency: 125.8MHz)
・Measurement concentration: 10% by mass
Solvent: Benzene: deuterated orthodichlorobenzene = 1:3 mixed solution (volume ratio)
・Measurement temperature: 130℃
Spin speed: 12Hz
NMR sample tube: 5 mm tube Pulse width: 45° (4.5 μs)
Pulse repetition time: 10 seconds Data points: 64K
Accumulation count: 10,000 times Measurement mode: complete decoupling.
解析は次のように行った。LB(ラインブロードニングファクター)を1としてフーリエ変換を行い、mmmmピークを21.86ppmとした。WINFITソフト(Bruker製)を用いて、ピーク分割を行った。その際に、高磁場側のピークから以下のようにピーク分割を行い、更にソフトの自動フィッティングを行い、ピーク分割の最適化を行った上で、mmmmのピーク分率の合計をメソペンタッド分率(mmmm)とした。
(1)mrrm
(2),(3)rrrm(2つのピークとして分割)
(4)rrrr
(5)mrmr
(6)mrmm+rmrr
(7)mmrr
(8)rmmr
(9)mmmr
(10)mmmm
同じサンプルについて同様の測定を5回行い、得られたメソペンタッド分率の平均値を当該サンプルのメソペンタッド分率とした。
The analysis was performed as follows. Fourier transformation was performed with LB (line broadening factor) set to 1, and the mmmm peak was determined to be 21.86 ppm. Peak splitting was performed using WINFIT software (manufactured by Bruker). Peak splitting was performed as follows, starting from the peak on the high magnetic field side. Further, automatic fitting of the software was performed to optimize the peak splitting, and the sum of the mmmm peak fractions was determined to be the mesopentad fraction (mmmm).
(1) mrrm
(2), (3) rrrm (split into two peaks)
(4) rrrr
(5) mrmr
(6) mrmm+rmrr
(7) mmrr
(8) rmmr
(9) mmmr
(10) mmmm
The same measurement was carried out five times for the same sample, and the average of the obtained mesopentad fractions was taken as the mesopentad fraction of the sample.
(12)130℃での絶縁破壊電圧(V/μm)
130℃に保温されたオーブン内でフィルムを1分間加熱後、その雰囲気中で、JIS C2330(2014)6.2およびそこで引用するJIS C2151(2019)の17.2 B法(平板電極法)に準じて測定した。ただし、下部電極については、JIS C2151(2019)17.2.2 図3-C記載のアルミはくの上に、同一寸法の導電ゴム(株式会社十川ゴム製E-100<65>)を載せたものを電極として使用した。絶縁破壊電圧試験を30回行い、得られた値をフィルムの厚み(上記(1)で測定)で除してV/μmの単位に換算し、計30点の測定値(算出値)のうち最大値から大きい順に5点と最小値から小さい順に5点を除いた20点の平均値を、130℃でのフィルム絶縁破壊電圧とした。
(12) Breakdown voltage at 130°C (V/μm)
The film was heated for 1 minute in an oven maintained at 130°C, and then measured in that atmosphere in accordance with JIS C2330 (2014) 6.2 and JIS C2151 (2019) 17.2 B (plate electrode method) cited therein. However, for the lower electrode, a conductive rubber (E-100<65> manufactured by Togawa Rubber Co., Ltd.) of the same dimensions was placed on the aluminum foil described in JIS C2151 (2019) 17.2.2 Figure 3-C was used as the electrode. The breakdown voltage test was performed 30 times, and the obtained value was divided by the film thickness (measured in (1) above) and converted to units of V/μm. Of the 30 measured values (calculated values), the five largest and five smallest were excluded, and the average of the 20 points was used as the film breakdown voltage at 130°C.
(13)ポリプロピレン樹脂およびフィルムの分子量、分子量分布
GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて、以下の装置および測定条件で評価し、算出した。以下の測定条件にて試料前処理として試料を秤量し、溶媒(0.1%のBHTを添加した1,2,4-TCB)を加えて140℃で1時間振とう溶解させた。次いで、孔径0.5μmの焼結フィルターで加熱濾過を行い、分子サイズによる分画を行った。
(13) Molecular weight and molecular weight distribution of polypropylene resin and film: These were evaluated and calculated using GPC (gel permeation chromatography) under the following measurement conditions. As sample pretreatment under the following measurement conditions, the sample was weighed, a solvent (1,2,4-TCB with 0.1% BHT added) was added, and the sample was dissolved by shaking at 140°C for 1 hour. Next, the sample was heated and filtered using a sintered filter with a pore size of 0.5 μm, and fractionated by molecular size.
<装置および測定条件>
・装置 :HLC-8321GPC/HT(検出器:RT)
・カラム :
TSKgel guardcolumnHHR(30)HT(7.5mmI.D.×7.5mm)×1本
+TSKgel GMHHR-H(20)HT(7.8mmI.D.×30cm)(東ソー社製)×3本
・溶離液 :1,2,4-トリクロロベンゼン(富士フイルム和光純薬社製GPC用)+BHT(0.05%)
・流量 :1.0mL/min.
・検出条件:polarity=(-)
・注入量 :0.3mL
・カラム温度:140℃
・システム温度:40℃
・試料濃度:1mg/mL
標準ポリスチレン(東ソー株式会社製)を用いて検量線を作製し、測定された分子量の値をポリスチレンの値に換算して、Z+1平均分子量(Mz+1)、重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)を得た。そしてMz+1とMwの値を用いた分子量分布(Mz+1/Mw)を算出した。
<Apparatus and measurement conditions>
・Apparatus: HLC-8321GPC/HT (detector: RT)
・Column:
TSKgel guard column H HR (30) HT (7.5 mm ID x 7.5 mm) x 1 tube + TSKgel GMH HR -H (20) HT (7.8 mm ID x 30 cm) (Tosoh Corporation) x 3 tubes; Eluent: 1,2,4-trichlorobenzene (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., for GPC) + BHT (0.05%)
・Flow rate: 1.0mL/min.
Detection condition: polarity = (-)
・Injection volume: 0.3mL
Column temperature: 140°C
System temperature: 40°C
Sample concentration: 1 mg/mL
A calibration curve was prepared using standard polystyrene (manufactured by Tosoh Corporation), and the measured molecular weight values were converted into polystyrene values to obtain the Z+1 average molecular weight (Mz +1 ), weight average molecular weight (Mw), and number average molecular weight (Mn). The molecular weight distribution (Mz +1 /Mw) was then calculated using the Mz +1 and Mw values.
(14)フィルムコンデンサ特性の評価(120℃での耐電圧、信頼性、加工性)
フィルムの一方の面に、真空蒸着機((株)アルバック製)でアルミニウムを蒸着させ、マスキングオイルにより膜抵抗が10Ω/sqで長手方向に垂直な方向にマージン部を設けた、いわゆるT型マージン(長手方向ピッチ(周期)が17mm、ヒューズ幅が0.5mm)を有する蒸着パターンを形成した。なお、濡れ張力が表裏両面で異なる場合は、濡れ張力が高い方の面に蒸着を施した。
(14) Evaluation of film capacitor characteristics (voltage resistance at 120°C, reliability, processability)
Aluminum was vapor-deposited on one side of the film using a vacuum vapor deposition machine (manufactured by ULVAC, Inc.), and a vapor deposition pattern with a film resistance of 10 Ω/sq and a margin section in the direction perpendicular to the longitudinal direction, namely a T-shaped margin (longitudinal pitch (period) of 17 mm, fuse width of 0.5 mm), was formed using masking oil. When the wetting tension differed between the front and back surfaces, vapor deposition was performed on the side with the higher wetting tension.
蒸着パターンを形成したフィルムをスリットし、フィルム幅50mm、端部マージン幅2mmの蒸着リールを得た。 The film with the vapor deposition pattern formed was slit to obtain a vapor deposition reel with a film width of 50 mm and an edge margin width of 2 mm.
次いで、このリールを用いて素子巻機((株)皆藤製作所製 KAW-4NHB)にてコンデンサ素子を巻き取り、メタリコンを施した後、減圧下、128℃の温度で12時間の熱処理を施し、リード線を取り付けコンデンサ素子に仕上げた。 The capacitor element was then wound up on this reel using an element winding machine (KAW-4NHB, manufactured by Kaito Seisakusho Co., Ltd.), metallicon was applied, and the element was then heat-treated under reduced pressure at 128°C for 12 hours, after which lead wires were attached to complete the capacitor element.
こうして得られたコンデンサ素子10個を用いて、120℃高温下でコンデンサ素子に250VDCの電圧を印加し、該電圧で10分間経過後にステップ状に50VDC/1分で徐々に印加電圧を上昇させることを繰り返す、所謂ステップアップ試験を行なった。 A so-called step-up test was conducted using 10 capacitor elements thus obtained. A voltage of 250 VDC was applied to the capacitor elements at a high temperature of 120°C, and after 10 minutes at that voltage, the applied voltage was gradually increased in steps of 50 VDC per minute.
<耐電圧評価>
ステップアップ試験においてこの際の静電容量の変化を測定しグラフ上にプロットして、当該容量が初期値の80%になった時点における電圧をフィルムの厚み(上記(1))で割り返して耐電圧とし、以下の通り評価した。
S:耐電圧が400V/μm以上である。
A:耐電圧が390V/μm以上400V/μm未満である。
B:耐電圧が380V/μm以上390V/μm未満である。
C:耐電圧が380V/μm未満である。
S、A、Bは使用可能である。Cでは実用上の性能に劣る。
<Voltage resistance evaluation>
In the step-up test, the change in capacitance at this time was measured and plotted on a graph. The voltage at which the capacitance reached 80% of the initial value was divided by the film thickness ((1) above) to determine the withstand voltage, which was evaluated as follows:
S: The withstand voltage is 400 V/μm or more.
A: The withstand voltage is 390 V/μm or more and less than 400 V/μm.
B: The withstand voltage is 380 V/μm or more and less than 390 V/μm.
C: The withstand voltage is less than 380 V/μm.
S, A, and B are usable. C is inferior in practical performance.
<信頼性評価>
静電容量が初期値に対して15%以下に減少するまで電圧を上昇させた後に、コンデンサ素子を解体し破壊の状態を調べて、信頼性を以下の通り評価した。
S:素子形状の変化は無く、貫通状の破壊は観察されない。
A:素子形状の変化は無く、フィルム1層以上5層以内の貫通状の破壊が観察される。
B:素子形状の変化は無く、フィルム6層以上10層以内の貫通状の破壊が観察される。
C:素子形状に変化が認められる、若しくは10層を超える貫通状の破壊が観察される、あるいは素子形状が大きく変化し破壊する
Sは問題なく使用でき、A、Bでは条件次第で使用可能である。Cでは実用上の性能に劣る。
<Reliability evaluation>
After increasing the voltage until the capacitance was reduced to 15% or less of the initial value, the capacitor element was disassembled to check the state of breakdown, and the reliability was evaluated as follows.
S: The element shape remains unchanged, and no penetration damage is observed.
A: There is no change in the shape of the element, and breakage of the film in a penetrating manner is observed in 1 to 5 layers.
B: There is no change in the shape of the element, and penetration damage is observed through 6 to 10 film layers.
C: Changes in element shape are observed, or breakage that penetrates more than 10 layers is observed, or the element shape changes significantly and breaks. S can be used without problems, and A and B can be used depending on the conditions. C has poor practical performance.
<加工性評価>
下記基準で判断した。上記と同様にしてコンデンサ素子を作成し、目視により素子の形状を確認した。
S:コンデンサ素子の端面フィルムのズレ、シワ、変形がなく、後の工程に全く支障がないレベル
A:コンデンサ素子の変形はなく、シワがわずかにあるが問題なく使用が可能なレベル
B:コンデンサ素子の変形、シワが僅かにあるが使用可能なレベル
C:コンデンサ素子の変形、シワの程度がひどく、後の工程に支障を来すレベル
S、Aは問題なく使用可能であり、Bは条件次第で使用可能、Cでは実用が困難である。
<Processability evaluation>
The evaluation was based on the following criteria: A capacitor element was prepared in the same manner as above, and the shape of the element was visually confirmed.
S: No misalignment, wrinkles or deformation of the end surface film of the capacitor element, causing no problems in subsequent processes. Level A: No deformation of the capacitor element, slight wrinkles but usable without problems. Level B: Slight deformation and wrinkles of the capacitor element but usable. Level C: Severe deformation and wrinkles of the capacitor element causing problems in subsequent processes. Levels S and A mean that the capacitor can be used without problems, B means that it can be used depending on the conditions, and C means that it is difficult to put into practical use.
[ポリプロピレン原料]
実施例、比較例のポリプロピレンフィルムの製造に、下記の表1に示す原料を使用した。ポリプロピレン原料Aとして4種類(A1、A2、A3、A4)、ポリプロピレン原料Bとして3種類(B1、B2、B3)、ポリプロピレン原料Cとして2種類(C1:チーグラー・ナッタ触媒系、C2:メタロセン触媒系)の原料を使用した。
[Polypropylene raw material]
The raw materials shown in Table 1 below were used to produce the polypropylene films of the Examples and Comparative Examples. Four types of raw polypropylene materials A (A1, A2, A3, A4), three types of raw polypropylene materials B (B1, B2, B3), and two types of raw polypropylene materials C (C1: Ziegler-Natta catalyst system, C2: metallocene catalyst system) were used.
[実施例1]
本実施例に使用した原料および製膜の条件は表1、2に示したとおりである。まずポリプロピレン原料A1を93質量部、ポリプロピレン原料B1を4質量部、ポリプロピレン原料C1を3質量部ドライブレンドした。ブレンドした原料を温度260℃の単軸押出機に供給し、溶融させ、濾過フィルターを通過後の温度を255℃に設定した配管を通過させ、250℃に設定したT型スリットダイよりシート状に溶融押出した。このシート状物を99℃に保温されたキャスティングドラム上で、エアーナイフにより密着させ冷却固化して未延伸ポリプロピレンフィルムを得た。当該未延伸ポリプロピレンフィルムを複数のロール群にて段階的に143℃まで予熱し、そのまま周速差を設けたロール間に通し、130℃にて1.08倍の予備延伸を行った後、143℃にて長手方向に6.1倍で延伸した。引き続き当該フィルムをテンターに導き、フィルム幅手の両端部をクリップで把持したまま169℃の温度(TD延伸温度+7℃)で予熱し、次いで163℃の温度で幅方向に12.3倍で延伸した。さらに1段目の熱処理として幅方向に15%の弛緩を与えながら159℃で熱処理を行ない、さらに2段目の熱処理としてフィルム幅手の両端部をクリップで幅方向把持したまま150℃で熱処理を行った。3段目の熱処理として111℃の熱処理を経てテンターの外側へ導き、フィルム端部のクリップ解放し、次いでフィルム表面(キャスティングドラム接触面側)に25W・分/m2の処理強度で大気中でコロナ放電処理を行い、フィルム厚み2.3μmのポリプロピレンフィルムをフィルムロールとして巻き取った。各項目の評価結果を表4に示す。
[Example 1]
The raw materials and film-forming conditions used in this example are as shown in Tables 1 and 2. First, 93 parts by mass of polypropylene raw material A1, 4 parts by mass of polypropylene raw material B1, and 3 parts by mass of polypropylene raw material C1 were dry-blended. The blended raw materials were fed into a single-screw extruder at 260°C, melted, passed through a filtration filter, passed through a pipe set at a temperature of 255°C, and melt-extruded into a sheet from a T-slit die set at 250°C. This sheet-like material was placed on a casting drum maintained at 99°C, adhered with an air knife, and cooled and solidified to obtain an unstretched polypropylene film. The unstretched polypropylene film was preheated stepwise to 143°C using a group of rolls, passed between rolls with different peripheral speeds, pre-stretched 1.08 times at 130°C, and then stretched 6.1 times in the longitudinal direction at 143°C. The film was then introduced into a tenter, preheated at 169°C (TD stretching temperature + 7°C) while both ends of the film were held with clips, and then stretched 12.3 times in the width direction at 163°C. The first heat treatment was performed at 159°C while providing 15% relaxation in the width direction, and the second heat treatment was performed at 150°C while both ends of the film were held with clips in the width direction. The third heat treatment was performed at 111°C, after which the film was introduced to the outside of the tenter, the clips on the film ends were released, and the film surface (the side contacting the casting drum) was subjected to a corona discharge treatment in the atmosphere at a treatment intensity of 25 W min/ m² , and the resulting polypropylene film with a thickness of 2.3 µm was wound into a film roll. The evaluation results for each item are shown in Table 4.
[実施例2~9、比較例1~7]
原料組成及び製膜条件を表2,3のとおりとした以外は実施例1と同様にして、表2,3に示す厚みのポリプロピレンフィルムを得た。なお、厚みの調整は単軸押出機の回転数を増減することにより行った。以下、他の実施例、比較例においても同様である。各項目の評価結果を表4~6に示す。
[Examples 2 to 9, Comparative Examples 1 to 7]
Polypropylene films having the thicknesses shown in Tables 2 and 3 were obtained in the same manner as in Example 1, except that the raw material compositions and film-forming conditions were as shown in Tables 2 and 3. The thickness was adjusted by increasing or decreasing the rotation speed of the single-screw extruder. The same applies to the other examples and comparative examples below. The evaluation results for each item are shown in Tables 4 to 6.
Claims (10)
Tm-Tc≦65(℃) 2. The polypropylene film according to claim 1, wherein the melting peak temperature (Tm) of the film obtained by heating the film from 30°C to 260°C at 20°C/min using a differential scanning calorimeter (DSC) and the crystallization peak temperature (Tc) obtained by cooling the film from 260°C to 30°C at 20°C/min satisfy the following relationship:
Tm-Tc≦65(℃)
SpkA<SpkB
20nm≦SpkA≦100nm
80nm≦SpkB≦150nm
ここで、
SpkA:表面Aの突出山部高さ
SpkB:表面Bの突出山部高さ The polypropylene film according to any one of claims 1 to 4, wherein the protruding peak heights SpkA and SpkB defined in ISO 25178 of the surface A on one side and the surface B on the other side satisfy the following relationship.
SpkA<SpkB
20 nm≦SpkA≦100 nm
80 nm≦SpkB≦150 nm
where:
SpkA: height of protruding peak on surface A SpkB: height of protruding peak on surface B
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