电容器用金属化高温电介质薄膜的自愈性能研究

2024-02-26朱家峰曹诗沫刘俊标彭文飞

电工电能新技术 2024年1期

朱家峰, 佟辉, 曹诗沫, 3, 刘俊标, 3, 彭文飞

(1. 中国科学院电工研究所, 北京 100190; 2. 宁波大学机械工程与力学学院, 浙江宁波 315211; 3. 中国科学院大学, 北京 100049)

1 引言

电力电子系统主要由电力半导体、电容器、门极驱动器、电感器和电阻器等组成,其中电容器约占整个系统总数的20%,它的作用主要是交、直流滤波与储能,而金属化膜电容器(Metallized Film Capacitor,MFC)由于其工作电压高、介电损耗低、重量轻和自愈性能好的特点占据了电容器使用量的50%[1,2],如图1所示。截至目前,MFC使用的电介质膜主要是双向拉伸聚丙烯(biaxial polypropylene,BOPP),它凭借着高击穿场强、低介质损耗和低电导率等特点一度成为MFC的首选用膜[3],然而随着恶劣环境下工作需求的增加,如混合动力汽车和电动汽车中的逆变器(140～150 ℃)、电气化飞机的功率转换器(180～300 ℃)、石油和天然气勘探中使用的传感电子设备和电动压缩机(170～250 ℃)[4,5],基于BOPP膜的MFC显示出了不足之处。由于BOPP的耐热性能较差,在高温应用中必须采用冷却系统来降低其工作温度,而额外的冷却装置会给电力电子系统带来额外的体积和重量,同时降低了可靠性和效率,不利于系统的轻量化[2]。为了提高MFC的耐热性,减少电力电子系统的总重量,研究人员已经开发了许多种类的耐高温聚合物电介质薄膜,如聚酰亚胺(polyimide,PI)、聚醚酰亚胺(polyetherimide,PEI)、聚硫脲(polythiourea,PTU)、聚氨酯(polyurethane,PU)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate,PEN)和聚(醚醚酮)(Poly (Ether Ether Ketone),PEEK)[6-9]。然而,现有的研究主要集中在这些电介质膜的热、机械、介电和储能行为等特性上。由于自愈性能是确保MFC长工作寿命和显著可靠性的关键性能,故有必要探索这些高温电介质膜的自愈性能,以评估它们在MFC中实际应用的可能性。

2 MFC的自愈行为

2.1 自愈过程

在电介质膜表面真空蒸镀一层金属层(厚度1～100 nm)可得到金属化膜,两张金属化膜经过错位卷绕、端部喷涂等工序制成MFC[10],它的典型结构如图2(a)所示。当MFC在高电压下工作时,电介质膜中的缺陷会首先被击穿,然后电流会流经击穿通道,使得击穿点附近温度上升,其周围的金属电极会被蒸发,形成一个绝缘表面以隔离击穿区域。一旦击穿区域被隔离,MFC便可以继续工作,但电容会稍有减少。这个过程称为“自愈过程”,如图2(b)所示。一旦MFC自愈成功,就可以获得更长的使用寿命[11]。但若在自愈过程中,金属电极不完全蒸发或电介质膜中的碳沉积促使MFC持续放电,将会导致自愈失败[12],即MFC完全击穿引起短路失效。因此,MFC的自愈失败主要是由自愈能量Wsh和电介质膜的碳含量所决定。自愈能量和碳含量越高,MFC越容易发生自愈失败现象。

图2 MFC结构及自愈过程Fig.2 Structure and self-healing process in MFC

2.2 自愈过程中的影响因素

自愈是MFC的一个重要特性,它是一个包含物理和化学变化的复杂过程,其中自愈能量的大小是衡量自愈性能的重要指标之一。20世纪90年代,C.W.REED通过研究直流工作条件下金属化BOPP膜的自愈特性,率先提出了自愈能量的经验公式[13]如式(1)所示。它包含了方阻、层间压强、电容量和击穿电压等自愈影响因素与自愈能量之间的关系。

(1)

式中,Ub为电介质膜击穿电压;C0为电容量;Rsq为金属化膜的方阻;α(P)为层间压强函数;k、α1、α2为常数。

截至目前,很多学者基于这一经验公式对金属化BOPP膜的自愈性能进行了深入研究[14-24],研究的影响因素包括层间压强、卷绕张力和温度等。在层间压强研究方面,李化等人[16]研究了直流工作条件下层间压强对金属化BOPP膜自愈性能的影响。结果发现,自愈能量与层间压强近似成反比,且实验规律与式(1)相似。Y.CHEN等人[18]研究了直流、交流和脉冲工作条件下层间压强对金属化BOPP膜自愈性能的影响,得到了与李化等人相似的结论。B.PENG等人[15]推导了MFC层间压强函数α(P),并研究了层间压强对金属化BOPP膜自愈性能的影响。在卷绕张力研究方面,王振东[21]指出外部施加的卷绕张力会直接影响后续MFC的工作性能,尤其是自愈性能,但并没有进行定量研究。在温度研究方面,李浩原[24]研究了外部温度对金属化BOPP膜自愈性能的影响,发现自愈能量与施加温度成正比,当施加温度达到60 ℃时,灾难性失效比例迅速增加,且金属化BOPP膜的尺寸稳定性和击穿场强也随之下降。可见,层间压强、卷绕张力和温度是影响金属化BOPP膜自愈性能的主要外部因素。目前,高温电介质膜的自愈性能尚待考察,故有必要从这三个方面进行研究,评估它们的自愈性能。

在本文中,选择了三种有望应用到MFC中的高温电介质薄膜PEN、PEEK和PI,研究了直流工作条件下它们的自愈性能,并将实验结果与BOPP作比较。首先表征了高温电介质膜的基础性能,如电、热和力学性能。然后,设计并搭建了一套自愈测试平台,对金属化电介质膜进行了自愈试验。详细分析了不同外部因素对自愈性能的影响,如层间压强、卷绕张力和温度。实验结果将有助于从自愈的角度评估高温电介质膜应用于耐高温以及强电场下的MFC的可能性。

3 实验方案

3.1 高温电介质膜基础性能测试

高温电介质膜和BOPP的产品信息见表1。它们的基础性能可通过以下仪器设备测得,测试流程如下:介电常数和介质损耗测试中,需要在电介质薄膜的两面蒸镀厚100 nm、直径为10 mm的银电极,随后使用Keysight E4980A精密LCR仪在室温下进行测试,测试频率为20 Hz～2 MHz,每种电介质薄膜需要进行多次测试并求取平均值,以保证数据的可靠性。理想击穿场强是由CS9920B程控耐压测试仪测量,测试中给电介质薄膜施加速率为200 V/s的上升电压,测试过程中记录了12个有效数据点,然后通过双参数Weibull分布模型计算得到Eb。热膨胀系数是由Discovery TMA 450EM热机械分析仪测量,测量前需给电介质薄膜两端施加0.05 N的预紧力。拉伸强度和伸长率由WDW-1电子万能试验机测量,其跨度为50 mm,拉伸速度为10 mm/min。

表1 电介质膜的基本信息Tab.1 Basic information on dielectric films

3.2 自愈测试平台

MFC的自愈过程是一个在高电压下快速击穿放电随后立刻恢复绝缘的过程[14],由于这一过程持续的时间很短,为μs级,且自愈发生在MFC内部,不利于实验过程中的观察,故采用两张金属化电介质膜叠加的方式来近似取代MFC的内部结构。

把两张金属化电介质膜叠加并进行等效放大后,假设C1表示MFC的总电容,C2表示MFC中某一局部的电容,那么当N点发生击穿以后,C2中剩余的电荷将会以电流的形式流向N点,并完成一个自愈过程,同时C1中的电荷也会以电流的形式流向C2,用于补偿C2中损失的电荷量[19],如图3所示。那么整个自愈过程就包含了两次能量的转移,即W1表示C2自愈过程中损失的能量,W2表示C1向C2补偿的能量。其中W1和W2可由式(2)和式(3)表示。

图3 自愈原理分析Fig.3 Analysis of self-healing principle

(2)

(3)

式中,Ub为电介质膜击穿电压(对应图3中的C2);Ub1为C2自愈结束后的电压值,当C1>>C2时,可以认为Ub1=Ub;ΔC2为自愈损失的电容值;uC2(t)为C2上的电压;ish(t)为C1流向C2的电流。由于单次自愈损失的电容量为皮法量级,故W1可以忽略不计,因此单次自愈损失的能量主要由W2来决定,即自愈能量Wsh=W2。

综上所述,通过在金属化膜的两端并联一个大电容器可以近似模拟单次自愈的过程。自愈测试平台包括一个测试电路和一个用于放置金属化膜的测试平台,如图4所示。其中R1为充电电阻;R2为限流电阻,用于防止实验过程中电流过大引起的自愈失败;R3为无感采样电阻,用于测量通过C2的自愈电流;C1为一个稳压电容器,用来稳定C2两端的电压,并给C2补偿已损失的电荷量;C2为被测试品膜电容,由两张蒸镀了铝电极的电介质薄膜组成。金属化层的尺寸为80 mm×80 mm。C2的布局如图5所示。金属化膜粘贴在耐高温硅胶板上,重叠面积为80 mm×50 mm。

图4 自愈测试平台Fig.4 Self-healing experiment bench

图5 试品膜电容C2的布局Fig.5 Layout of test film capacitor C2

图4(b)中,传感器用于测量实验中施加的力值,加热台用于提供实验所需温度,硅胶板用于放置金属化膜,其两端的铜电极用于实现与金属化膜的电接触。环氧树脂板(厚度为20 mm)被放置在金属化膜上的重叠区域,以使金属化膜接触更加平滑并保持绝缘。为了在金属化膜的重叠区施加压力,选择了步进电机加滑块结构来输出稳定的压力M。一个称重传感器(DYLF-102)被安装在环氧树脂板的顶部,允许通过显示控制器(DY800-A2)来读取压力M。层间压强P可以表示为:

(4)

式中,Mtot为金属化膜受到的总压力;m1为称重传感器的质量;m2为环氧树脂板的质量;S为金属化膜重叠面积;g为重力常数(9.81 m/s2)。

自愈测试平台实物图如图6所示。

3.3 实验过程及数据处理

自愈实验过程如下:在2 mm厚的硅胶板上粘贴两张重叠面积为80 mm×50 mm的金属化膜,随后放置在加热板上,再将20 mm厚的环氧树脂板和称重传感器放置在金属化膜上来覆盖重叠区域。实验开始前,可以给金属化膜施加一定的拉力,即模拟MFC制造时施加的卷绕张力,其值可通过图4(b)左侧的拉力传感器得到。在实验过程中,高压直流电源输出直流电压,升压速率为200 V/s,由于两个铜电极之间会产生电势差,金属化膜上的电弱点会发生击穿,击穿过程中电压和电流的变化由高压探头(泰克P6015A)和低压探头收集,由示波器(泰克TBS 1152B)来记录,如图4(a)所示。

当自愈发生时,试样C2电容上的电压和电流会发生变化,典型的自愈波形如图7所示。Ub为C2的击穿电压,Ipeak为自愈电流峰值,tsh为自愈持续时间,因此自愈过程可以用自愈持续时间内u和i的波形来描述。自愈能量Wsh可通过式(3)得到。

图7 自愈波形图Fig.7 Self-healing waveforms

由于自愈过程是随机发生的,在后续统计金属化膜的击穿强度实验结果时,采用双参数Weibull分布模型进行统计,公式如下所示[17]:

(5)

式中,F(Eb)为击穿场强的概率分布函数;Eb为击穿场强;β为击穿场强概率分布函数集中程度的形状参数;α为击穿场强分布位置的尺度参数。

4 结果与讨论

4.1 高温电介质膜基础性能表征

高温电介质膜的化学信息见表2。从表2中可以看出BOPP是脂肪族聚合物,而PEN、PEEK和PI的分子链上都有芳香苯环结构,且高温电介质膜的碳氢比是BOPP的2～3倍。

表2 电介质膜的化学信息Tab.2 Chemical information of dielectric films

高温电介质膜的基础性能测试结果如图8和表3所示。图8(a)为根据双参数Weibull分布模型对电介质膜击穿场强的拟合,p为累积失效概率,将其对数化作为纵坐标,纵坐标为0时表示击穿概率为 63.2%时的击穿强度。与BOPP相比,高温电介质膜表现出了优异的耐热性。例如PI的玻璃化转变温度为410 ℃,长期工作温度高达230 ℃。从实验结果中看出,BOPP表现出最高的击穿强度值(764 V/μm),而在高温电介质膜中,PEN表现出更高的Eb值(569 V/μm)。所有高温聚合物的介电常数为2.82～3.31,介质损耗为0.19%～0.46%,均高于BOPP。此外,PEN和PI展示出相当低的热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion, CTE),表现出了出色的尺寸稳定性。同时,PEN和PI还表现出优异的力学性能,抗拉强度均高于100 MPa。优异的耐热性、尺寸稳定性和机械性能是MFC制造和长期使用的必要条件。

表3 电介质薄膜基础性能Tab.3 Basic properties of dielectric films

图8 高温电介质膜基础性能测试结果Fig.8 Test results of basic properties of high temperature dielectric films

4.2 层间压强对自愈特性的影响

对高温电介质膜的化学结构和基础性能进行初步了解后,本节开始研究高温电介质膜的自愈性能,为了确保实验结果的一致性,按照GB/T 13542.2—2021[25]标准,给高温电介质膜蒸镀上一层铝金属电极。其次实验中均取击穿电压Ub=3 kV,排除电压对自愈性能的影响。

4.2.1 层间压强与自愈特征参数的关系

由于MFC为卷绕式结构,层间压强对金属化电介质膜的自愈性能有一定影响。CHEN指出,MFC的电容损失主要发生在外层,该区域的压强小于0.23 MPa[14]。为了模拟MFC外层不同位置的自愈情况,本节压强设置为2.5 kPa、100 kPa、500 kPa、900 kPa。其余实验条件为:张力F=0 N,温度T=25 ℃。在每组压强实验中,收集10个有效数据点。

实验结果如图9和表4所示。其中PI在实验过程中容易发生自愈失败现象,故每组压强实验都取不到10个有效数据点,主要原因是PI的碳含量过高,自愈过程中很容易在击穿孔附近沉积大量的石墨,导致热量无法快速排出,增加了电介质膜间短路的概率,如图10所示。从本实验可以看出PI并不适合用于MFC中。而对于PEN和PEEK,实验结果表明,层间压强对自愈能量Wsh、自愈电流峰值Ipeak和清除面积Sv有着显著的影响。PEN和PEEK的Wsh、Ipeak和Sv值均随压强的增大而减小,与BOPP相似。这是因为自愈电弧会产生等离子体,电弧燃烧需要等离子体来维持其电离数[26],即需要大于某一临界值的功率密度值来维持等离子体燃烧。这一临界值与施加在金属化膜上的压强有关。层间压强越大,功率密度的临界值就越大。因此,当层间压强增加时,自愈电弧需要更大的功率密度注入来维持燃烧。故层间压强越高,电弧越容易熄灭,Wsh、Ipeak和Sv越小。此外,tsh与层间压强之间没有明显的关系。对于PEEK,当层间压强为900 kPa时,容易发生自愈失败现象,故在该压强值下没有得到足够的数据点,主要原因是PEEK的碳含量较高。高压强加上PEEK容易堆积石墨层使得自愈时产生的热量更加无法及时排出,从而容易发生短路。

表4 金属化电介质膜不同层间压强对应的自愈特征参数Tab.4 Self-healing characteristic parameters corresponding to different interlayer pressures of metallized dielectric films

图9 各金属化电介质膜自愈能量与层间压强的关系Fig.9 Relationship between self-healing energy and interlayer pressure of metallized dielectric films

图10 PI自愈失败时击穿孔附近形貌Fig.10 Morphology of near punch of PI in self-healing failure

4.2.2 层间压强与击穿场强的关系

如4.2.1节所述,MFC通常是卷绕式结构,其内部每层膜之间的压强是不同的,S.TANDON研究过BOPP的击穿概率与MFC外层层间压强之间关系[27],而针对于高温电介质膜,这一方面至今还没有人研究,因此有必要研究高温电介质膜的击穿概率与外层层间压强的关系。本次实验分别取60个有效数据点,通过双参数Weibull分布模型进行数据拟合,得到的结果如表5和图11所示。

表5 不同层间压强的Weibull分布计算结果Tab.5 Calculation of Weibull distribution for different interlayer pressures

图11 不同层间压强下金属化高温电介质膜击穿概率分布Fig.11 Breakdown probability distribution of metallized high temperature dielectric films under different interlayer pressures

从图11中的数据点数可以看出金属化PEEK的自愈失败概率要比PEN的大,特别是在高层间压强下。具体原因主要归因于聚合物的化学结构特点。PEEK中的长程π-π(羰基和苯环之间)和p-π共轭(醚基和苯环之间)将促进其在相对较低的电场强度下的绝缘破坏,而且与PEN相比,较高的碳含量将导致PEEK更难自愈成功。相反,PEN中的脂肪族结构(-CH2-CH2-)会中断长距离共轭,短程共轭将抑制电子在聚合物链中的传导,从而提高击穿场强。此外,PEN中相对较低的碳含量也有利于自愈的成功。

此外,从表5的结果可知,随着层间压强的增加,BOPP的击穿场强总体呈下降趋势,这与S.TANDON[27]得到的结论一致。Y.CHEN等人解释了不同层间压强下金属化BOPP膜的击穿场强的变化机制[14,18]。随着层间压强的变化,层间空气对金属化电介质膜的击穿起着重要作用。在加压的初始阶段,空气层的电场强度大于金属化电介质膜的电场强度,由于空气的击穿强度较低,空气层首先被击穿,然后是金属化电介质膜。因此,当层间压强较低时,空气层厚,击穿空气层所需要的电压高;当层间压强较高时,空气层薄,击穿空气层所需要的电压低。由于层间压强的增加,空气层变薄了,其与金属化电介质膜所承受的电场强度都会增大,故此时的金属化电介质膜击穿场强会降低。这种机制同样也适用于高温电介质PEN和PEEK。且层间压强对PEN和PEEK击穿场强影响较BOPP更大,随着层间压强的增加,平均击穿场强下降更为明显。

4.3 卷绕张力对自愈特性的影响

4.3.1 卷绕张力与自愈特征参数的关系

在MFC的制造过程中,会通过高速卷绕机对金属化膜施加一定的拉力并进行卷绕操作,这个力称之为卷绕张力。对于这个力的大小,工业中给出了一个范围,为0.5～2 g/(μm/mm)。为探究卷绕张力对高温电介质膜自愈性能的影响,本节综合考虑工业标准和4.1节中各电介质膜的力学性能,研究0～10 N的金属化高温电介质膜自愈情况,研究的卷绕张力分别:0 N、2 N、5 N和10 N。由于MFC的主要电容损失区域在外层,故其余的实验条件设置为:压强P=2.5 kPa、温度T=25 ℃。每组卷绕张力实验取10个有效数据点。

实验结果如图12和表6所示。从图12(b)可以看出在0～5 N的张力范围内,PEN的自愈能量与卷绕张力呈正比,在张力大于5 N时,自愈能量呈下降趋势。从4.1节中的力学测试结果可知PEN属于刚性膜,在适宜的卷绕张力下,PEN的内部结构得到了拉伸,反而使得自愈时消耗的能量可以接近于未施加张力时的能量,受拉后的PEN在卷绕时不仅可以增加层间压强还可以进一步减少能量的损耗。而反观BOPP和PEEK,BOPP的自愈能量随着卷绕张力的增加而增加,PEEK的自愈能量随着卷绕张力的增加而减小,它们并没有出现类似PEN的实验规律,主要原因为BOPP和PEEK均为柔性膜,它们受卷绕张力的影响较大。当F>5 N时,BOPP的自愈能量增加明显,清除面积也相应地增加,这会导致电容损耗加快,工作寿命降低,该实验结果解释了工业上卷绕BOPP的张力值小于5 N的原因。而PEEK在F>5 N时容易发生自愈失败现象,主要原因是卷绕张力增加会导致层间压强的增加,而PEEK在高层间压强下的自愈性能较差,加之PEEK的力学性能较差,导致高卷绕张力下PEEK的自愈性能不佳。

表6 金属化电介质膜不同卷绕张力对应的自愈特征参数Tab.6 Self-healing characteristic parameters corresponding to different winding tensions of metallized dielectric films

图12 各金属化电介质膜自愈能量与卷绕张力的关系Fig.12 Relationship between self-healing energy and winding tension of metallized dielectric films

从表6中可以看出卷绕张力的增加对金属化电介质膜的自愈电流峰值影响很大,这是层间压强研究中没有出现过的实验现象。通过光学显微镜对自愈形貌进行深入观察后,发现卷绕张力主要影响的是自愈时产生的击穿孔尺寸和形状,如图13所示。随着卷绕张力的增加,BOPP的典型击穿孔尺寸从300.88 μm增加到了1 294.76 μm,且自愈电流的增加破坏了BOPP自愈击穿孔的形状。PEEK在低卷绕张力下的典型击穿孔尺寸较小,形状规则;在高卷绕张力下烧蚀严重,击穿孔形状变得不规则,这也是PEEK在高卷绕张力下自愈失败概率增加的原因。而PEN的击穿孔形状受卷绕张力的影响不大,且随着卷绕张力的增加,击穿孔尺寸从137.42 μm增加到了522.85 μm。

图13 不同卷绕张力下三种金属化电介质薄膜的典型击穿孔形貌Fig.13 Typical breakdown hole morphology of three metallized dielectric films at different winding tensions

4.3.2 卷绕张力与击穿场强的关系

对于不同卷绕张力下金属化膜的击穿概率方面的研究很少,不同的卷绕张力对于金属化膜的击穿场强必然存在影响,故有必要研究卷绕张力与击穿场强之间的关系。每组实验取60个有效数据点,并通过双参数Weibull分布模型进行数据拟合,得到的结果如图14和表7所示。

表7 不同卷绕张力的Weibull分布计算结果Tab.7 Calculation of Weibull distribution for different winding tensions

图14 不同卷绕张力下金属化高温电介质膜击穿概率分布Fig.14 Breakdown probability distribution of metallized high temperature dielectric films under different winding tensions

在0～10 N的卷绕张力范围内,BOPP的实际击穿场强从462 V/μm下降到348 V/μm,PEEK的实际击穿场强从253 V/μm下降到143 V/μm,二者的击穿场强下降明显,而PEN的实际击穿场强仅下降了45 V/μm,且在0～5 N的范围内还有小幅度的提升。其次从整体趋势分析,当卷绕张力过大时,势必会导致击穿场强的下降,主要原因有两点:①卷绕张力的增加会破坏电介质膜内部的化学结构,导致引入更多的电弱点,使得金属化膜更加容易发生自愈;②卷绕张力的增加会进一步加大膜与膜之间的层间压强,使得击穿场强下降。

4.4 温度对自愈特性的影响

4.4.1 温度与自愈特征参数的关系

4.2节和4.3节中所有的自愈研究均是在室温25 ℃下进行,为了探究这些电介质膜在高温下的自愈性能是否良好,本节研究了不同温度下PEN和PEEK的自愈性能,并将实验结果与BOPP作对比。实验施加温度分别为:25 ℃、60 ℃、95 ℃和130 ℃,其余的实验条件设置为:压强P=2.5 kPa、张力F=0 N。每组温度实验取10个有效数据点。

实验结果如图15和表8所示。从图15(b)中可以看到PEN的自愈能量随着温度的升高而增加,这同样可用J.H.TORTAI等人提出的临界功率密度判据去解释[26],温度升高使得自愈电弧的功率增加,而电弧熄灭所需要的临界功率密度不变,故需要更大的清除面积来减小功率密度以满足电弧熄灭的临界条件,因此温度升高会使清除面积增加,故自愈能量增加。而BOPP和PEEK分别在60 ℃和95 ℃时出现拐点,这说明BOPP和PEEK在这一温度后自愈性能会出现下降,主要原因是BOPP的耐热性差和PEEK的碳含量高。其次从表8中可以看到130 ℃下BOPP的自愈电流峰值平均值高达20.7 A,这说明在此温度下BOPP受电流冲击大,图16展示了130 ℃下各金属化电介质膜的实物图,可以发现在此温度下的BOPP整体形貌破坏严重,而PEN和PEEK则相对保持完好,这说明PEN和PEEK在130 ℃下工作依旧稳定,自愈性能没有出现大幅度的下降。

表8 金属化电介质膜不同温度对应的自愈特征参数Tab.8 Self-healing characteristic parameters corresponding to different temperatures of metallized dielectric films

图15 各金属化电介质膜自愈能量与温度的关系Fig.15 Relationship between self-healing energy and temperature of metallized dielectric films

图16 130 ℃下各金属化膜的整体形貌Fig.16 Overall morphology of each metallized film at 130 ℃

4.4.2 温度与击穿场强的关系

在工作过程中,由于MFC的径向导热系数与轴向导热系数不同,导致其内部不同位置处金属化膜所承受的温度是不同的[28],因此有必要研究不同温度对金属化高温电介质膜击穿场强的影响。每组实验取60个有效数据点,并通过双参数Weibull分布模型进行数据拟合,得到结果如图17和表9所示。

表9 不同温度的Weibull分布计算结果Tab.9 Calculation of Weibull distribution for different temperatures

图17 不同温度下金属化高温电介质膜击穿概率分布Fig.17 Breakdown probability distribution of metallized high temperature dielectric films under different temperatures

从图17和表9中可以看出温度对BOPP的影响较大,在25～130 ℃的温度范围内,BOPP的平均击穿场强从462 V/μm降低到257 V/μm,下降值高达205 V/μm,而PEN和PEEK的平均击穿场强均只降低了60 V/μm左右,可见在高温下BOPP的自愈性能下降明显,已经不如PEN和PEEK了。