纳米芳纶增强芳纶浆粕绝缘复合纸的制备及性能研究

为了提高对位芳纶纸的综合性能,通过去质子化法制备芳纶纳米纤维,与对位芳纶浆粕复合,在真空辅助抽滤下层层自组装制备高性能复合纸。研究芳纶纳米纤维添加量对复合纸力学性能、介电性能、耐电压击穿性能等的影响。结果表明:当芳纶纳米纤维的质量分数为75%时,复合纸的拉伸强度和弹性模量分别达到68.6 MPa和1.5 GPa,与纯浆粕纸相比,力学性能有了较大的提升,电气强度达到25.1 k V/mm,同时具有较低的介电常数、介质损耗因数和较高的热稳定性。     

聚酰亚胺基BN微纳米复合材料的电气绝缘性能研究

通过原位聚合法制备了不同BN掺杂含量的聚酰亚胺基微纳米复合材料,使用扫描电镜、偏光显微镜、电气强度测试仪、介损及介电常数测量系统、皮安表和耐电晕老化实验装置对不同掺杂含量的微纳米复合PI薄膜的结构和电性能及耐电晕老化性能进行了研究。结果表明:随着BN微纳米颗粒掺杂量的增加,复合PI薄膜的电气强度先增大后减小,当掺杂含量为1%时,交流电气强度达到最大值219.6 kV/mm。掺杂BN后,复合PI薄膜的介电常数和介质损耗都有所增加,在高温下的电导电流小于纯PI薄膜。随着BN掺杂量的增加,复合PI薄膜的耐电晕老化性能逐步提升,在掺杂含量为20%时,复合PI薄膜的耐电晕老化时间是纯PI薄膜的116.7倍。     

一步法制备PANI@Ag纳米纤维及其PVDF基复合膜介电性能研究

通过采用一步法制备了聚苯胺@银纳米复合纤维,并以此作为填充相,采用流延法制备了聚苯胺@银/聚偏氟乙烯(PANI@Ag/PVDF)高介电复合薄膜。结果表明,PANI@Ag复合纤维的形貌均一,直径约100 nm。在103 Hz,随着填充量的增加,复合膜的介电常数先增加后下降,但介电损耗仍急剧增加,在10%(质量分数)时已高达0.84。填充量6%(质量分数)时,PANI@Ag/PVDF复合膜介电常数达47,介电损耗仅为0.39。不同填充量的复合膜介电性能具有良好的频率稳定性,特别是在105~107 Hz之间,介电损耗值都较低,且都趋向于0.1~0.2之间。该PANI@Ag/PVDF复合材料在高性能的柔性电子器件和柔性储能材料领域具有潜在应用前景。     

锆钛酸钡/聚丙烯纳米复合介质的电学性能及储能特性研究

聚丙烯(PP)过低的介电常数已经无法满足下一代电力电容器对于高储能密度电介质材料的需求。制备具有高介电常数的纳米复合介质是有望提高电介质材料储能密度的有效手段。本文以PP为基体,以锆钛酸钡(BaZr_0.2Ti_0.8O₃,简称BZT)纳米颗粒为无机填料,制备BZT/PP复合介质,并利用硅烷偶联剂KH550与马来酸酐(MAH)之间的共价键作用提高纳米颗粒在聚合物基体中的分散性。对复合介质的微观形貌及晶体结构进行表征,并系统研究复合介质的介电性能、直流电气强度及储能密度。结果表明：BZT纳米颗粒在聚丙烯基体中分散均匀,并且显著提升了复合介质的介电性能与储能特性,BZT质量分数为15%的复合介质具有3.19(0.1 Hz)的介电常数,相比纯PP的介电常数提高了40.5%,并且介质损耗因数保持在10^-2数量级的较低水平。在储能密度方面,当BZT质量分数为5%时,复合介质的最大储能密度为2.008 J/cm³,相比于纯PP(1.775 J/cm³)提升了13.1%。     

BNNSs/液晶环氧纤维复合薄膜的导热性能

液晶环氧树脂导热性能较差,耐热性不够高,使得电力、电子器件运行过程中散热困难,温度升高导致环氧树脂绝缘发生劣化,大大影响了电力、电子器件的使用可靠性和寿命。该文开发了制备高取向度液晶环氧纤维薄膜的静电纺丝方法和工艺,结合真空抽滤方法向纤维薄膜中填充纳米氮化硼(nano boron nitride,BNNSs),进一步制备了填充取向型纳米氮化硼/液晶环氧纤维复合导热薄膜,研究了液晶环氧纤维直径和BNNSs填充浓度对BNNSs/液晶环氧树脂导热复合薄膜的导热性能和交流击穿强度的影响规律。结果表明:液晶环氧树脂纤维薄膜的面内热导率随着纤维直径的减小而增大,当纤维直径减小至280 nm时,热导率为0.699 W/(m·K);当填充BNNSs导热填料后,BNNSs/液晶环氧树脂导热复合薄膜的面内热导率随填料浓度增大而急剧上升,在填充量为15%时可以达到5.88 W/(m·K),比280 nm直径的纯薄膜提高了779%。同时发现,液晶环氧树脂纤维薄膜在直径较细的情况下交流击穿强度较高,280 nm纤维薄膜的击穿强度为26.55 kV/mm,BNNSs导热填料的添加可以减小薄膜复合材料的热击穿,填充...     

聚乙烯/氮化硼高导热复合材料的耐电弧性和介电性能

聚乙烯是一种重要的绝缘材料,但较低的热导率限制了其进一步应用。向聚乙烯基体中添加高导热无机颗粒可有效提高复合材料整体的热导率,同时会对其耐电弧性和介电性能产生影响。鉴于此,分别以微米氮化硼和微纳米混合氮化硼颗粒作为填料,制备了不同填料质量分数的两类聚乙烯/氮化硼复合材料。除了对各复合试样的热导率进行测量,还通过高压电弧起痕实验分析了各试样热导率对其耐电弧性的影响,最后对各试样的相对介电常数和交流击穿强度进行了评估。结果表明:当氮化硼填料的质量分数由0增加至40%,复合试样的热导率不断增大,耐电弧性随之增强。但是基体中填料质量分数较高时(20%),复合试样的相对介电常数明显增大、交流击穿强度显著下降。此外,基体中填料的质量分数相同时,微纳米混合氮化硼颗粒填充的复合试样具有更优异的导热性能、耐电弧性和介电性能。     

三明治结构聚酰亚胺/SiO_2纳米复合薄膜电学性能研究

采用原位聚合法制备了三明治结构的Si O_2纳米掺杂聚酰亚胺(PI)复合薄膜Si O_2-PI/PI/Si O_2-PI。利用透射电镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)表征Si O_2纳米颗粒的分散状态及三层复合薄膜的断面结构,研究三层结构复合薄膜的介电性能、电导率、耐电晕性能和电气强度等电学性能。结果表明:Si O_2纳米颗粒可均匀地分散于聚酰亚胺基体中,三层复合薄膜具有清晰的界面分层;当Si O_2纳米颗粒掺杂量为20%时,三层复合薄膜的耐电晕老化时间最长,分别为纯PI和单层PI/Si O_2复合薄膜的26倍和2倍;当Si O_2纳米颗粒掺杂量为15%时,三层复合薄膜的电气强度达到最大值(280.6 k V/mm)。     

LED 3D封装基板用TPI/AlN纳米导热膜的制备与研究

通过原位聚合法制备了热塑性聚酰亚胺/氮化铝(TPI/Al N)纳米导热膜。研究了纳米Al N颗粒不同添加量对TPI/Al N纳米导热膜高压击穿(Hi-Pot)、热导率、剥离强度以及介电性能的影响。结果表明:TPI/Al N纳米导热膜的热导率随着纳米Al N填充量的增加而增大,并在质量分数为10%时达到最大值0.41 W/(m·K);而剥离强度随Al N填充量的增加先增大后减小;交收态的导热膜Hi-Pot在质量分数为3%时达到最大值2 k V(AC),继续添加纳米Al N到20%时,Hi-Pot值急剧下降;弯曲后的导热膜Hi-Pot在质量分数为0.5%时达到最大值1.34 k V(AC)。导热膜的介电常数(Dk)在低频范围时显著增大,在高频范围时变化不大,介质损耗(Df)随着频率的升高而显著增大。     

聚酰亚胺/纳米氧化钛复合薄膜的介电性能研究

采用原位分散聚合法制备了聚酰亚胺/纳米TiO2复合材料。通过透射电镜研究了纳米TiO2粒子在聚酰亚胺基体中的分散状态,并在此基础上研究了纳米TiO2填加量对该复合材料介电性能的影响。结果表明,随着纳米TiO2含量的增加,聚酰亚胺/纳米TiO2复合材料的体积电阻率和电气强度出现不同程度的劣化,并造成了介电常数和介质损耗因数的增加,但是材料的耐电晕性能显著增强,在12MV/m的电场强度下,纳米TiO2含量15%的PI薄膜的耐电晕寿命为纯PI薄膜的40多倍。     

耐电晕纳米有机硅氧化物杂化聚酰胺酰亚胺复合薄膜的制备及其介电性能

采用甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯进行水解、聚合,得到纳米有机硅氧化物溶胶,将其折算成SiO2当量,通过高速剪切与聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂混合,经铺膜和热固化后制备得到有机硅氧化物杂化PAI复合薄膜.采用红外光谱、X射线衍射和SEM对复合薄膜进行表征,并对复合薄膜的介电谱、电气强度和高温(155℃)耐电晕寿命进行测试.结果表明:纳米有机硅氧化物在树脂基体中以无定形态均匀分散;随着纳米有机硅氧化物含量的增加,杂化PAI复合薄膜的介电常数、介质损耗因数都逐渐增大,电气强度逐渐降低,耐电晕寿命先升高后降低,当纳米有机硅氧化物质量分数为15％的SiO2当量时,其高温耐电晕寿命是纯PAI薄膜的4.1倍.     

TiO_2和SiO_2纳米掺杂聚酰亚胺复合薄膜的电学性能研究

采用原位聚合法制备了PI/TiO_2和PI/SiO_2纳米复合薄膜。研究质量分数均为10%的两种纳米掺杂对PI复合薄膜介电性能的影响,采用光刺激放电电流法(PSD)表征两种纳米颗粒对PI复合薄膜陷阱能级的影响,通过陷阱理论对介电性能的影响机制进行探讨。结果表明:TiO_2和SiO_2纳米掺杂提高了PI的电导率和介电常数,介质损耗相应增加,耐电晕寿命明显提高,电气强度虽有所下降但仍满足实际需要。两种纳米掺杂都在PI基体中引入了大量的浅陷阱,PI/TiO_2和PI/SiO_2复合薄膜的陷阱能级范围分别为1.83~2.85 e V和2.13~2.83e V,且SiO_2纳米颗粒引入的浅陷阱密度低于TiO_2纳米颗粒。在此基础上,通过陷阱理论分析了两种复合薄膜的耐电晕老化机制。     

纳米填充浓度对LDPE/Silica纳米复合介质中空间电荷行为的影响

为研究纳米颗粒填充浓度对复合介质内部空间电荷特性的影响,以低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)为基料,纳米二氧化硅(Silica)为填充颗粒,制备了浓度在0%～5%范围的纳米LDPE/Silica复合介质,并测试了复合介质的准稳态直流电导和空间电荷分布。当LDPE内填充不同浓度的纳米silica后,复合介质内部的平均体空间电荷密度均得到有效抑制,且其平均衰减速度随填充浓度的升高而下降,但复合介质的准稳态直流电导在填充浓度低于0.5%时比纯LDPE时要大,当填充浓度高于0.5%时,准稳态直流电导随着填充浓度的升高而快速下降。结果表明试样内部的空间电荷分布存在3种趋势:当纳米silica填充浓度为0%～0.1%时,试样内表面侧的异极性空间电荷量随填充浓度升高而下降;当填充浓度为0.5%～2%时,试样内表面侧积累同极性电荷,并随填充浓度升高而增大;当填充浓度高于2%时,同极性空间电荷量下降。最低空间电荷密度和准稳态直流高场电导对应的纳米填充浓度分别为0.5%和5%,表明在应用纳米颗粒对聚合物的绝缘性能改良时,为获得最佳的介电性能,应根据实际需求来选择适当的填充浓度。     

纳米氧化硅改性聚酰亚胺薄膜的制备与性能研究

使用共混法制备了纳米SiO2/聚酰亚胺复合薄膜,研究了纳米SiO2添加量对该复合薄膜力学性能、电气强度以及耐电晕性能的影响,并讨论了树脂体系的固含量对该复合薄膜耐电晕性能的影响。结果表明:随着SiO2添加量的增大,薄膜的拉伸强度变化不大,但断裂伸长率下降明显,电气强度先升高后降低,SiO2含量为6%时电气强度达到最大值,耐电晕性能提高。随着树脂固含量的增大,薄膜的耐电晕性能也随之提高,最佳树脂固含量为19%。     

纳米氧化铝改性聚酰亚胺薄膜的制备与研究

用溶胶-凝胶法制得纳米氧化铝溶胶,将其掺入到聚酰胺酸基体中,采用原位生成法制备了一系列不同掺杂量的PI/Al2O3复合薄膜。利用耐电晕测试装置、耐击穿测试装置、扫描电子显微镜(SEM)对薄膜进行了测试及表征。结果表明:随着掺杂量的提高耐电晕时间增大,当掺杂量为30%(质量分数)时PI薄膜的耐电晕时间为57.64 h,是未掺杂的15倍以上。随着掺杂量的提高杂化薄膜电气强度先增大后减小,但都比未掺杂的低。纳米氧化铝粒子在PI基体中分散较均匀。     

纳米MgO/环氧树脂复合电介质的介电性能研究

将纳米Mg O颗粒与环氧树脂混合后制得不同掺杂量的纳米Mg O/EP复合电介质,采用SEM观察纳米Mg O在环氧树脂中的分散情况,采用DSC测试环氧复合电介质的玻璃化转变温度,并研究了纳米Mg O对环氧树脂介电性能的影响。结果表明:纳米Mg O颗粒在环氧基体中分散均匀,掺杂Mg O可以提高环氧树脂的玻璃化转变温度。随着纳米Mg O掺杂量的增加,介电常数先下降后上升,在掺杂量为1%时介电常数实部达到最小值,掺杂纳米Mg O使环氧树脂的中低频损耗明显降低;复合电介质的电导活化能和体积电阻率均随着纳米掺杂量的增加呈先上升后下降的趋势,在掺杂量为0.1%时电导活化能和体积电阻率达到最大;复合电介质的电气强度随着掺杂量的增加呈先上升后下降的趋势,当掺杂量为1%时电气强度达到最大值,相比纯环氧树脂提高了11.2%。     

六方氮化硼纳米掺杂增强环氧树脂热学和力学性能的分子动力学模拟

建立纯环氧树脂模型和h-BN/EP复合模型,通过分子动力学方法分别计算h-BN纳米掺杂前后环氧树脂的热学、力学以及介电性能指标,并研究不同含量h-BN掺杂对环氧树脂性能的影响.结果表明:当h-BN质量分数在4％?5％时,环氧树脂的热导率、热稳定性有所提升,刚性和韧性增强了10％以上,同时相对介电常数可达最低值1.236,保持了良好的介电性能.     

添加二氧化硅纳米颗粒对环氧树脂介电和空间电荷特性的影响

为研究纳米颗粒对环氧树脂(epoxy resin,ER)介电和空间电荷特性的影响,以环氧树脂为基体材料,纳米二氧化硅(silicon dioxide,SiO_2)为填料,制备了SiO_2纳米颗粒质量分数在0～5%范围内的ER/SiO_2纳米复合电介质。测试和研究了复合电介质在不同频率下的介电特性和直流场强为33 k V/mm下的空间电荷行为。当SiO_2纳米颗粒的质量分数为0.5%和1%时,复合电介质可以获得较低的介电常数和介质损耗,同时有效抑制了同极性空间电荷在电极界面处的积累及注入;当SiO_2纳米颗粒的质量分数为2.5%和5%时,复合电介质在低频区域介电常数和介质损耗均比纯环氧树脂高,但在高频区域变化不明显,同时在电极界面处的空间电荷积累显著增加、注入明显。研究结果表明:纳米颗粒含量较低时ER/SiO_2复合电介质介电和空间电荷性能得到提高,是由于受到环氧树脂基体和纳米粒子之间的界面区影响,界面区是改善环氧树脂纳米复合材料电性能的关键因素。     

聚苯乙烯/纳米碳化硅晶须复合材料的制备

采用钛酸酯偶联剂(NDZ-105)对纳米β-碳化硅晶须(β-SiCw)进行表面改性处理,通过粉末共混-模压成型制备PS/SiCw纳米复合材料。探讨了SiCw用量和NDZ-105处理对复合材料力学、耐热性和介电性能的影响。结果表明,复合材料的力学性能随SiCw用量的增加而提高,当SiCw的质量分数为3%时,综合力学性能最佳;表面改性有助于进一步提高材料的力学性能;热失重分析表明SiCw的加入使PS的耐热性提高;介电性能分析表明复合材料的介电常数随SiC用量的增加而增加。     

玄武岩纤维团状模塑料的性能研究

以环氧树脂和聚氨酯为基体,短切玄武岩纤维(BF)为增强体,氢氧化铝为填料,制备了玄武岩纤维环氧树脂团状模塑料(BF-BMC)。系统研究了玄武岩纤维与氢氧化铝的质量比对BF-BMC力学性能、介电性能和吸水率的影响。结果表明:当BF与Al2O3的质量比为15/45时,BF-BMC模压制品的综合性能最佳,冲击强度27 kJ/m2,拉伸强度32 MPa,弯曲强度173 MPa,介质损耗因数0.013,介电常数6.2,体积电阻3.2×1013Ω,电气强度13.4 MV/m,吸水率小于1%。     

纳米MgO/环氧树脂复合材料的陷阱特性及对电树枝特性的影响研究

随着电压等级的不断提升,因电树枝老化而导致的绝缘材料失效问题日益严重。为研究纳米MgO对环氧树脂电树枝老化的影响,制备了不同MgO填充量（质量分数0～1%）的纳米MgO/环氧树脂复合材料,对其电树枝的起始和生长过程进行观测。结果表明,在微量填充下,纳米MgO/环氧树脂复合材料的耐电树枝性能随填充量的增加而提高。当纳米MgO质量分数为1%时,纳米MgO/环氧树脂复合材料的起树概率降低了45%、电树枝长度降低为纯环氧树脂的1/3、交流击穿场强提高了14.1%。由介电特性和陷阱特性分析可得,随填充量的增加,复合材料的介电常数减小,陷阱能级加深。纳米MgO的加入提高了复合材料的陷阱能级,降低了载流子的迁移率和浓度,进而提高了纳米MgO/环氧树脂复合材料的耐电树枝性能。