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)。     

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。     

纳米锆-铝复合氧化物杂化聚酰亚胺耐电晕薄膜的研究

采用微乳化-热液法制备了一系列经自制偶联剂处理的纳米锆-铝复合氧化物分散液,采用原位聚合法制备了纳米锆-铝复合氧化物杂化聚酰亚胺复合薄膜,对纳米分散液及复合薄膜的掺杂层进行透射电镜测试,并对复合薄膜的高温耐电晕性能、电气强度、力学性能进行测试及分析。结果表明:分散液中纳米粒子的尺寸达到纳米级,纳米锆-铝复合氧化物杂化PI薄膜的耐电晕性能大幅提高;在固定无机物掺杂量为22%,Zr与Al的物质的量之比为1.2∶9时,PI薄膜的耐电晕寿命达到10.35 h,电气强度达到274.91 MV/m,拉伸强度为146.4 MPa,断裂伸长率为43.0%。     

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%。     

聚酰亚胺/氧化铝复合薄膜耐电晕性能研究

采用逐层流延铺膜及热亚胺化法制备了掺杂层纳米氧化铝含量不同的聚酰亚胺/氧化铝(PI/Al_2O_3)三层复合薄膜。通过透射电子显微镜、X射线衍射仪对复合薄膜进行表征,并对复合薄膜的力学性能、热稳定性及耐电晕性能进行测试。结果表明:复合薄膜具有明显的三层结构,掺杂层中纳米Al_2O_3颗粒分散均匀,纳米Al_2O_3的加入会降低PI基体的排列有序度。加入纳米Al_2O_3颗粒后PI/Al_2O_3三层复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率降低,热稳定性和耐电晕性能提高。当掺杂层无机含量为16%时,PI/Al_2O_3三层复合薄膜的耐电晕时间比纯PI薄膜提高了48倍。     

无机纳米/聚酰亚胺复合杂化膜的绝缘特性研究

将无机纳米粒子(TiO2)分散在聚酰胺酸(PAA)前躯体中,经过原位聚合的方法制备出纳米TiO2粒子分散均匀的聚酰亚胺/纳米TiO2复合杂化膜,研究了不同掺杂含量对杂化膜的介电、物理等特性的影响,建立了耐电晕模型。同时通过FTIR研究其亚胺化程度以及用SEM分析纳米粒子在聚酰亚胺基体中的分散状态。结果表明,纳米粒子在PI基体中分散均匀,TiO2的引入对杂化膜的介电常数、介质损耗因数、电气强度和耐电晕性能产生了很大的影响,随着TiO2含量的增加,耐电晕性能得到大幅度的提高,TiO225%含量时介电常数为5.1左右,介质损耗因数在0.03以下,电气强度为110 MV/m,并在实验的基础上初步建立了耐电晕性能的老化机理。因此,在高耐热性绝缘材料中均匀分散一些纳米无机粒子,可以大幅度提高抗高频脉冲尖峰电压和耐电晕等方面的性能。     

变频电机用纳米复合绝缘薄膜老化性能的评估

对聚酰亚胺/纳米TiO2薄膜进行了热老化和电晕老化性能评估。利用热重点斜法评估了纯PI薄膜的耐热老化性能,用TGA、DSC等手段研究了聚酰亚胺/纳米TiO2复合材料薄膜的相对耐热性能。基于IEC60343标准建立了一套耐电晕老化试验系统,对不同纳米填充量的聚酰亚胺/纳米TiO2复合薄膜进行了耐电晕老化试验。结果表明,纳米TiO2的引入,改善了聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能,提高了聚酰亚胺薄膜在变频绝缘的运行寿命,但是随着纳米TiO2填充量的进一步增加,薄膜的耐电晕寿命以及热性能下降。     

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。     

二氧化硅/聚酰亚胺纳米复合薄膜的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶法,以苯基三乙氧基硅烷（PTES）为前驱体制备了氧化硅溶胶,并以均苯四甲酸二酐（PMDA）和4,4’-二氨基二苯醚（ODA）为原料,用原位生成法制备了一系列不同掺杂量（质量分数）的PI/SiO2复合薄膜。分别采用热失重分析仪（TGA）、扫描电镜（SEM）、耐电晕测试装置和耐击穿测试装置对薄膜的热性能、电性能进行了测试。结果表明,掺杂量为15%时纳米氧化硅粒子在PI基体中分散均匀,掺杂量为10%,热分解温度达到最大值,并且在工频50 Hz,场强为60 MV/m的室温条件下,掺杂量为15%时复合膜的耐电晕时间最长为55.73 h,电气强度为327 MV/m高于纯膜。     

温湿度对掺杂纳米氧化铝的聚酰亚胺薄膜耐电晕性能影响研究

为了探究温度和湿度对掺杂纳米氧化铝的聚酰亚胺(PI)薄膜耐电晕性能的影响,文中通过原位聚合法制备了氧化铝粒径为20 nm的聚酰亚胺/氧化铝(PI/Al2O3)复合薄膜,在高频方波脉冲下进行纯膜和纳米膜的耐电晕实验,运用扫描电镜对电晕老化前后的薄膜形貌进行分析。实验结果表明:同一电压下,纳米膜耐电晕性能优于纯膜,纳米粒子可改变电荷传输通道,并浮于聚合物表层阻挡进一步侵蚀。随着温度升高,聚合物降解产生的气体分布在基体中,易造成电场畸变而加剧侵蚀,导致薄膜寿命缩短;且纳米膜热导率高于纯膜,故高温环境中耐电晕性能较好。随着相对湿度增大,纳米膜耐电晕寿命先增大后减小,主要是因为相对湿度较低时,水分可在纳米粒子周围形成"水壳",增大了纳米粒子间重叠区域,增加了电荷消散传输通道;而相对湿度较高时,聚酰亚胺分子水解产生大量离子基团及小分子,造成电场畸变加剧电晕侵蚀作用更大。     

聚酰亚胺/纳米Al2O3复合薄膜的介电性能

为了提高聚酰亚胺(PI)的耐电晕性能,采用原位分散聚合法制备了聚酰亚胺/纳米Al2O3复合材料,并采用透射电子显微镜(TEM)对纳米Al2O3的分散状态进行了表征。研究了纳米Al2O3填加量对该复合材料耐电晕性能和其它介电性能的影响,结果表明,随着纳米Al2O3含量的增加,材料的耐电晕性能显著增强,在±910V(双极性)、15kHz条件下,纳米Al2O3质量分数为20%的PI薄膜的耐电晕寿命达到极大值,为纯PI薄膜寿命的25倍,聚酰亚胺/纳米Al2O3复合材料的体积电阻率和击穿场强没有明显的劣化,而相对介电常数和损耗角正切有所增加。     

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.     

微纳掺杂对环氧/氮化硼复合绝缘热导率和击穿特性的影响

采用微米和纳米氮化硼(BN)为填料,制备了微纳掺杂环氧/BN复合绝缘材料,并对BN掺杂总量一定时,环氧/BN复合绝缘热导率和击穿特性随纳米BN掺杂量的变化进行研究.结果表明:当控制BN掺杂总质量分数为20％时,随着纳米BN含量的增加,复合绝缘的热导率略有下降,工频电气强度先上升后下降,厚度为0.2 mm的试样在8 kV、25 kHz高频双极性方波电压下的耐压时间缩短.纯微米BN掺杂的环氧复合材料热导率最大(0.83 W/(m·K)),且在高频双极性方波电压下的耐压时间最长(193 s),分别比纯环氧树脂提高了277％和408％;当纳米BN的质量分数为1％时,环氧复合绝缘的工频电气强度最高,为131 kV/mm,比纯环氧树脂提高了27％.因此,对于微/纳米共掺杂环氧复合体系而言,纳米颗粒的加入主要有助于提高复合材料的工频电气强度,但会使复合材料的热导率下降,缩短其在高频双极性方波电压下的耐压时间.     

纳米硅/铝氧化物杂化聚酰亚胺薄膜电性能研究

为了提高聚酰亚胺薄膜的电学性能,将纳米硅/铝氧化物掺杂到聚酰亚胺(PI)基体中,通过固定掺杂总量,调整纳米硅/铝氧化物的相对质量百分含量,制备出一系列的无机纳米杂化聚酰亚胺薄膜。采用SEM(扫描电镜)表征了薄膜的表面形貌,对薄膜电气强度和耐电晕寿命进行了测试。结果表明:无机纳米杂化聚酰亚胺薄膜与纯的聚酰亚胺薄膜相比其电性能大幅度提高。     

聚酰亚胺纳米复合薄膜耐电晕机理研究

聚酰亚胺(Polyimide,PI)因其具有良好的热稳定性和优异的耐电晕特性广泛应用于变频电机中,添加纳米粒子可以有效提高PI薄膜的绝缘性能。为了系统的研究PI纳米复合薄膜的耐电晕机理,利用原位聚合法制备了纯PI膜和纳米Al2O3掺杂的PI膜,测试两种薄膜的表面电导率、体积电导率、热失重(TGA)以及高频方波脉冲下的耐电晕时间,并用SEM观测两种薄膜击穿后的表面形貌。结果表明:添加纳米粒子使PI薄膜的电导率、热分解温度和耐电晕时间增加;电晕放电的侵蚀使得两种薄膜表面都出现微孔和沟壑,PI/Al2O3薄膜表面析出纳米粒子;在电晕侵蚀过程中,纳米PI薄膜强的表面电荷扩散能力和高的热稳定性,加上析出的纳米粒子对电子和光子的屏蔽阻挡作用,是PI薄膜耐电晕性能增强的主要原因。     

方波脉冲下不同纳米添加物对聚酰亚胺薄膜电气性能影响

为了研究不同纳米添加物对聚酰亚胺(polyimide,PI)电气性能的影响,采用原位聚合法制备了纯PI薄膜、PI质量分数10%的PI/SiO_2和PI/Al_2O_3纳米复合薄膜,测试其电导率(表面、体积电导率)、介电频谱、方波脉冲下的局部放电以及耐电晕性能,并用SEM观察击穿点周围的表面形貌。结果表明:PI/SiO_2膜的电导率大于PI/Al_2O_3膜,其中表面电导率是PI/Al_2O_3膜的6倍;PI/Al_2O_3膜、PI/SiO_2膜、PI膜的介电常数依次降低;PI/SiO_2膜和纯PI膜的介电损耗角正切值(tanδ)随频率的增加先减小后增大,PI/Al_2O_3膜的tanδ值在6 k Hz后最大;由于空间电荷弛豫,PI/Al_2O_3膜的tanδ值在0.02Hz左右出现了一个峰值;另外,因为电荷扩散能力不同,PI/SiO_2膜、PI/Al_2O_3膜以及PI膜的局部放电起始电压和耐电晕时间依次减小,而局部放电的平均幅值则依次增大;电晕放电使得3种薄膜表面都形成了很多微孔、裂纹,纳米复合薄膜表面出现块状物。研究结果表明:复合薄膜中界面体积分数和纳米粒子极性,是造成PI/SiO_2薄膜和PI/Al_2O_3薄膜电气性能差异的主要原因。     

氧化锆复配纳米氧化铝杂化聚酰亚胺薄膜的介电性能研究

采用微乳化-热液法制备了一系列氧化锆（ZrO2）改性的纳米氧化铝分散液,然后用原位聚合法制备了相应的氧化锆复配纳米氧化铝杂化聚酰亚胺复合薄膜,并对其进行了TEM表征、电气强度和电导电流测试以及电老化阈值分析。结果表明：掺杂氧化锆复配纳米氧化铝的杂化聚酰亚胺复合薄膜的电气强度大幅提高,当ZrO2的掺杂量为7%时,电气强度达到最高为396.8 MV/m;其电导电流密度、电老化阈值均高于只掺杂纳米氧化铝的聚酰亚胺薄膜,且随ZrO2含量增加均出现先增大后减小的趋势。     

方波脉冲下纳米氧化铝掺杂对聚酰亚胺表面放电特性影响

聚酰亚胺薄膜(polyimide,PI)以其卓越的介电性能广泛应用于变频电机匝间绝缘,纳米掺杂能改善PI膜的绝缘性能。为研究方波条件下纳米Al_2O_3对PI膜表面放电特性的影响,文中将粒径为60nm的Al_2O_3纳米粒子作为无机填料添加到PI基体中,制作了掺杂量为1%,2%,5%,7%,10%的PI薄膜。测量了PI/Al_2O_3薄膜耐电晕性能和局部放电次数随温度的变化,用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察了放电前后PI/Al_2O_3薄膜微观形貌。利用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)测试了复合薄膜老化前后的化学键情况。研究结果表明:纳米Al_2O_3在PI基体中弥散分布,PI/Al_2O_3复合薄膜的红外吸收峰与纯PI膜基本一致,但吸收峰深度有所加强。老化4h后PI/Al_2O_3分子链上的C-O-C(醚键)以及C-N-C(酰亚胺环)消失,其余化学键吸收峰有所减弱;Al_2O_3纳米粒子的掺入提高了复合薄膜的耐电晕性能并减少了局部放电次数。并且温度的上升会导致局部放电次数减少。表面放电导致的化学键断裂是复合薄膜降解的主要原因,纳米粒子所引入的两相界面以及其优良的导热性能提高了复合薄膜的绝缘性能。     

PI/AIN纳米复合薄膜结构与介电性能研究

采用原位聚合法制备了聚酰亚胺/氮化铝(PI/AlN)纳米复合薄膜,用小角散射(SAXS)、扫描电镜(SEM)对薄膜进行表征,研究了不同纳米掺杂量对材料电阻率、介电常数(ε)和介质损耗因数(tanδ)的影响.结果表明,随着纳米AlN含量的增加,分形结构由质量分形转变为表面分形,当AlN含量为1％时,复合薄膜的介电常数达到最低值,电阻率提高了一个数量级；介质损耗在低频范围内明显增加；AlN的掺杂提高了纳米复合薄膜的绝缘性能.