等离子体改性纳米粒子对聚酰亚胺复合薄膜陷阱特性影响

聚酰亚胺(Polyimide,PI)纳米复合薄膜以其优越的绝缘性能广泛应用于变频牵引电机匝间绝缘。为研究纳米粒子表面改性对复合薄膜陷阱特性以及绝缘特性的影响,利用大气压空气等离子体对纳米粒子表面进行改性,采用原位聚合法制备聚酰亚胺纳米复合薄膜,通过去极化热刺激电流(thermally stimulated depolarization current,TSDC)分析薄膜内陷阱能级密度分布,利用电声脉冲法(pulsed electro acoustic method,PEA)得到了薄膜的空间电荷分布情况,并测试得到方波脉冲下复合薄膜的绝缘寿命。研究结果表明,纳米粒子经过等离子体改性后,聚酰亚胺纳米复合薄膜陷阱能级峰位移向低能级,浅陷阱密度由7.15×10~(19)(1/m~3)增至9.99×10~(19)(1/m~3),而深陷阱密度由7.63×10~(19)(1/m~3)降至5.33×10~(19)(1/m~3),浅陷阱密度的增加有效抑制了薄膜内空间电荷的积累,空间电荷密度最大值由6.93C/m~3降至3.59C/m~3,同时聚酰亚胺复合薄膜的绝缘寿命提高了28.06%;讨论分析了纳米粒子表面改性对聚酰亚胺复合薄膜内陷阱分布影响,并揭示了陷阱特性对薄膜空间电荷分布以及绝缘寿命的影响机理。     

聚酰亚胺薄膜的等离子体改性及其机理探究

为了研究大气压空气介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)对聚酰亚胺(polyimide,PI)薄膜的表面改性,文中首先利用搭建的介质阻挡放电平台测试了不同材料、不同气隙距离下的DBD电气特性及其放电图像,并获得了较为均匀的DBD放电模式。之后利用得到的等离子体对PI薄膜进行不同时间的处理,并测试了其接触角、表面能以及傅里叶红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR),揭示了等离子的作用机理。研究结果表明:相对于玻璃和环氧树脂,陶瓷作为阻挡介质时其放电更为均匀;随着陶瓷间气隙距离的增大,放电持续时间和放电均匀度均减小,但放电功率密度增大,较小的气隙距离更适合于聚合物的表面改性;随着等离子体处理时间的增加,PI薄膜表面的接触角减小,而表面能增加。研究发现,等离子体处理在PI薄膜表面引入的-OH、-NH2等极性亲水基团以及刻蚀造成的粗糙度增加是其亲水性和表面能增加的主要原因。     

介质阻挡放电等离子体处理对聚酰亚胺表面放电的影响

为了研究方波脉冲下低温等离子体对聚酰亚胺(polyimide,PI)表面放电的影响,采用介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)在大气压空气中产生功率密度为24.5 W/cm3低温等离子体,并对PI薄膜表面进行不同时间的等离子体改性,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观测其微观形貌、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)研究其化学结构变化,同时测试其表面电导率和耐电晕时间。研究结果表明:等离子体在PI薄膜表面引入了极性官能团;随着改性时间的增大,其表面电导率逐渐增大,而PI薄膜的耐电晕时间则先增大后减小,且当改性时间为10 s时,其耐电晕时间最大,相对于未改性的PI膜提高了17.7%;一定程度的等离子体处理(10 s)可增加PI薄膜表面的电荷扩散速率和电荷注入难度,从而增强耐电晕寿命;处而理时间过长(20 s),则会对薄膜造成严重刻蚀,产生许多沟壑和微孔,加大电荷的注入和对高分子链的破坏,从而减小耐电晕寿命。     

低温等离子体处理对变频牵引电机匝间绝缘性能影响

聚酰亚胺(polyimide,PI)因其优异的介电特性而应用于高速动车组牵引电机的匝间绝缘中。为了研究等离子体处理对其绝缘性能影响,采用介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)在大气压空气中产生功率密度为24.5W/cm3低温等离子体,并对PI薄膜进行单、双面改性,通过测试接触角、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、电晕击穿时间等来研究其性能变化。研究结果表明:随等离子体处理时间的增加,薄膜的接触角逐渐下降,而表面能则逐渐增加,等离子体在薄膜表面引入的—NH2、—COOH、—OH等极性亲水基团是其表面性能改变的主要原因;单层PI薄膜的耐电晕时间随改性时间的增加先增大后减小,且当改性时间为10 s时,其耐电晕时间最大,相对于未改性的PI膜提高了17.7%;双面改性双层叠加PI膜的耐电晕时间相较于未改性的双层叠加PI膜提高了30.3%。研究发现,一定程度的等离子体处理(小于10 s)可在PI膜表面引入极性基团,进而增强其表面电荷扩散能力,增大其表面电荷注入难度,提高单、双层薄膜的耐电晕能力。此外,双层薄膜的耐电晕性能的提高还与层间界面的改善有关。