微量SiO2对PI/Al2O3复合薄膜性能的影响

摘要

近年来，电力电子技术飞速发展，高节能性的变频电机应运而生，因此耐电晕老化性能优异的绝缘材料被国内外的研究专家广泛关注。聚合物/纳米复合材料逐渐进入研究者们的视线，为新型绝缘材料的研究制备提供了新的方向。目前，研究者们大多采用 TiO2、Al2O3及 SiO2等无机物改善有机绝缘材料的耐电晕性，但一定程度上损害了绝缘材料的其他性能。
　　本文采用原位聚合法分别在未分散、砂磨机械分散、超声分散条件下，以4,4'-二氨基二苯醚(ODA)和均苯四甲酸二酐(PMDA)为原料制备无机含量均为16 wt％的聚酰亚胺(PI)/Al2O3复合薄膜。然后采用原位聚合法在砂磨机械分散的条件下，使用亲水性 SiO2粉体和疏水性 SiO2粉体制备了一系列Al2O3含量均为16 wt％，SiO2含量不同的PI/Al2O3/SiO2复合薄膜。
　　利用扫描电子显微镜(SEM)对PI薄膜断面的微观形貌进行表征，结果显示：经砂磨机械分散制备的PI/Al2O3薄膜中无机粉体分散最均匀；对于PI/Al2O3/SiO2薄膜，亲水性 SiO2改性的PI薄膜中无机粉体的分散优于疏水性SiO2改性的PI薄膜，而且亲水性SiO2掺杂量为0.5 wt％时，无机粉体分散最均匀。并采用 SEM分别对击穿老化及电晕老化后的薄膜进行表征，结果显示电击穿老化和耐电晕老化的击穿孔分别位于电极(与薄膜接触部分）的外部和内部，薄膜击穿老化区域为单独的一个孔，而电晕老化的腐蚀破坏区域为环形，击穿孔在圆环内，说明电晕老化的确是由于空间电荷的聚集引起的，而并非电击穿引起。
　　采用红外光谱(FTIR)和 X射线衍射(XRD)对PI/Al2O3薄膜进行表征，并对PI/Al2O3薄膜的力学性能、电击穿场强以及耐电晕时间进行测试。结果显示 Al2O3粉体的加入并未影响 PI薄膜的亚胺化程度，不同分散方法也未破坏 Al2O3粉体的晶型。经砂磨机械分散制备的PI/Al2O3薄膜中 PI基体的有序度最高，而且其力学性能和耐电晕性能最优，其拉伸强度、断裂伸长率分别为115.4 MPa、12.72％，耐电晕时间长达332 min。但其电击穿场强不如其他分散方法制备的PI/Al2O3薄膜，仅为189.84 kV/mm。
　　采用透射电子显微镜(TEM)、FTIR和 XRD对亲水性和疏水性 SiO2颗粒进行表征，结果显示两种粉体的粒径相似、表面基团相同，而且同为非晶体无机物。另外对PI/Al2O3/SiO2薄膜的力学性能、电击穿场强及耐电晕老化时间进行测试。结果显示亲水性 SiO2掺杂量为0.5 wt％的PI/Al2O3/SiO2薄膜的综合性能最优，拉伸强度、断裂伸长率、击穿场强和耐电晕时间分别为132.44 MPa、12.64％、211.15 kV/mm、378 min。无机粉体掺杂量相同的情况下， PI/Al2O3/SiO2(亲水性)薄膜的力学性能和耐电晕性能均优于PI/Al2O3/SiO2(疏水)薄膜，但击穿场强不如PI/Al2O3/SiO2(疏水)薄膜。

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第1章 绪论

1.1 研究意义

1.2 聚酰亚胺概述

1.3 纳米粒子的概述

1.4 PI/无机纳米复合材料

1.5 课题来源及研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验原料及设备

2.2 复合薄膜的制备

2.3 测试与表征

2.4 本章小结

第3章 无机粉体的分散方法对PI薄膜性能的影响

3.1 SEM分析

3.2 FTIR分析

3.3 XRD分析

3.4 分散方法对PI薄膜力学性能的影响

3.5 分散方法对PI薄膜击穿场强的影响

3.6 分散方法对PI薄膜耐电晕性的影响

3.7 本章小结

第4章 SiO2掺杂量及其亲疏水性对薄膜性能的影响

4.1 亲水性SiO2颗粒和疏水性SiO2颗粒的表征

4.2 SiO2掺杂量及其亲疏水性对薄膜性能的影响

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢