球型SiO_2／聚酰亚胺杂化薄膜的制备与耐电晕性能

carbon333

芳香族聚酰亚胺由于具有优异的耐热性、良好的力学性能以及突出的电绝缘性能，因此作为一种高性能绝缘材料已在微电子领域以及电力电器领域得到了广泛的应用。近年来，随着电机制造技术不断向超高压、小型化、变频调速化方向迅速发展，对绝缘材料不仅在热稳定性和机械强度方面提出了更高要求，而且还要求材料具有优异的耐电晕性能。为进一步改善聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能，我们在聚酰亚胺基体中引入球型SiO_2粒子，制备了系列球型Si_2／聚酰亚脓杂化薄膜，系统研究了球型SiO_2粒径大小、添加量以及聚酰亚胺基体的分子结构对聚酰亚胺薄膜的力学性能、耐热性能、电学性能以及耐电老化性能的影响规律。主要研究内容包括：1．通过超声分散和原位聚合法制备了以S-BPDA/1，3，4-APB为树脂基体，以具有不同粒径大小的球型SiO_2为杂化材料的系列球型SiO_2／聚酰亚胺杂化薄膜。系统研究了球型SiO_2粒子的粒径大小对杂化薄膜的力学性能、耐热性能和电学性能的影响规律。结果表明，山纳米及亚微米尺度球型SiO_2制备的聚酰亚胺杂化薄膜其耐电晕性能得到显著改善，与纯膜相比其耐电老化时间提高了2．5～5．2倍。2．通过超声分散和原位聚合法制备了以s-BPDA／1，3，4-APB为树脂基体，只有不同SiO_2添加量的亚微米球型SiO_2／聚酰亚胺杂化薄膜。系统研究了SiO_2的添加量对杂化薄膜的力学性能、耐热性能和电学性能的影响规律，并对杂化薄膜在电老化作用下的破坏机理进行了初步探讨。结果表明，适量球型SiO_2粒子的引入可以改善杂化薄膜的力学性能，起到了既增强又增韧的效果。随着球型SiO_2粒子添加量的增加，杂化薄膜的耐热性能不断提高，而热膨胀系数利吸水率不断降低．球型SiO_2／聚酰亚胺杂化薄膜具有优廾的耐电晕忆能，其中添加适量的球型SiO_2粒子的P11-Si2-15的耐电老化时间高达121．5小时，为纯膜的3．5倍。对不同条件下电老化前后薄膜的表面形貌及化学组成的研究发现，球型SiO_2粒子的引入可以起到匀化电场和分散热量的作用，同时形成无机粒子的保护层，从而保护了聚酰亚胺基体，延长了杂化薄膜的耐电老化时间。3. 以五种具有不同分子结构的聚酰亚胺为基体，分别制备了添加量为10wt.%的纳米球型SiO_2／聚酰亚胺杂化薄膜，研究了聚酰亚胺基体的分子结构对杂化薄膜性能的影响规律。结果表明，聚酰亚胺基体的分子结构决定了杂化薄膜的力学性能和耐热性能，具有刚性结构的基体表现出更优异的耐热性能和力学性能。纳米球形SiO_2粒子的引入对具有不同分子结构的杂化薄膜的耐电晕性能的影响程度不同，以s-BPDA/1,3,4-APB为基体的杂化薄膜的耐电晕性能提高最为显著，耐电老化时间高达216小时，为纯膜的6.2倍。