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《哈尔滨理工大学》 2010年
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纳米硅/铝氧化物改性聚酰亚胺薄膜的制备与性能研究

刘俊  
【摘要】: 高频高压技术的新发展和脉宽调制解调技术(PWM)的应用对传统的工程电介质材料提出了更高的要求。聚酰亚胺(PI)是综合性能最好的有机绝缘材料之一,尽管它在工频电压下具有优异的介电性能、热稳定性和机械性能,但是其耐脉冲尖峰电压或耐脉冲电晕性仍不能满足变频电机的使用要求。在工频60Hz、20kV/mm电压下,杜邦公司生产的无机物改性的Kapton 100CR薄膜的耐电晕时间是纯PI薄膜(100HN)的500倍。据研究发现,无机氧化物对PI薄膜填充改性,可以抵抗高频脉冲电压的冲击,大幅度延长PI薄膜的耐电晕时间。 本文采用溶胶-凝胶法和原位生成聚合法相结合的方式制备了纳米硅铝氧化物改性的PI薄膜。无机物总的掺杂量为20wt%,硅氧化物和铝氧化物的掺杂质量比例和铝溶胶的制备配方一定,通过改变硅氧化物的前驱体苯基三乙氧基硅烷(MSDS)和正硅酸乙酯(TEOS)的摩尔比例,得到不同的氧化硅溶胶,进一步制得一系列不同的PI/SiO2/Al2O3薄膜和PI/SiO2薄膜。采用扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的表面进行了观察,并对杂化薄膜的电性能,包括介电频谱、耐电晕时间、击穿强度进行了测试和分析。 由SEM图可以观察到PI/SiO2/Al2O3薄膜中,无机物在PI基体中分散均匀,氧化硅对氧化铝的分散起到一种稳定作用,只是由于氧化硅前驱体摩尔比例的不同使分散形貌有所不同。在MSDS与TEOS的摩尔比例为2:1和1:1时,无机物的分散状态较好,两相界面模糊。PI/SiO2/Al2O3薄膜的相对介电常数(εγ)和介电损耗角正切(tanδ)都比纯PI薄膜的要高。在同一频率下,当MSDS:TEOS=1:1时杂化薄膜的εγ和tanδ相对于TEOS摩尔量继续增大的其他杂化薄膜的要低。但是,当硅氧化物的前驱体全部为MSDS时εγ和tanδ为最低。在工频50Hz、60kV/mm电压下,PI/SiO2薄膜在MSDS:TEOS=1:1时耐电晕时间为36.49h。PI/SiO2/Al2O3薄膜的耐电晕时间随MSDS摩尔量的减小呈现先上升后下降趋势,在MSDS:TEOS=2:1时达到最大值19.4h。然而,在同一条件下纯膜的耐电晕时间仅为3.03h。在无机物总的掺杂量为20wt%时,杂化薄膜的击穿强度均低于纯PI薄膜。PI/SiO2薄膜的击穿强度在MSDS : TEOS=1: 1时最大,为277kV/mm,而纯PI的击穿强度为312kV/mm。由于击穿强度与聚合物的分子堆砌和无机物的分散等紧密相关,PI/SiO2/Al2O3薄膜的击穿强度呈现复杂的变化趋势,有待进一步研究。综上可知,无机氧化物粒子的引入对PI薄膜的耐电晕性能有很大改善,由于硅氧化物前驱体摩尔比例的不同而使PI/SiO2/Al2O3薄膜的各种性能呈现一定的变化规律。
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB383.2

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