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纳米掺杂聚酰亚胺薄膜电、热老化性质研究

刘新刚  
【摘要】: 聚酰亚胺(PI)作为一种功能材料,在高温状态下具有良好的介电性,优良的力学特性等,已经被广泛应用于变频系统以及电机绝缘中。但是由于PI材料本身具有老化的固有特征,如何采取积极的防护措施延长寿命就成为人们关注的话题。无机纳米掺杂聚酰亚胺是近年来研究的热点,其耐电晕老化性质具有很大的提高,但其老化击穿机理以及热老化寿命的预测等问题目前还没有被解决。 本文利用自制的电晕老化装置对Dupont耐电晕聚酰亚胺(100-CR)薄膜进行老化处理10小时。借助扫描电镜,原子力显微镜(AFM)和能谱EDS等测试手段,从薄膜微结构以及元素含量的变化对耐电晕薄膜的老化击穿机理进行了探讨。结果表明:薄膜分为三层结构,外面两层含有大量的无机元素铝,内层为纯PI,整体属于有机-无机连续结构。其老化击穿过程分为三个阶段,潜伏期,树枝化的扩展,崩溃性击穿。电晕老化起始时属于电老化类型,可能由于有纳米无机组分的影响,最终发展成为了热击穿类型。 通过TG热分析方法研究了自制的纳米无机掺杂聚酰亚胺的热稳定性,据此得出结论:Al_2O_3掺杂量为8wt%的PI的热稳定性要优于4wt%的。利用Coats-Redfern方法计算分解动力学参数,并用Kissinger方法进行验算,求得含量为4wt%和8wt%的掺杂PI在氮气及空气氛围下的热分解活化能(E)分别为91.18 kJ/mol,86.83 kJ/mol,105.53 kJ/mol,100.88 kJ/mol。同时计算出相应的碰撞系数(A)值,以及反应级数(n)值。按照材料热分解动力学与热老化之间的关系,绘制出了纳米无机杂化PI空气气氛和氮气气氛下的热老化寿命曲线图。结果表明Coats-Redfern方法是预测杂化PI材料热老化寿命的可靠方法之一。


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