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聚酰亚胺/氧化铝/氮化硼纳米复合薄膜的制备与性能研究

阴晓楠  
【摘要】:聚酰亚胺薄膜由于含有酰亚胺环以及芳香环等刚性结构,使其具有耐高低温、耐紫外辐射、耐化学溶剂腐蚀和高绝缘性能,广泛应用于挠性印制电路板、柔性显示、集成电路覆盖膜、半导体封装、太阳能电池基板以及绝缘材料等领域。其中在绝缘材料领域,随着电气向高频化、小型化、集成型发展,高效型节约能量的高频变频电机应运而生。这些电机高频或变频电机一般采用变频器,输出的电压具有上升和下降时间短、频率高、电压幅值大等特点,会产生电晕放电现象生。因此,需要聚酰亚胺薄膜拥有更好的耐电晕性能。此外,在电路板的基材或者覆盖膜等领域,随着微型电子技术的发展,电子电路逐渐密集堆积,要求材料具有一定的导热性能,否则会因为过热引起短路,烧蚀等破坏,从而影响正常使用。因此,提升聚酰亚胺薄膜的热性能成为研究的热点。本课题以聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能和导热性能提升为目标,分别选择氧化铝纳米粒子和氮化硼纳米粒子对聚酰亚胺薄膜进行复合改性,制备了一系列复合薄膜材料。通过万能材料试验机、精密阻抗分析仪、导热系数仪、热重分析仪、耐电晕测试仪,导热系数仪等对复合薄膜的基本力学性能、介电性能、热稳定性、耐电晕性能、导热性能等进行研究。研究初步显示氧化铝粒子的加入,大大提高了复合薄膜的耐电晕性能,当氧化铝粒子的含量为18wt%时,复合薄膜的电晕老化时间达到530min,是纯聚酰亚胺薄膜的260倍。同时,氧化铝粒子的加入,复合薄膜的介电常数有所增加,体积电阻率和击穿电场强度略有降低,热稳定性得到很好的保持。进一步研究复合薄膜的耐电晕机理发现,薄膜耐电晕性能的提高与空间电荷的注入和电子的传输密切相关。薄膜的电晕老化过程基本满足陷阱理论模型。氮化硼粒子的加入,复合薄膜的力学性能和热稳定性均小幅降低。随着氮化硼含量的提升,聚酰亚胺/氮化硼纳米复合薄膜的导热系数呈现先下降后上升的趋势。随着氮化硼含量的增加,氮化硼/聚酰亚胺的界面增多,同时是薄膜导热网链建立的过程。当氮化硼含量低于15wt%时,界面作用占据主要地位,复合薄膜的导热系数降低。当氮化硼含量高于15wt%时,导热网络是影响材料导热系数的因素,随着氮化硼含量的增加,复合薄膜的导热系数增大。当氮化硼含量为30wt%时,聚酰亚胺/氮化硼复合薄膜的导热系数达到0.72W/(m*K)。


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