納米硅、鋁氧化物改性聚酰亞胺薄膜的制備與性能研究.pdf

1、高頻高壓技術的新發(fā)展和脈寬調制解調技術(PWM)的應用對傳統(tǒng)的工程電介質材料提出了更高的要求。聚酰亞胺(PI)是綜合性能最好的有機絕緣材料之一，盡管它在工頻電壓下具有優(yōu)異的介電性能、熱穩(wěn)定性和機械性能，但是其耐脈沖尖峰電壓或耐脈沖電暈性仍不能滿足變頻電機的使用要求。在工頻60Hz、20kV/mm電壓下，杜邦公司生產(chǎn)的無機物改性的Kapton1OOCR薄膜的耐電暈時間是純PI薄膜(100HN)的500倍。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，無機氧化物對PI薄膜填

2、充改性，可以抵抗高頻脈沖電壓的沖擊，大幅度延長PI薄膜的耐電暈時間。
　　 本文采用溶膠-凝膠法和原位生成聚合法相結合的方式制備了納米硅鋁氧化物改性的PI薄膜。無機物總的摻雜量為20wt％，硅氧化物和鋁氧化物的摻雜質量比例和鋁溶膠的制備配方一定，通過改變硅氧化物的前驅體苯基三乙氧基硅烷(MSDS)和正硅酸乙酯(TEOS)的摩爾比例，得到不同的氧化硅溶膠，進一步制得一系列不同的PI/Si02/A1203薄膜和PI/Si02薄膜。采

3、用掃描電子顯微鏡(SEM)對薄膜的表面進行了觀察，并對雜化薄膜的電性能，包括介電頻譜、耐電暈時間、擊穿強度進行了測試和分析。
　　 由SEM圖可以觀察到PI/Si02/AI203薄膜中，無機物在PI基體中分散均勻，氧化硅對氧化鋁的分散起到一種穩(wěn)定作用，只是由于氧化硅前驅體摩爾比例的不同使分散形貌有所不同。在MSDS與TEOS的摩爾比例為2：1和1：1時，無機物的分散狀態(tài)較好，兩相界面模糊。PI/SiO2/AI203薄膜的相對介電

4、常數(shù)（εγ）和介電損耗角正切（tano）都比純PI薄膜的要高。在同一頻率下，當MSDS:TEOS=I.1時雜化薄膜的εγ和tano相對于TEOS摩爾量繼續(xù)增大的其他雜化薄膜的要低。但是，當硅氧化物的前驅體全部為MSDS時εγ和tano為最低。在工頻50Hz、60kV/mm電壓下，PI/Si02薄膜在MSDS:TEOS=I:1時耐電暈時間為36.49h。PI/Si02/AI203薄膜的耐電暈時間隨MSDS摩爾量的減小呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，

5、在MSDS:TEOS=2:l時達到最大值19.4h。然而，在同一條件下純膜的耐電暈時間僅為3.03h。在無機物總的摻雜量為20wt％時，雜化薄膜的擊穿強度均低于純PI薄膜。PI/Si02薄膜的擊穿強度在MSDS:TEOS=1：1時最大，為277kV/mm，而純PI的擊穿強度為312kV/mm。由于擊穿強度與聚合物的分子堆砌和無機物的分散等緊密相關，PI/Si02/A1203薄膜的擊穿強度呈現(xiàn)復雜的變化趨勢，有待進一步研究。綜上可知，無機