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(shù)的新發(fā)展和脈寬調(diào)制解調(diào)技術(shù)(PWM)的應(yīng)用對傳統(tǒng)的工程電介質(zhì)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(jī)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(jī)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(jī)的使用要求。在工頻60Hz、20kV/mm電壓下，杜邦公司生產(chǎn)的無機(jī)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(jī)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(jié)合的方式制備了納米硅鋁氧化物改性的PI薄膜。無機(jī)物總的摻雜量為20wt％，硅氧化物和鋁氧化物的摻雜質(zhì)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(qū)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)度進(jìn)行了測試和分析。
　　 由SEM圖可以觀察到PI/Si02/AI203薄膜中，無機(jī)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(qū)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(jī)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(dāng)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(dāng)硅氧化物的前驅(qū)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(dá)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(jī)物總的摻雜量為20wt％時，雜化薄膜的擊穿強(qiáng)度均低于純PI薄膜。PI/Si02薄膜的擊穿強(qiáng)度在MSDS:TEOS=1：1時最大，為277kV/mm，而純PI的擊穿強(qiáng)度為312kV/mm。由于擊穿強(qiáng)度與聚合物的分子堆砌和無機(jī)物的分散等緊密相關(guān)，PI/Si02/A1203薄膜的擊穿強(qiáng)度呈現(xiàn)復(fù)雜的變化趨勢，有待進(jìn)一步研究。綜上可知，無機(jī)