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哈尔滨理工大学陈昊团队:耐电晕纳米有机硅氧化物杂化聚酰胺酰亚胺复合薄膜的制备及其介电性能

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论文第一作者:刘  莉

通信作者:陈  昊

基金项目:哈尔滨理工大学“理工英才”计划科学研究项目(LGYC2018JC033)

《绝缘材料》2021年第9期,点击阅读全文


尽管电器技术在不断发展,电晕放电引起的绝缘失效仍然威胁着电气系统的安全。降低电晕放电危害的方法是设计合理的电气绝缘结构或采用更好的耐电晕材料。因此,在保持绝缘材料原有性能的基础上进一步提高绝缘材料的耐电晕性能具有十分重要的理论和现实意义。哈尔滨理工大学陈昊团队采用甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯进行水解、聚合,得到纳米有机硅氧化物溶胶,将其折算成SiO2当量,通过高速剪切与聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂混合,经铺膜和热固化后制备得到有机硅氧化物杂化PAI复合薄膜,具有优异的介电性能。

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背景介绍


聚酰胺酰亚胺(PAI)是聚酰亚胺(PI)的一种改性材料。PAI的分子链上含有柔性酰胺基团和耐热酰亚胺环,因此其在保留PI原有优异性能的基础上,具有更加优异的耐热性、化学稳定性等,被广泛用作电绝缘材料。近年来,研究者们主要集中于对PI薄膜耐电晕性能的研究,然而对PAI耐电晕性能的研究较少。

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研究出发点


本研究采用甲基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯进行水解、聚合,得到纳米有机硅氧化物溶胶,通过高速剪切使溶胶分散在PAI中,制备不同填料含量的有机硅氧化物杂化PAI复合树脂胶液,通过铺膜及热固化制成纳米有机硅氧化物杂化PAI复合薄膜。对其进行物质和形貌表征,并对其介电性能和耐电晕性能进行研究。

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图文解析


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图1.物质和形貌表征

(a)纯PAI与15%有机硅氧化物杂化PAI薄膜的红外光谱图:15%有机硅氧化物杂化PAI薄膜的吸收与与PAI树脂分子基团特征吸收峰一致,但前者在1073cm-1处出现了Si-O-Si结构的反对称伸缩振动特征吸收峰,表明所制备的复合薄膜成功引入了有机硅氧化物。

(b)纯PAI与9%有机硅氧化物杂化PAI薄膜的XRD图:纯PAI薄膜和9%有机硅氧化物杂化PAI薄膜的XRD图中只 呈现出聚合物典型的馒头峰,无晶体尖峰,说明有机硅氧化物以无定型态分散在PAI树脂中。
(c)20%有机硅氧化物杂化PAI薄膜的SEM图:纳米有机硅氧化物粒子均匀分散在PAI集体中,无明显的团聚。
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图2.介电性能

(a)有机硅氧化物杂化PAI薄膜介电常数与频率的关系:有机硅氧化物杂化PAI薄膜的介电常数均比纯PAI薄膜的大;随着填料含量的增加,有机硅氧化物杂化PAI薄膜介电常数增大。
(b)有机硅氧化物杂化PAI薄膜介质损耗因数与频率的关系:在低频段下PAI复合薄膜的介质损耗因数随填料含量的增加呈现出先升高后降低的趋势;在高频段下,复合薄膜的介质损耗因数随填料含量的增加而降低。
(c)室温下有机硅氧化物杂化PAI薄膜工频电气强度威布尔分布:随着填料含量的增加,有机硅氧化物杂化PAI薄膜的电气强度逐渐降低,纯PAI薄膜的电气强度最高.
(d)有机硅氧化物杂化PAI薄膜的耐电晕寿命:在填料质量分数为15%时,有机硅氧化物杂化PAI薄膜的耐电晕寿命最长,为8.36h,纯PAI薄膜的耐电晕寿命最短,仅为2.02h。

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