纳米氧化铝改性聚酰亚胺薄膜的结构与性能研究

论文摘要

现代科学技术的发展对工程电介质材料的种类和性能提出了更高的要求,各种复合材料应运而生。纳米材料以其独特的性能优势,受到人们的关注。无机纳米杂化聚酰亚胺（PI）材料可以有效的改善其耐电晕性能,美国杜邦公司生产的耐电晕聚酰亚胺薄膜（DuPont 100CR薄膜）已经在电子、电气等领域得到应用。本文采用溶胶-凝胶法将纳米氧化铝溶胶掺杂到聚酰胺酸基体中制备出聚酰亚胺单层杂化薄膜和三层复合薄膜。利用耐电晕测试装置、耐击穿测试装置、介电谱仪、扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）对薄膜的电学性能、表面形貌、微观结构进行了测试和表征,并对结果进行了分析。实验表明,掺杂纳米氧化铝24wt%（以Al2O3计算）的三层复合杂化聚酰亚胺薄膜的耐电晕寿命为22.0h,与DuPont 100CR薄膜相当;杂化薄膜与纯聚酰亚胺薄膜的击穿强度相比下降明显,三层复合薄膜比杂化薄膜的击穿强度明显高很多,且三层复合薄膜与DuPont 100CR薄膜的击穿强度相当,而三层复合薄膜的击穿强度比纯聚酰亚胺薄膜的低10%左右;三层复合薄膜与DuPont 100CR薄膜的相对介电常数εr随频率变化曲线相似,都在高频区域有下降趋势;三层复合薄膜和DuPont 100CR薄膜的介电损耗角正切tanδ随频率的变化曲线相似,在高频区,三层复合薄膜和DuPont 100CR薄膜的tanδ上升比纯聚酰亚胺薄膜快;SEM测试表明,三层复合薄膜表面颗粒分布比较均匀,与DuPont 100CR薄膜的表面形貌十分相似。三层复合薄膜与DuPont 100CR薄膜的红外谱图中有铝氧键的特征峰存在。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 变频电机绝缘破坏机理的研究
• 1.2.2 纳米复合材料介电特性的研究
• 1.2.3 聚酰亚胺纳米复合材料的研究进展
• 1.3 无机纳米氧化物改性聚酰亚胺简介
• 1.3.1 聚酰亚胺/无机纳米杂化材料的制备
• 1.3.2 聚酰亚胺纳米杂化材料的性能
• 1.4 研究方案和内容
• 1.4.1 目前待解决的问题
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 纳米氧化铝改性聚酰亚胺薄膜的制备
• 2.1 实验原理
• 2.1.1 溶胶-凝胶法制备纳米氧化铝溶胶
• 2.1.2 聚酰亚胺的合成-两步合成法
• 2.2 主要原料及仪器设备
• 2.2.1 主要原料
• 2.2.2 仪器设备
• 2.2.3 原料的处理
• 2.3 杂化薄膜的制备
• 2.3.1 聚酰胺酸的制备
• 2.3.2 铺膜及亚胺化过程
• 2.3.3 聚酰亚胺薄膜的后处理
• 2.4 杂化薄膜制备过程中的影响因素
• 2.5 杂化薄膜制备过程中的尝试
• 2.6 本章小结
• 第3章 聚酰亚胺薄膜性能的测试及结果分析
• 3.1 击穿强度的测试及分析
• 3.1.1 介电击穿理论
• 3.1.2 击穿强度测试方法
• 3.1.3 击穿强度测试结果和分析
• 3.2 耐电晕测试及分析
• 3.2.1 耐电晕机理和测试方法
• 3.2.2 耐电晕测试结果及分析
• 3.3 介电常数和介电损耗测试及分析
• 3.3.1 介电常数和介电损耗的测试原理
• 3.3.2 影响相对介电常数和介电损耗角正切的主要外界因素
• 3.3.3 介电常数和介电损耗的结果分析
• 3.4 SEM 测试及分析
• 3.5 FTIR 测试及分析
• 3.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢