纳米铝盐水解物杂化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,各种杂化材料应运而生。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）材料具有良好的耐电晕性能,美国杜邦公司生产的耐电晕化聚酰亚胺薄膜（Kapton 100CR薄膜）已经在电子、电气等领域得到应用。本文采用溶胶-凝胶法将铝盐水解物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、热失重分析仪、扫描电子显微镜（SEM）、紫外-可见光光谱仪（UV-VIS）对薄膜的电学性能、热性能、表面形貌、光学性能进行了测试或表征,并对结果进行了分析。实验表明,掺杂铝盐水解物24wt%（Al2O3含量）的三层复合杂化聚酰亚胺薄膜的耐电晕寿命为35.6h,比未掺杂薄膜提高约10倍,接近于DuPont 100CR薄膜,但是单层杂化薄膜的耐电晕性很差;杂化薄膜与未掺杂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,但是都低于DuPont 100CR薄膜的击穿强度,而DuPont 100CR薄膜的击穿强度比未掺杂PI薄膜的低10%;在中低频区杂化薄膜的相对介电常数εr比未掺杂薄膜大,并在高频区有快速下降趋势,在低频区都随着掺杂量的增加而增大;在低频区,杂化薄膜的介电损耗tanδ随频率增大而略有降低,但都比未掺杂薄膜高,在中高频区,掺杂薄膜的tanδ随频率的变化曲线明显升高,但在高频区迅速下降;热失重的曲线显示,随着无机组分掺杂量的增加,分解温度变化较小;在紫外-可见光谱中,随着掺杂量的增加,三层复合薄膜的透光率（T%）与未掺杂聚酰亚胺薄膜相比,都有所下降,但在可见光区仍然具有较好的透明性。同时,SEM测试表明,杂化薄膜表面颗粒分布并不均匀,并随着掺杂量的增加团聚现象越来越明显,与DuPont 100CR薄膜的表面形貌相比,无机纳米组分在有机基体中的分散性较差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内国际研究进展
• 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
• 1.3 研究现状和存在问题
• 1.3.1 聚酰亚胺/无机杂化材料的制备
• 1.3.2 聚酰亚胺纳米杂化材料的性能
• 1.3.3 实验中待解决的问题
• 1.4 课题来源和研究方案
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 本论文研究内容
• 第2章 纳米化合物杂化PI 薄膜的制备
• 2.1 实验原理
• 2.1.1 溶胶-凝胶法制备纳米铝盐水解物
• 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 本章小结
• 第3章 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 击穿强度测试原理及测试方法
• 3.1.2 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 介电常数和介电损耗的结果分析
• 3.4 热性能和透光性测试
• 3.4.1 热性能测试原理和结果分析
• 3.4.2 透光性的测试与结果分析
• 3.5 扫描电镜测试原理和结果分析
• 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