耐电晕聚酰亚胺薄膜研究进展及发展概况

1、研究耐电晕聚酰亚胺薄膜的发展概况1耐电晕聚酰亚胺薄膜的应用聚酰亚胺薄膜是聚酰亚胺最早的商品之一，在电工行业主要用于电机的槽绝缘以及电 线电缆的包覆材料。国外产品主要有杜邦的kapton.宇部兴产的uphex系列和钟渊的apicalo 聚酰亚胺薄膜是冃前耐热性最好的有机薄膜，可在555。c矩期内保持其物理性能，长期使用 温度达200° c以上。不仅如此，聚酰亚胺薄膜的电气性能、耐辐射性能和耐火性能也i 分突 hu在高新技术的发展中.特別是航空航天工业、电子电气工业和信息产业的发展中.聚酰 亚胺薄膜发挥了非常重要的作用。但聚酰亚胺由于其木身是启机高聚物耐电晕性不高.这 就限制了它在高压发

2、电机、高压电动机、脉宽调制供电的变频电机等工业上的应用p-21o2耐电晕聚酰亚胺薄膜概况h从1994年杜邦公司推出耐电晕聚酰亚胺(kaptonor)薄膜和含氟聚酰亚胺(kaptonfcr)耐电晕薄膜以來，耐电晕材料的制备、性能以及纳米材料在耐电晕性能的提 高方面所起的用成为各国学者研究的热点乙一。杜邦公司k aptoncr采用50-500 nm的气 相氧化铝填充聚酰亚胺薄膜，使该薄膜的耐电晕性能提高了 10倍以上。冃前杜邦公司的 koptoq薄膜仍然占据主导地位。除常用的k apton薄膜外杜邦公司又开发了半导体型、导 热型、热收缩型、电荷转移型、耐电晕型、高粘型和日粘型等多种牌号约30余种规

3、格的 kap-ton薄膜产品。我国1995年后相继由株洲机车研究所、哈尔滨大电机研究所分别在高速电力机车电机绝缘、 高压主泵f级电动机新型绝缘上应用了杜邦公司的kaptoncr耐电晕聚酰亚胺薄膜。哈尔滨 理大学1995年与哈尔滨人电机研究所合作采用美国dupont公司kaptoncr薄膜制作核电 主泵f级电动机新型绝缘结构.满足了/核电0工程的技术要求。常熟电磁线总厂于1997 年采用杜邦公司的kaptoncr耐电晕聚酰亚胺薄膜制成的绕包线.绝缘厚度薄.导热性与耐 热性高，耐电晕性能好，质量稳定，达到国际领先水平。但是，所冇这些都是采川进口的耐电 晕薄膜进行的应用研究，当时国內尚不能产业化生产

4、耐电晕聚酰亚胺薄膜。2000年以后，上 海汉邦化工有限公司将具有电屏蔽功能的组分引入高分子漆基树脂的缩聚反应，制成耐电晕 漆包线漆.经涂线工艺试验和漆包线性能测试.达到了用户的要求.通过了上海市的技术鉴 定，已批最生产供多家生产厂试验和应用4。常熟豪威富(集团)公司与上海交通人学、上海 电缆研究所、上海电器科学研究所和上海南洋电机厂等单位合作，采川上海汉邦化工有限公 司生产的耐电晕漆，试制成功耐电晕漆包线，经多家电机制造厂多种变频电机的应用，性能 良好.满足使用要求.经省级鉴定后已投入生产门。该公司还牛产耐电晕薄膜绕包线供制造 高速机车牵引电机等使用.并生产耐电晕漆包绕包电磁线供特种变频电机使

5、用閔。据了解. 有些企业使用国内试制的耐电晕漆试制了耐电晕漆包线，収得了成功，耐电晕绝缘薄膜也 冇单位在试制中。fl前国内生产的耐电晕聚酰亚胺薄膜为f46复合薄膜(hf& fhf),是由耐电晕聚酰亚胺薄 膜单血或双血涂敷聚全氟乙丙烯树脂经高温烧结而成。综合了耐电晕聚酰业胺薄膜和氛塑料 的特点高的耐电杲性能及导热性能、耐高低温、耐辐射、电气性能优越、尺寸稳定.同时具 备自粘性。可在-80- + 260 e的温度范围内长期使用。广泛地应用于级耐电晕牵引电 机、发电机和特种电机的电磁线的绕包绝缘.耐电晕寿命50h。3耐电晕聚酰亚胺薄膜研究进展虽然国内耐电杲聚酰亚胺薄膜制品的关键性能仍低于杜邦

6、公司的产品水平.但实验室阶 段的研究已取得一定的进展。李鸿岩等【7采用原位分散聚合法制备了聚酰亚胺/纳米ai 2。3复合材料，并采用透射电 了显微镜(t em)对纳米ai的分散状态进行了表征。研究表明.随着纳米al 9 3含量的增加材料的耐电晕性能显著增强.在?910v(双极性)、15 khz条件下.纳米ai2o3质量分数 为20%的聚酰业胺(pi)薄膜的耐电晕寿命达到极大值，为纯pi薄膜寿命的25倍，聚酰亚胺 /纳米ai 20 3复合材料的体积电阻率和电气强度没冇明显的劣化，而相对介电常数和介质 损耗因数有所增加。他们还采用原位分散聚合法制备了聚酰亚胺/纳米tio2£合材料。通 过

7、透射电镜研究了纳米t i6粒子在聚酰亚胺基体中的分散状态 并在此基础上研究了纳米 ti6添加量对该复合材料介电性能的影响。结果表明.随着纳xt io.含量的增加.聚酰亚胺 /纳米丁 i6复合材料的体积电阻率和电气强度出现不同程度的劣化.并造成了介电常数和 介质损耗因数的增加，但是材料的耐电晕性能显著增强，在12mv/m的电场强度f,纳米t i6含量为15%的pi薄膜的耐电晕寿命为纯pi薄膜的40多倍恥张营堂等通过超声机械混合方法制备纳米二氧化硅/聚酰亚胺复合耐电晕薄膜.并 对其耐电晕性进行测虽:。用红外光谱(ir)和原子力显微镜(afm)观察无机纳米粒子的分散 情况及其电晕前后变化。结果表明，

8、纳米二氧化硅/聚酰亚胺复合薄膜耐电晕性比普通的聚 酰亚胺薄膜高。陈枫讪测量了美国dupont公司生产的聚酰亚胺薄膜(100hn)和耐电晕聚酰亚胺薄膜 (100cr)的电气强度、直流体积电阻率、电导电流特性曲线、介电谱以及耐电晕时间。通过 对100hn型薄膜与100cr型薄膜相关介电参数的测量.得出了以下的实验结果：h00hn型 薄膜与100gr型薄膜的电气强度分别为428m v/ m和368 mv / m0 2100hn型薄膜与100cr 型薄膜的直流体积电阻率分别1. 9 1038 # m和2. 05 io128# mo »随着温度的增加，两种 薄膜的电导电流增加,100hn型薄膜

9、的电老化阈值增加，rfe'loocr型薄膜的电老化阈值减 小；100cr型薄膜的电导电流明显大于100hn型薄膜。通过计w. 100hn型薄膜与100cr型 薄膜的陷阴:俘获能级分别为0.9 ev和0. 70/。在10?hz- 10shz的频率条件下.30150e的 温度范围内，两种薄膜的相対介电常数随着频率、温度的增加而减小：介质损耗因数随着频 率增加而增加，随着温度的增加先是减小而后增加;100gr型薄膜的相对介电常数与介质损 耗因数大于100hn型薄膜。16100hn型薄膜与100cr型薄膜的耐电晕时间分别为12. 5 h和 86. 3 ho张沛红借助打描电镜和原子力显微镜分析了

10、dupont耐电晕聚酰亚胺 薄膜的结构，得出dupont耐电晕聚酰亚胺薄膜是三层结构.上下两个表层中含有较多的 ai-无机化合物，是无机-有机复合结构。何丽娟问采用电导电流方法分别测试了杜邦公司的纳米朵化聚酰亚胺薄膜(100cr)和 原始的聚酰亚胺薄膜(100hn)未老化、10mv/ m> 20mv / m电晕强度8 h老化后的电导电 流.发现杂化膜的电流量比原始膜大近一个数量级.杂化膜未老化时的阈值为40mv / m.而 原始膜为35 mv/ m,且两者的电老化阈值均随电老化强度的增加而减小。汪佛池等心同样采用电导电流法研究了变频电机用耐电晕型聚酰亚胺材料耐局部放电 老化机理。结果表明

11、,2种聚酰亚胺薄膜的电老化阈值随电老化强度的增加血减小几耐电 晕型薄膜的电老化阈值始终高于普通膜的阈值；在2种薄膜的空间电荷限制电流区内.耐电 晕型薄膜的电流增长率较人.说明其屮含有更多的浅陷阱.测试结果与其1700下退极化电 流测试结果一致。这些浅陷阱冇效调节了聚酰亚胺薄膜中电场的分布.改善其耐电晕性能。李鸿岩等匈采用高分辩率光学显微镜比较了聚酰亚胺(pi)薄膜和纳米ai2o3填充聚酰亚胺薄膜在相同条件下的老化形貌，发现纯pi表 面老化形态早期为山谷状.随着时间的延t山谷的深度增加.最终形成凹坑；而pi- ai .03复 合薄膜则呈浅凹坑状.随着老化的进行最终发展成浅的由纳米粒子组成的蜂窝状

12、孔洞且老 化速度显著降低。老化现彖的研究有助丁掌握无机纳米粒子在聚合物老化过程小的作用。为 聚合物耐电晕老化能力的进一步提高提供理论依据。衷敬和等冏用均苯四甲酸二肝和4. 4c-二氨基二苯瞇合成聚酰亚胺(pi)树脂.以甲基 三乙氧基硅烷为无机前驱体原位产生二氧化硅(sio粒子并以3-氨丙基三乙氧基硅烷为 偶联剂制备了 pi/sq2杂化薄膜。结果表明，无机组分的引入对杂化pi/ sio2薄膜的耐电晕性 能产牛很人的影响，薄膜的耐电犖性能随sio2含量的增加而捉高；偶联剂的引入对无机粒了 的分散、两和相容性，以及界而形态具有明显的改善作用，对薄膜耐电晕性能的改善更为明 显.并提出了一个耐电晕模型。

13、李鸿岩等压在综合国内外公开发表的相关文献的基础上，对 耐电晕材料的合成、耐电晕机理进行了评述.并指出冃前我国在耐电晕材料的研究和产 业化过程屮存在的问题及今后的发展方向。为我国的耐电晕材料的研究.特别是耐电晕聚酰 亚胺薄膜的研制提供了冇力的理论依据。耐电晕pi薄膜及其耐电晕:寿命评定方法的研究上海文主要研究适合变频电机使用的改性聚猷亚胺的耐电晕性能，采用逐级升压击穿法评定 耐电晕寿命。首先测试了由杜邦公司提供的%薄膜的耐电晕性能甲所得结果与杜邦公司提 供的数据吻合得很好(对杜邦)*!+,-. m薄膜和几种自制薄膜进行了耐电晕测试,并将 两次测试结果作了对比和分析。证明所采用的测试方法是简便可靠

14、的，&) /、& ) 0和1 2 一 型薄膜具有接近 &m膜的耐电晕性能。参考文献：1蔡熠.聚苯乙烯/石墨导电复合材料的制备和性能研究d 南京：南京理工大学，2007.2陈国华，翁文桂，吴大军，等.石墨与聚苯乙烯的纳米复合过程研究j.高分子学报，2001 ( 6): 803- 805.3王文平，刘燕，王斌，等.聚甲基丙烯酸甲酯/膨胀石墨纳米导电复合材料的制备与表征j.高 分子材料科学与工程，2006, 22 ( 6) : 209- 212.4许立宁，邓海金，曹赞华，等.原位聚合法制备pmma/石墨纳米导电复合材料j.塑料工业.2001, 29( 6) : 17- 19.

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