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开展概况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UPllex系列和钟渊的APIcal。 聚酰亚胺薄膜是目前耐热性最好的有机薄膜,可在555 C短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十分突 出。在高新技术的开展中，特别是航空航天工业、电子电气工业和信息产业的开展中，聚酰亚胺薄膜发挥了非常重要的作用。但聚酰亚胺由于其本身是有机高聚物，耐电晕性不高，这就限制了它在高压发电机、高压电动机、

2、脉宽调制供电的变频电机等工业上的应用1 - 2。2耐电晕聚酰亚胺薄膜概况自从1994年杜邦公司推出耐电晕聚酰亚胺KaptonCR薄膜和含氟聚酰亚胺KaptonFCR耐电晕薄膜以来，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之一。杜邦公司K aptonCR采用50500 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3。目前杜邦公司的Kapton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、高粘型和自粘型等多种牌号约30余种规格的Kap-ton薄膜产品。

3、 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。哈尔滨理工大学1995年与哈尔滨大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，到达国际领先水平。但是，所有这些都是采用进口的耐电 晕薄膜进行的应用研究，当时国内尚不能产业化生产耐电晕聚酰亚胺薄膜。2000年以后

4、，上海汉邦化工将具有电屏蔽功能的组分引入高分子漆基树脂的缩聚反响，制成耐电晕漆包线漆，经涂线工艺试验和漆包线性能测试，到达了用户的要求，通过了上海市的技术鉴定，已批量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大学、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，采用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5 。该公司还生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用6。据了解，有些企业使用国内试制的耐电晕漆，试制了耐

5、电晕漆包线，取得了成功，耐电晕绝缘薄膜也有单位在试制中。 目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面或双面涂敷聚全氟乙丙烯树脂经高温烧结而成。综合了耐电晕聚酰亚胺薄膜和氟塑料的特点，高的耐电晕性能及导热性能、耐上下温、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H C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50 h。3耐电晕聚酰亚胺薄膜研究进展虽然国内耐电晕聚酰亚胺薄膜制品的关键性能仍低于杜邦公司的产品水平，但实验室阶段的研究已取得一定的进展。

6、李鸿岩等7采用原位分散聚合法制备了聚酰亚胺/子显微镜T EM对纳米Al2O3的分散状态进行了表征。 加,材料的耐电晕性能显著增强，在？ 910 V 双极性、 为20%的聚酰亚胺PI薄膜的耐电晕寿命到达极大值/纳米Al2O3复合材料的体积电阻率和电气强度没有明显的劣化 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 过透射电镜研究了纳米T iO2粒子在聚酰亚胺基体中的分散状态TiO2添加量对该复合材料介电性能的影响。结果说明，随着纳米T iO2含量的增加，聚酰亚胺/纳米T iO2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

7、显著增强，在12MV / m的电场强度下，纳米TiO2含量为15%的PI薄膜的耐电晕寿命为纯PI薄膜的40多倍8。张营堂等9 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量。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。 结果说明，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1 0 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

8、的实验结果： 1100HN型 薄膜与100CR型薄膜的电气强度分别为428M V/ m和368 MV / m。o100HN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 10128 # m。？随着温度的增加，两种薄膜的电导电流增加，100HN型薄膜的电老化阈值增加，而100CR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。通过计算，100HN型薄膜与100CR型 薄膜的陷阱俘获能级分别为0. 9 eV和0. 7 eV。?在1OHz 105Hz的频率条件下，30- 150 e的 温度范围内，两种薄膜的相对介电常数随着频率、温度的

9、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；100CR型薄膜的相对介电常数与介质损耗因数大于100HN型薄膜。？ 100HN型薄膜与100CR型薄膜的耐电晕时间分别为12. 5 h和86. 3 h。张沛红11 借助扫描电镜和原子力显微镜分析了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Al-无机化合物，是无机-有机复合结构。何丽娟12采用电导电流方法分别测试了杜邦公司的纳米杂化聚酰亚胺薄膜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

10、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13 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。结果说明，2种聚酰亚胺薄膜的电老化阈值随电老化强度的增加而减小，且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大，说明其中含有更多的浅陷阱，测试结果与其170 e下退极化电 流测试结果一致。这些浅陷阱有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14 采用高分辩率光学显微镜

11、比拟了聚酰亚胺PI薄膜和纳米Al2O3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，随着时间的延长山谷的深度增加，最终形成凹坑；而PI- Al2O3复纳米Al2O3复合材料，并采用透射电 研究说明,随着纳米Al2O3含量的增15kHz条件下，纳米Al2O3质量分数,为纯PI薄膜寿命的25倍，聚酰亚胺 ,而相对介电常数和介质/纳米T iO2复合材料。通 ,并在此根底上研究了纳米合薄膜那么呈浅凹坑状，随着老化的进行最终开展成浅的由纳米粒子组成的蜂窝状孔洞，且老化速度显著降低。老化现象的研究有助于掌握无机纳米粒子在聚合物老化过程中的作用。为聚合物耐电晕老化能力的进一步提

12、高提供理论依据。衷敬和等15 用均苯四甲酸二酊和4, 4c-二氨基二苯酰合成聚酰亚胺(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(SiO2)粒子，并以3-氨丙基三乙氧基硅烷为偶联剂制备了PI /SiO2杂化薄膜。结果说明，无机组分的引入对杂化PI/ SiO2薄膜的耐电晕性能产生很大的影响，薄膜的耐电晕性能随SiO2含量的增加而提高；偶联剂的引入对无机粒子 的分散、两相相容性，以及界面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。李鸿岩等16 在综合国内外公开发表的相关文献的根底上，对耐电晕材料的合成、耐电晕机理进行了评述，并指出目前我国在耐电

13、晕材料的研究和产业化过程中存在的问题及今后的开展方向。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有力的理论依据。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)?! +，- . ?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比照和分析。证明所采用的测试方法是简便可靠的，&) /、& ) 0和1 2% &?膜的耐电晕性能。参考文献：1蔡熠.聚苯乙烯/石墨

14、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) : 17-19.5吴翠玲，翁文桂，吴大军，等.原位聚合制备聚苯乙烯/石墨薄片纳米复合导电材料J . 塑料， 2003， 32( 3) :56- 58

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