聚酰亚胺基耐电晕、高导热微纳米复合材料的制备及其电气绝缘性能研究

发布时间：2020-06-26 00:43

【摘要】：随着变频调速技术的发展,铁路牵引电机广泛应用交流变频调速技术。聚酰亚胺作为变频调速电机绝缘材料受到电晕及热老化作用后容易失效,而现代电力工业的快速发展对绝缘材料的性能和可靠性提出了更高的要求,所以迫切需要对传统绝缘材料进行改性或开发新型高性能绝缘材料。近年,聚合物基无机微纳米复合电介质已经成为电气绝缘领域研究的热点。本文设计并制备了聚酰亚胺基BN无机微纳米复合薄膜,研究不同掺杂组分及不同掺杂类型复合薄膜的结构特征、电气绝缘性能和导热能力,为研制新型微纳米复合电介质提供一定的实验和理论依据。通过原位聚合法制备不同含量的BN微米片和纳米颗粒混合掺杂聚酰亚胺薄膜和BN纳米片掺杂聚酰亚胺薄膜,采用偏光显微镜和扫描电镜对不同掺杂类型、不同掺杂组分聚酰亚胺复合薄膜的表面形貌和结构特征进行了研究,发现BN纳米片在聚酰亚胺基体中的分散状态较好,与聚合物有较好的相容性,而BN微米片和纳米颗粒则会出现团聚现象。微纳米掺杂会使聚酰亚胺薄膜的击穿场强出现先增大后减小的现象,当掺杂含量为1%时,微米片和纳米颗粒复合薄膜及纳米片复合薄膜的击穿场强达到最大,分别为219.6 kV/mm和230.6 kV/mm。微纳米掺杂使复合聚酰亚胺(PI)薄膜的介电常数和介质损耗大于纯PI薄膜,且随着掺杂量的增加,介电常数和介质损耗增大。I-t曲线测试结果表明,在低温下复合介质的电导电流大于纯PI薄膜,而在高温下复合介质的电导电流小于纯PI薄膜。微纳米掺杂后的复合PI薄膜的电阻率小于纯PI薄膜,且随着掺杂含量的增大逐步减小,当掺杂含量为20%时,微米片和纳米颗粒复合及纳米片复合PI薄膜的电阻率分别下降为4.1×1016Ω·m和4.9×1016Ω·m。使用电晕老化实验装置测试了PI薄膜的耐电晕老化时间,结果表明随着掺杂含量的增加,PI薄膜的耐电晕老化能力逐步增强,当微米片和纳米颗粒及纳米片掺杂含量为20%时,复合PI薄膜的耐电晕老化时间分别是纯PI薄膜的116.7倍和110倍。使用导热系数测定仪测试了PI薄膜的导热系数,结果表明随着掺杂含量的增加,PI薄膜的导热系数逐步增大。当微米片和纳米颗粒复合及纳米片复合PI薄膜的掺杂含量为20%时,其导热系数分别是纯PI薄膜的3.8倍和3.5倍。通过与几种导热模型对比发现Cheng-Vachon模型与实验数据具有较高的拟合度。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM21;TB33

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本文编号：2729565