聚酰亞(yà)胺(polyimide,PI),因其具有高的熱穩定性、良好的(de)機械特性以及(jí)優越的電氣性能而(ér)被廣泛的應用於航空、航天、微電子、高鐵等領域。但是聚酰亞胺薄膜在高頻脈衝電(diàn)壓下,其壽(shòu)命大大縮短,主要是由於電機繞組端部(bù)過(guò)電壓及其造成的強(qiáng)烈局部放電(partial discharge,PD)將加(jiā)劇電機絕緣的損傷速率,致使絕緣擊穿。而往聚合物中摻雜納米粒子可以改善絕緣介質(zhì)的電(diàn)氣性能,獲得高熱導率(lǜ)、耐電暈等性能,而使得聚酰亞胺納米複合薄膜的應用更(gèng)加廣泛。
由(yóu)於聚酰亞胺分(fèn)子是極性高分(fèn)子材料,其主鏈上(shàng)具有大量的極性基團,在潮濕環境中極易吸收水分,這些基團會水解並使分子鏈發生開環反應,從而(ér)影響聚酰亞胺薄膜(mó)的絕緣性能。研究了水分對聚酰亞胺薄膜局部放電特性的影響[,結(jié)果表(biǎo)明少量的水分子在薄膜表麵形成一層水膜,有助於其(qí)表麵耐局(jú)放性能;D. Denton 等人研究發現聚酰(xiān)亞胺(àn)薄膜(mó)吸潮後其介電強度會下(xià)降(jiàng);也(yě)有文獻表明吸(xī)水後聚酰亞胺薄膜的表麵電荷消散更快,並且吸水後試樣會出現一個新的淺(qiǎn)陷阱峰。
然而(ér)大(dà)量的文獻都是研究水(shuǐ)分(fèn)對(duì)聚(jù)酰亞胺薄(báo)膜絕(jué)緣(yuán)性能影響的宏觀現象,卻鮮有研究水分子和(hé)聚酰亞胺分(fèn)子鏈的相互作用關係以及納米粒子的引(yǐn)入對聚(jù)酰亞胺薄膜受潮後絕緣性能有哪些影響,因此需要從化學結構等微觀(guān)的角度更深入的研究水分對聚(jù)酰亞胺納米薄膜絕緣性(xìng)能影響(xiǎng)的機(jī)理。
隨著吸水率的增加(jiā),薄膜的介(jiè)電損耗也隨之增加,純膜和(hé)納米膜的耐電暈時間都出現先增大後減小的現象,擊穿場強則出現逐漸下降的趨勢。通過FTIR 圖譜分析,聚酰亞胺薄膜(mó)在水分存在的情況下(xià)酰亞胺環分子鏈發生開環(huán)反應,生成許多小分子鏈和一些帶離子基團的化合物,一方麵增加了載流子的數量(liàng),加快(kuài)電荷(hé)消散,抑製了局部電荷的積累;另一方麵,水分吸收過多會令介質損耗增加,介電性能降低,使得薄膜絕緣性能下降。納米膜由於納(nà)米粒子的引(yǐn)入,水(shuǐ)分子可(kě)在納米膜的(de)周圍形成“水殼”,增多了電荷的傳輸通道,令其耐電暈(yūn)時間先增大後(hòu)減小的趨勢更為(wéi)明顯,同時水分子和PI 分子鏈發生水解反應,使得納米粒子(zǐ)與PI 分子鏈之間的化學鍵斷裂,降(jiàng)低了聚合物基體的穩(wěn)定性,因此納米膜的擊穿場強下降(jiàng)得更加嚴重。