[發明專利]一種耐電暈的聚酰亞胺/納米氧化鋅三層復合薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202010601005.5
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111621047A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 洪希杭;王冬;周運紅
• 申請（專利權）人: 南京優寫智能科技有限公司
• 主分類號: C08J7/04
• 分類號: C08J7/04;C08J7/12;C08J5/18;C09D179/08;C09D7/62;C08G73/10;C08L79/08
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本發明涉及一種耐電暈的聚酰亞胺/納米氧化鋅三層復合薄膜及其制備方法，首先利用紫外、激光及微波聯用技術制備和改性納米氧化鋅粒子，再以經過電暈處理高性能的純聚酰亞胺薄膜為支撐膜，在其上下兩面各涂覆一層高濃度納米氧化鋅復合的聚酰亞胺膜，通過化學酰亞胺化得到目標三層復合薄膜。該薄膜的三層復合結構有效提升其耐電暈壽命、機械性能與熱學性能，且本發明專利制備工藝簡單，無時間延遲、無二次污染、成品率高，能夠滿足工業上對電機匝間絕緣耐高頻脈沖的要求，具有巨大的工業化潛力。

【技術領域】：本發明專利屬于電機電氣絕緣技術領域，特別涉及一種耐電暈的聚酰亞胺/納米氧化鋅三層復合薄膜及其制備方法。

【技術背景】：聚酰亞胺(Polyimide,PI)是一類熱氧化穩定性好、電學性質優異、耐高輻射、機械強度高的高分子材料。自1908年首次發現芳香族聚酰亞胺至今，科研人員對其性能不斷加以調控和改善，使之在高壓電機、航空航天、半導體封裝、太陽能光伏、石油工業潛油等各個領域均扮演重要角色(Liaw D J,Wang K L,Huang Y C,et al.Advancedpolyimide materials:Syntheses,physical properties and applications[J].Progress in Polymer Science,2012,37:907-937；丁孟賢.聚酰亞胺化學、結構與性能的關系及材料[M].北京:科學出版社,2006:25-32.)。

聚酰亞胺薄膜作為絕緣性能非常優異的有機膜，可以賦予電子設備優異的柔韌性、延展性和便攜性，厚度在25～50μm的聚酰亞胺薄膜作為絕緣材料的應用已產業化。在電裝備制造業中，國際上針對變頻調速電機發生電暈老化的現象進行了大量研究，發現當它作為電機的匝絕緣時，由于受到電機接口處的電壓脈沖反射和電壓脈沖轉換速率的影響，在轉換過程中極易產生過高的匝電壓，從而使PI處于局部放電的狀態中，嚴重影響電機的可靠性(Han T,Cavallini A.Dielectric properties and partial dischargeendurance of thermally aged nano-structured polyimide[J].IEEE ElectricalInsulation Magazine,2020,36(3):39-46.)。

在過去的研究中，科研人員通常采用修飾聚酰亞胺分子來改善其性能，其中包括在主鏈上引入性質靈活穩定的鍵、取代基以及使之發生共聚的方法，但這些方法不能達到在保持PI原有優點的基礎上提升性能的最終目的。近年來，研究人員在探究將納米粒子填充到聚酰亞胺集體中來改善其耐久性、耐電暈、耐高溫的性能，發現在聚酰亞胺薄膜中添加無機納米材料是提高耐電暈性能的有效途徑(J.C.G.Wheeler.Effects of converterpulses on the electrical insulation in low and medium voltage motors[J].IEEEElectrical Insulation Magazine,2005,21(2):22-29.)。

本發明專利首先利用Nd:YAG(neodymium-doped yttrium aluminum garnet,Nd:Y₃Al₅O₁₂)固體脈沖激光、紫外及微波聯用技術制備納米氧化鋅粒子并對其進行改性，隨后以改性納米氧化鋅粒子、苯四甲酸二酐和4.4′-二氨基二苯醚為原料制備聚酰亞胺/納米氧化鋅三層復合薄膜，該薄膜的三層復合結構有效提升其耐電暈壽命、機械性能與熱學性能，且該制備工藝采用了紫外、Nd:YAG固體脈沖激光和微波聯用技術有效縮短反應時間，提高反應速率，能夠滿足工業上對電機匝間絕緣耐高頻脈沖的要求，有巨大應用前景。

【發明內容】：首先利用激光、紫外照射與微波合成聯合技術對制備的納米氧化鋅粒子進行表面改性；隨后對以均苯四甲酸二酐、4.4′-二氨基二苯醚和干燥的N,N-二甲基乙酰胺為原料制備出的聚酰亞胺膜進行電暈技術處理，然后用涂膜機在該膜上下兩面分別均勻涂覆上一層含有高濃度納米氧化鋅，從而得到粘合均一的三層薄膜。這種三層膜的耐電暈性能優異，機械性能良好，能夠滿足工業上對電機匝間絕緣耐高頻脈沖的要求。