[发明专利]一种耐电晕的聚酰亚胺/纳米氧化铝三层复合薄膜制备方法

说明书

本发明公开了一种耐电晕的聚酰亚胺/纳米氧化铝三层复合薄膜制备方法，将原位聚合法与离子交换法结合，首先采用原位聚合法向聚酰亚胺基体中引入纳米氧化铝，完成体相层改性，其次采用离子交换法向聚酰亚胺表层构筑一层氧化铝薄膜，完成表面层改性，并制备纯聚酰亚胺薄膜作为对照组。对纯聚酰亚胺薄膜和聚酰亚胺三层复合薄膜进行耐电晕性能、击穿性能和扫描电镜测试，实验结果表明经过离子交换改性后的聚酰亚胺‑氧化铝薄膜，耐电晕时间得到明显的提升，可以到达纯聚酰亚胺薄膜的8倍，同时薄膜的表面受电晕侵蚀的程度得到改善；经过原位聚合法改性后的薄膜击穿场强得到提升，并且在离子交换法改性后依然保持了良好的击穿性能，为电力电子变压器、航天发动机中以及电容器中匝间绝缘材料的改性设计提供了新方向，具有良好的潜在应用价值。

技术领域

本发明专利属于高频电力电子变压器绝缘技术领域，涉及一种耐电晕的聚酰亚胺/纳米氧化铝三层复合薄膜及其制备方法。

背景技术

电力电子化的大型交-直流电网柔性互联与基于电力物联网的智能配电已成为我国未来电网的主要发展形态，高频电力电子变压器是实现分布式能源并网接入、交直流电网柔性互联的重要物理载体。作为电能路由器的核心部件高频电力变压器是保障电能灵活变换的关键所在。聚酰亚胺薄膜因其具有耐电晕、耐高温以及优良的力学性能，常用在高频变压器的匝间绝缘中，绝缘材料承受上升时间短、幅值大的高频类正弦电应力，此外铁磁材料在高频电场下的集肤效应与漏磁损耗会导致高温环境，使得聚酰亚胺绝缘长期处于电-热-磁耦合复杂应力环境中，极易在金属绕组与匝间绝缘界面处发生电晕放电，长此以往导致绝缘材料击穿破坏，引发装备故障停电。传统Kapton型聚酰亚胺薄膜已无法满足高频电力电子装备的耐电晕性能，亟需对聚酰亚胺进行功能化改性，以提高其耐电晕性能，是实现电能路由器朝高电压、紧凑型、高功率密度和大容量化发展的关键所在。

近年来，纳米粒子改性聚酰亚胺是绝缘材料领域中的研究热点之一，研究表明，纳米粒子可有效改善聚酰亚胺击穿强度、耐电晕寿命以及热导率。但是传统的改性方式大多针对聚酰亚胺薄膜体相改性，难以对聚酰亚胺薄膜表面进行改性，而电晕往往发生在薄膜的表面，所以传统的改性方式在一定程度上制约了聚酰亚胺复合薄膜的应用。针对这一关键技术问题，本发明专利提供了一种耐电晕的聚酰亚胺/纳米氧化铝三层复合薄膜制备方法，结合原位聚合法和离子交换法，分别对聚酰亚胺进行体相改性和表面改性，在聚酰亚胺的中间和表面两层均引入纳米氧化铝粒子，形成三层复合薄膜，进一步提升聚酰亚胺薄膜耐电晕时间，增强其绝缘性能，为聚酰亚胺材料在电气绝缘领域的深入应用发展提供了一种有效途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐电晕的聚酰亚胺/纳米氧化铝三层复合薄膜制备方法，采用原位聚合法向聚酰亚胺基体中引入纳米氧化铝填料，完成体相层改性，再采用离子交换法向聚酰亚胺表层构筑氧化铝薄膜，完成表面层改性，具有潜在的应用前景。

为实现上述目的，本发明提供了以下的技术方案：

一种耐电晕的聚酰亚胺/纳米氧化铝三层复合薄膜，首先采用原位聚合法向聚酰亚胺基体中引入纳米氧化铝粒子，完成体相层改性，再采用离子交换法向聚酰亚胺表面引入氧化铝，完成表面层改性。

可选地，制备纯聚酰亚胺薄膜作为聚酰亚胺改性复合薄膜的对照组，进行耐电晕实验测试，控制变量为离子交换法改性时聚酰亚胺薄膜的水解时间。

可选地，所述通过原位聚合法改性聚酰亚胺薄膜引入纳米氧化铝的质量分数为10％。