[发明专利]一种无机纳米颗粒复合聚酰亚胺薄膜原料分散性的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无机纳米颗粒的分散性检测方法，更确切地说涉及一种无机纳米颗粒复合聚酰亚胺薄膜原料分散性检测方法，属于电气绝缘技术领域。

背景技术

近几年来，变频电机的使用范围越来越广。高效，节能，易于控制等优点使变频电机在冶金、起重、机车牵引诸领域大有替代直流调速趋势，特别是绝缘栅双极晶体管(IGBT)问世以来，载波频率从双极晶体管(GTR)时的1-2K左右提高到10-20K左右，对电机绝缘带来了突出问题。大量瞬间脉冲尖峰电压施加在匝间(特别是首匝)绝缘上，导致电机绝缘过早损坏，严重影响电机运行可靠性。有鉴于此，美国NEMA标准作了相应改动，对一般用途电机的考核由MG1，Part30(峰值1000V，2us上升时间)改为MG1，Part31(峰值1600V，0.1us上升时间)，提高了对电机匝间绝缘耐高频脉冲的要求。

在电气绝缘技术领域中，常用的有机薄膜品种很多，主要有聚酯(聚对苯二甲酸乙二酯)薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚酰亚胺薄膜等。其中，聚酰亚胺(PI)是一种工业上广泛应用的耐热等级最高的高分子材料，它在高温下具备的卓越性能，能够与某些金属相媲美。此外，它还具有优良的化学稳定性、坚韧性、耐磨性、阻燃性、电绝缘性以及其它机械性能。以上优异的综合性能，使得聚酰亚胺被称作超越时代的材料，为电气绝缘技术领域中有机薄膜的首选。

随着现代化工业的飞速发展，对材料性能的要求也越来越高。但是PI分子主链上一般含有苯环和酰亚胺环结构，由于电子极化和结晶性，致使PI存在较强的分子链间作用，引起PI分子链紧密堆积，从而导致PI明显的吸水性和热膨胀性，致使PI薄膜耐电晕性很弱，这限制了其在高温和精密状态下的应用。为满足变频电机的广阔市场要求，电磁线行业必须努力开发适应高频脉冲电压，耐电晕的电磁线。对高压变频电机而言，必须研制耐电晕的聚酰亚胺薄膜(CRPI膜)，用它制造绕包线，以解决普通PI薄膜不耐电晕的弱点。

无机纳米粒子由于具有“尺寸效应”、“界面效应”以及“隧道效应”等独特的性质，在提高材料的耐热性能、力学性能以及尺寸稳定性能等方面都表现出了较大的优势。因此研究无机纳米粒子(SiO₂、TiO₂、SiO₂/TiO₂、Al₂O₃等)在改性聚酰亚胺(PI)的应用具有重要的理论意义及应用价值。聚酰亚胺/无机纳米复合材料的耐电晕性以及机械强度和韧性都比纯聚酰亚胺有明显的改善，并由于二者的纳米级复合使材料获得突出的性能。

目前，聚酰亚胺/无机纳米复合材料的制备方法主要有溶胶-凝胶(Sol-gel)法、在位分散聚合法以及插层法。

聚酰亚胺/无机纳米复合材料应用广泛：可用作气体分离膜、感光复合材料、微电子器件、包装材料，还可用于摩擦领域。

虽然，纳米粒子对PI的性能特别是热性能、机械性能及透气性能等方面均有明显的改善和提高，但是，PI/无机纳米复合材料中的无机纳米粒子仍未达到整体的纳米级分散，只是某一部分的纳米分散。这是由于纳米颗粒的尺寸小，表面存在大量不饱和键，表面活性很大，属于热力学不稳定体系，在制备过程中或后处理过程中极易发生粒子凝并、团聚现象，形成二次颗粒，使粒径变大，最终在使用时失去纳米颗粒所具备的特有功能。而纳米颗粒在无机纳米颗粒复合聚酰亚胺薄膜原料中的分散稳定性，直接决定着无机纳米颗粒复合聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能。因此，研究纳米颗粒在介质中的分散过程，防止纳米颗粒团聚，获得纳米粒子分散性好的无机纳米颗粒复合聚酰亚胺薄膜原料至关重要。

纳米颗粒的团聚可分为两种：软团聚和硬团聚。软团聚主要是由颗粒间的静电力和范德华力所致，由于作用力较弱可以通过一些化学作用或施加机械能的方式来消除。硬团聚形成的原因除了静电力和范德华力之外，还存在化学键作用，因此硬团聚体不易破坏，需要采取一些特殊的方法进行控制。在制备纳米颗粒的过程中，如果未采用分散措施，颗粒团聚将很严重，不能达到纳米粉末的基本要求，实现不了纳米粉末的特殊功能。因此研究纳米颗粒的团聚控制对纳米粉末制备极为重要。