耐電暈聚醯亞胺薄膜-製備.結構與性能 翁淩 9787030770516 【台灣高等教育出版社】

精彩書評
聚醯亞胺材料具有
高熱膨脹係數、低熱導率和耐電暈性等優點，是電機等設備的重要應用材料。

目錄

目錄

前言
第1章 緒論 1
1 1 聚醯亞胺的發展概況和發展趨勢 2
1 1 1 聚醯亞胺的發展概況 2
1 1 2 聚醯亞胺的發展趨勢 2
1 2 有機/無機雜化材料 3
1 2 1 有機/無機雜化材料的製備方法 4
1 2 2 有機/無機雜化材料的分類 10
1 2 3 有機/無機雜化材料的特點與應用 11
1 3 耐電暈聚醯亞胺複合材料 12
1 3 1 耐電暈機理分析 12
1 3 2 絕緣材料電老化機理模型 15
1 3 3 耐電暈聚醯亞胺複合材料研究進展 18
參考文獻 23
第2章 納米Al2O3/PI複合薄膜的製備與性能研究 28
2 1 原位聚合法製備納米Al2O3/PI單層複合薄膜 28
2 1 1 Al2O3顆粒的偶聯改性 28
2 1 2 原位聚合法製備納米Al2O3/PI複合薄膜的合成 29
2 1 3 納米Al2O3/PI複合薄膜微結構分析 30
2 1 4 納米Al2O3/PI複合薄膜性能分析 33
2 2 納米Al2O3顆粒分散方式對納米Al2O3/PI複合薄膜性能的影響 38
2 2 1 分散方式對納米Al2O3/PI複合薄膜結構影響 38
2 2 2 分散方式對納米Al2O3/PI複合薄膜性能影響 41
2 3 水熱法合成納米Al2O3/PI複合薄膜 46
2 3 1 水熱合成法基本原理及配方 46
2 3 2 不同體系納米Al2O3/PI複合薄膜成型性分析 48
2 3 3 複合薄膜的微結構與性能 51
2 4 微量SiO2對納米Al2O3/PI複合薄膜的影響 60
2 4 1 親水性納米SiO2顆粒和疏水性納米SiO2顆粒的表徵 61
2 4 2 SiO2摻雜量及其親疏水性對複合薄膜微性能的影響 64
2 5 本章 小結 72
參考文獻 72
第3章 無機納米氧化物共摻雜聚醯亞胺複合薄膜的製備與性能研究 74
3 1 超聲輔助機械分散法製備Si-Al共摻雜聚醯亞胺複合薄膜 74
3 1 1 製備原理和流程 74
3 1 2 複合薄膜微結構及性能 76
3 2 溶膠-凝膠法製備Si-Al共摻雜聚醯亞胺複合薄膜 79
3 2 1 Si-Al共摻雜聚醯亞胺複合薄膜的製備 79
3 2 2 Si-Al共摻雜聚醯亞胺複合薄膜的微結構 81
3 2 3 Si-Al共摻雜聚醯亞胺複合薄膜的性能 87
3 2 4 不同Si/Al比例的聚醯亞胺複合薄膜性能分析 90
3 3 溶膠-凝膠法製備Si-Ti共摻雜聚醯亞胺複合薄膜 94
3 3 1 兩相原位同步法製備PI/SiO2-TiO2複合薄膜 94
3 3 2 複合薄膜微結構與性能 96
3 4 本章 小結 108
參考文獻 108
第4章 聚醯亞胺三層複合薄膜的製備與性能研究 110
4 1 Al2O3/PI三層複合薄膜的製備 111
4 1 1 Al2O3/PI三層複合薄膜的逐層鋪膜工藝 111
4 1 2 Al2O3/PI三層複合薄膜的亞胺化工藝 111
4 2 亞胺化工藝對Al2O3/PI三層複合薄膜性能的影響 112
4 2 1 各單因素對Al2O3/PI三層複合薄膜亞胺化程度的影響 112
4 2 2 亞胺化程度對Al2O3/PI三層複合薄膜層間結合程度的影響 114
4 2 3 各單因素對Al2O3/PI三層複合薄膜力學性能的影響 115
4 2 4 各單因素對Al2O3/PI三層複合薄膜熱性能的影響 117
4 3 Al2O3/PI三層複合薄膜的結構 120
4 3 1 Al2O3/PI三層複合薄膜的微結構 120
4 3 2 Al2O3/PI三層複合薄膜的化學結構 126
4 4 Al2O3/PI三層複合薄膜的性能 130
4 4 1 Al2O3/PI三層複合薄膜耐熱性能 130
4 4 2 Al2O3/PI三層複合薄膜力學性能 134
4 5 本章 小結 136
參考文獻 136
第5章 聚醯亞胺複合薄膜的絕緣特性及耐電暈機理 138
5 1 Al2O3/PI複合薄膜的絕緣特性 138
5 1 1 Al2O3/PI複合薄膜擊穿場強 139
5 1 2 Al2O3/PI複合薄膜介電譜 140
5 1 3 Al2O3/PI複合薄膜耐電暈性能 143
5 2 Al2O3/PI複合薄膜的空間電荷及陷阱特性 149
5 2 1 Al2O3/PI複合薄膜加載電壓時空間電荷特性 149
5 2 2 Al2O3/PI複合薄膜短路時空間電荷特性 152
5 2 3 不同場強對Al2O3/PI薄膜空間電荷特性的影響 154
5 3 Al2O3/PI複合薄膜的陷阱特性研究 157
5 4 Al2O3/PI三層複合薄膜層間界面結構與電性能關聯性分析 161
5 4 1 Al2O3/PI複合薄膜的光激放電特性分析 161
5 4 2 Al2O3/PI三層複合薄膜介電譜分析 163
5 4 3 Al2O3/PI三層複合薄膜擊穿場強分析 167
5 4 4 Al2O3/PI三層複合薄膜耐電暈性能分析 168
5 5 聚醯亞胺薄膜電暈老化降解動力學研究 177
5 5 1 聚合物熱老化反應動力學基礎 177
5 5 2 聚醯亞胺複合薄膜電暈降解機理分析 181
5 6 本章 小結 187
參考文獻 187
第6章 微電子領域用聚醯亞胺複合薄膜 189
6 1 BaTiO3/PI複合薄膜 189
6 1 1 BaTiO3/PI複合薄膜的製備 190
6 1 2 BaTiO3/PI複合薄膜的微結構 190
6 1 3 BaTiO3/PI複合薄膜的性能 193
6 2 Ag@ Al2O3/PI高介電複合薄膜 198
6 2 1 Ag@ Al2O3核殼納米粒子的製備 198
6 2 2 Ag@ Al2O3核殼粒子結構分析 199
6 2 3 Ag@Al2O3/PI複合薄膜微結構分析 204
6 2 4 Ag@Al2O3/PI複合薄膜性能分析 205
6 3 AlN/PI複合薄膜 213
6 3 1 AlN/PI複合薄膜的製備 213
6 3 2 AlN/PI複合薄膜的微結構 213
6 3 3 AlN/PI複合薄膜的性能 218
6 4 本章 小結 224
參考文獻 224
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精彩書摘
第1章 緒論
聚醯亞胺（polyimide，PI）是主鏈上含有亞胺環的一類聚合物。這類聚合物首先由T Bager等於1908年公開其合成路線，但直到20世紀60年代初，隨著純PI薄膜（杜邦Kapton系列）及清漆（Pyre ML）的商品化，聚醯亞胺才進入了一個大發展的時代。PI複合薄膜以其優良的電氣性能、阻燃性能、耐高溫和耐輻射等多種優異性能，作為高性能絕緣材料被廣泛應用於電子、電氣等領域。隨著微電子技術的精細化、電氣技術的高壓和超高壓化，以及變頻節 能等技術的發展和普及，在不同領域從不同方面對佔據絕緣重要地位的PI複合薄膜材料提出新的性能要求，促使PI複合薄膜向高性能及功能化方向發展[1-4]。
國外研究資料表明，變頻電機絕緣系統過早損壞的主要原因是變頻電機絕緣材料的耐電暈性能不能滿足其運行條件的需要 [5-12]。*近幾年國內外開始嘗試用無機超細粉體（TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO2等）對現有的高耐熱絕緣材料進行改性，提高材料的耐電暈性能[13-16]，取得了很好的效果。美國杜邦公司生產的Kapton CR系列耐電暈純PI薄膜的耐電暈壽命是普通薄膜的500倍[17]。我國在變頻電機核心絕緣技術方面的研究起步較晚，變頻電機用高性能絕緣材料和耐電暈PI複合薄膜等仍依賴進口[18]。因此，研究無機納米雜化PI複合薄膜的製備、表徵和性能，開發具有自主知識產權的高性能絕緣材料具有重要意義。
大量實驗和應用都已證明，雲母的耐電暈性能優異，雲母帶已成功用作大電機的耐電暈材料，經分析其中含有TiO2、SiO2、Al2O3、MgO等氧化物成分，SiO2、Al2O3是其主要成分，金雲母主要成分的質量分數為SiO2 39 66%、Al2O3 17 00%，白雲母主要成分的質量分數為SiO2 45 57%、Al2O3 36 72%。我們嘗試把SiO2和Al2O3加入純PI薄膜中，以期提高PI複合薄膜的耐電暈性能，擴大其在變頻電機等領域的應用。
有機-無機雜化膜，將無機物的剛性、尺寸穩定性、熱穩定性和阻燃性與有機聚合物的韌性、加工性及介電性能綜合在一起，從而產生許多新的、特殊的性能，在電工、電子等領域展現出廣闊的應用前景，成為高分子化學和材料科學等領域的研究熱點。
PI在實際合成中，常採用聚醯胺酸（polyamide acid， PAA）為前驅體，N，N-二甲基乙醯胺（N，N-dimethylacetamide， DMAc）和氮甲基?啶（N-methylpyridine， NMP）等為非質子溶劑。這類溶劑也是水和甲醇、乙醇等質子溶劑的良好溶劑，常溫下能與水以任意比例混溶，因而有機聚合溶液在含有相當量水分的合成過程中也不會沉澱或失去本征特性，這就為溶膠-凝膠法在合成雜化材料時的水解縮合帶來許多有利條件；更為重要的是由PAA轉變為PI的亞胺化工藝為分子內縮合脫水過程，這些優良的合成特性為深入研究PI類雜化體系奠定了良好的基礎，同時其高熱穩定性和高玻璃化轉變溫度有助於穩定以納米尺寸分散的微粒，不使其聚集，對合成雜化材料也十分有利。目前，人們已將聚醯亞胺與SiO2、TiO2和蒙脫土（montmorillonite clay，MMT）等單組分無機物製成雜化材料，並且表現出優異的物理化學性能，但是由於工藝、製備等因素的複雜性，將兩種組分同時摻入PI基體中的深入報道較少。
1 1 聚醯亞胺的發展概況和發展趨勢
1 1 1 聚醯亞胺的發展概況
PI是主鏈上含有醯亞胺環的一類聚合物，如圖1-1所示，其中以含有?醯亞胺結構的聚合物尤為重要[19]。
圖1-1 聚醯亞胺結構
這類聚合物雖然早在1908年就已有報道，但那時聚合物的本質還未被認識，所以沒有受到重視。直到20世紀40年代中期才有一些專利出現，但真正作為一種高分子材料來發展則開始於20世紀50年代。當時美國杜邦公司申請了一系列專利，並於20世紀60年代初，*先將純PI薄膜（杜邦Kapton系列）及清漆（Pyre ML）商品化，從此開始了一個PI蓬勃發展的時代。
1 1 2 聚醯亞胺的發展趨勢
PI材料發展的總趨勢體現在以下幾個方面：?通過可溶解可熔融PI的開發和研究，改善PI的加工性能和擴大其應用範圍；?通過納米技術在PI納米複合材料製備中的應用，產生高性能和新功能的PI材料；?通過新的功能性單體，製備出耐高溫、力學性能好、絕緣性能優異、對環境敏感的新型PI材料，以滿足航空航天、微電子、電氣、化工、能源技術等高新技術發展的要求。
PI作為很有發展前途的高分子材料已經得到充分的認識，在絕緣材料和結構材料方面的應用正不斷擴大，在功能材料方面嶄露頭角。但是在發展了40年之後仍未成為更大的品種，其主要原因在於：與其他聚合物相比，成本還是太高。因此，今後研究PI的主要方向之一仍應是在單體合成及聚合方法上尋找降低成本的途徑。
在單體合成方面，由於PI的單體是二酐和二胺。二酐是比較特殊的單體，均苯四甲酸二酐和偏苯三酸酐可由石油煉製產品中芳香烴油中提取的均四甲苯和偏三甲苯用氣相和液相氧化一步得到。其他重要的二酐已由各種方法合成，但成本十分昂貴。中國科學院長春應用化學研究所研究表明用鄰二甲苯氯代、氧化再經異構化分離可以得到高純度的4-氯代苯酐和3-氯代苯酐，以這兩種化合物為原料可以合成一系列二酐，其降低成本的潛力很大，是一條有價值的合成路線[20]。
針對聚合工藝，目前所使用的二步法、一步法縮聚工藝都使用高沸點的溶劑，非質子極性溶劑價格較高，還難以除盡，最後需要高溫處理。熱塑性PI還可用二酐和二胺直接在擠出機中造粒，不再需要溶劑，可大大提高效率。用氯代苯酐不經過二酐