本發(fā)明涉及高分子材料，具體涉及一種高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚酰亞胺（pi）是一類具有酰亞胺環(huán)結(jié)構(gòu)的聚合物材料，主鏈中含有非常穩(wěn)定的芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)異的耐熱性能、力學(xué)性能和電性能等特點(diǎn)，也因此被廣泛應(yīng)用在電動(dòng)機(jī)匝間絕緣、電纜繞包絕緣等領(lǐng)域。近年來(lái)，中國(guó)高鐵動(dòng)車技術(shù)的迅猛發(fā)展給電氣設(shè)備帶來(lái)許多新的問(wèn)題，變頻調(diào)速電機(jī)是高速動(dòng)車組最重要的設(shè)備之一，被用作高鐵的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器，它的安全運(yùn)行是目前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

2、變頻電機(jī)主要采用脈寬調(diào)制（pwm）驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其性能是保證高鐵動(dòng)車運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵，然而pwm技術(shù)脈沖過(guò)電壓產(chǎn)生的局部放電會(huì)使變頻電機(jī)的匝間絕緣材料快速老化，并在短時(shí)間內(nèi)被電暈擊穿導(dǎo)致電機(jī)發(fā)生故障。?因此提升變頻電機(jī)匝間絕緣材料的電暈性能非常關(guān)鍵。

3、聚酰亞胺薄膜作為牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)中的繞組絕緣材料已有40多年歷史，但隨著電機(jī)領(lǐng)域變頻技術(shù)的飛速發(fā)展，純聚酰亞胺薄膜很難滿足更高的耐電暈要求。已有研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)摻雜一定量的無(wú)機(jī)納米粒子可以改善聚酰亞胺薄膜的介電性能，同時(shí)可以大幅提高絕緣材料的耐電暈性能。

4、目前，耐電暈聚酰亞胺薄膜還需要關(guān)注以下幾個(gè)方面：1、納米粒子的分散狀態(tài)會(huì)影響薄膜的耐電暈性，可以通過(guò)物理交聯(lián)或化學(xué)交聯(lián)以增加聚合物與無(wú)機(jī)填料之間的相容性，形成有機(jī)-無(wú)機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既減少納米粒子在聚合物基體的團(tuán)聚現(xiàn)象，還提高雜化薄膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐電壓沖擊性；2、由于納米粒子摻雜量增加會(huì)使薄膜的力學(xué)性能呈下降趨勢(shì)，可以對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行涉及，通過(guò)“少摻雜，多層膜”的方式提高耐電暈壽命的同時(shí)又保證薄膜的其他物理性能優(yōu)異；3、超導(dǎo)電機(jī)的輸電容量大、損耗低、資源的利用率大幅提高，是今后電力系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜及其制備方法，所述耐電暈聚酰亞胺薄膜具有優(yōu)異的防水性和耐電暈性，能夠用于800v高壓電機(jī)中。

2、一種高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜，按重量份數(shù)計(jì)，包含以下原料：均苯四甲酸二酐80-100份、4,4-二氨基二苯基醚40-50份、乙酸酐20-50份、含氨基苯類衍生物10-13份、脂肪族硅氧烷二胺50-70份、無(wú)機(jī)填料8-50份和有機(jī)溶劑510-850份；其中，所述含氨基苯類衍生物中含有三分子量的氨基。

3、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述含氨基苯類衍生物為三（4-氨苯基）胺、2，4，6-三（4-氨苯基）-吡啶、1，3，5-三（4-氨基苯氧基）苯中的至少一種。

4、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述長(zhǎng)鏈脂肪族硅氧烷二胺為1，3-二胺乙基二硅氧烷（cas=5678-37-5）、1，3-二胺丙基二硅氧烷（cas=6006-41-3）、1，3-雙（2-胺乙基胺丙基）二硅氧烷（cas=6048-96-0）、1，3-二胺甲基四甲基二硅氧烷（cas=5724-63-0）、1,3-雙(2-胺乙基胺甲基)四甲基二硅氧烷（cas=83936-41-8）、1，5-二胺甲基六甲基三硅氧烷（cas=75754-72-2）中的至少一種。

5、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述無(wú)機(jī)填料為氣相氧化鋁、滑石粉、納米二氧化鈦和納米氮化硼中的至少一種。

6、在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述含氨基苯類衍生物與所述長(zhǎng)鏈脂肪族硅氧烷二胺的使用質(zhì)量比為1-1.2：5-5.5。

7、之所以要優(yōu)選出使用的含氨基苯類衍生物與所述脂肪族硅氧烷二胺的使用質(zhì)量比，是由于：含氨基苯類衍生物的引入能夠在很大程度上改變聚酰亞胺分子鏈的規(guī)整性，大大增加材料的自由體積，降低材料的介電常數(shù)，從而獲得良好的耐電暈性；然而，支化后的聚酰亞胺分子中含有較大的基團(tuán)和不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，鏈段之間很難形成緊密的堆砌結(jié)構(gòu)，造成高分子內(nèi)部呈現(xiàn)蓬松的線團(tuán)狀，即使脂肪族硅氧烷二胺的引入能夠使局部形成微晶，阻礙水分子的滲透和擴(kuò)散，水分子也會(huì)利用線團(tuán)狀結(jié)構(gòu)沿著高分子間空隙滲入，導(dǎo)致對(duì)聚酰亞胺的疏水性造成較大的影響。而水分子的浸入同時(shí)也會(huì)增大聚酰亞胺的電暈強(qiáng)度，可能會(huì)導(dǎo)致材料的快速老化。鑒于此，發(fā)明人通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)選出所述含氨基苯類衍生物與所述長(zhǎng)鏈脂肪族硅氧烷二胺的使用質(zhì)量比，獲得一種疏水耐電暈的聚酰亞胺薄膜。

8、以上所述高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜的制備方法，包含以下步驟：

9、s1：分別將均苯四甲酸二酐和4,4-二氨基二苯基醚、含氨基苯類衍生物、脂肪族硅氧烷二胺溶于有機(jī)溶劑中，然后將均苯四甲酸二酐溶液在攪拌下加入4,4-二氨基二苯基醚溶液中，在30-50℃下進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)分批多次加入乙酸酐以及含氨基苯類衍生物溶液和長(zhǎng)鏈脂肪族硅氧烷二胺溶液，反應(yīng)6-12h，獲得聚酰胺酸膠液；

10、s2：向s1所得聚酰胺酸膠液中加入分散有無(wú)機(jī)填料的溶液，在不高于25℃下攪拌均勻，經(jīng)壓濾去除雜質(zhì)；

11、s3：將純化后的膠液倒在滾動(dòng)鋼帶上，利用鋪膜刀具將膠液按所需厚度均勻鋪在鋼板上，勻速進(jìn)行鋪膜；

12、s4：將鋪好膠液的鋼板送入預(yù)熱爐中，高溫下維持10-30min，對(duì)其進(jìn)行脫水環(huán)化處理，然后進(jìn)行熱亞胺化和拉伸定型，即得所述高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜。

13、進(jìn)一步地，s2中分散有無(wú)機(jī)填料的溶液的固體含量為10-30%。

14、進(jìn)一步地，s1、s2中的攪拌速度為200-300r/min時(shí)間為30-60min。

15、進(jìn)一步地，s4中所述脫水環(huán)化的溫度為120-250℃。

16、進(jìn)一步地，s4中，所述熱亞胺化的升溫程序?yàn)椋?00-110℃停留時(shí)間10-20s，110-120℃停留時(shí)間30-40s，120-130℃停留時(shí)間40-50s，140-145℃停留1-3min。

17、進(jìn)一步地，s4中所述拉伸定型的溫度為450-550℃。

18、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造性地同時(shí)把特殊的含氨基苯類衍生物和脂肪族硅氧烷二胺作為制備聚酰亞胺的改性單體，所得聚酰亞胺既含有支化結(jié)構(gòu)也含有局部對(duì)稱度較高的柔性鏈結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)整所述含氨基苯類衍生物和脂肪族硅氧烷二胺的使用質(zhì)量比，實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚酰亞胺耐電暈性能和疏水性的雙重加強(qiáng)，使其能夠應(yīng)用于800v高壓電機(jī)中。

技術(shù)特征：

1.一種高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜，其特征在于，按重量份數(shù)計(jì)，包含以下原料：均苯四甲酸二酐80-100份、4,4-二氨基二苯基醚40-50份、乙酸酐20-50份、含氨基苯類衍生物10-13份、脂肪族硅氧烷二胺50-70份、無(wú)機(jī)填料8-50份和有機(jī)溶劑510-850份；其中，所述含氨基苯類衍生物中含有三分子量的氨基。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜，其特征在于，所述含氨基苯類衍生物為三（4-氨苯基）胺、2，4，6-三（4-氨苯基）-吡啶、1，3，5-三（4-氨基苯氧基）苯中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜，其特征在于，所述脂肪族硅氧烷二胺為1，3-二胺乙基二硅氧烷、1，3-二胺丙基二硅氧烷、1，3-雙（2-胺乙基胺丙基）二硅氧烷、1，3-二胺甲基四甲基二硅氧烷、1,3-雙(2-胺乙基胺甲基)四甲基二硅氧烷、1，5-二胺甲基六甲基三硅氧烷中的至少一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜，其特征在于，所述無(wú)機(jī)填料為氣相氧化鋁、滑石粉、納米二氧化鈦和納米氮化硼中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜，其特征在于，所述含氨基苯類衍生物與所述長(zhǎng)鏈脂肪族硅氧烷二胺的使用質(zhì)量比為1-1.2：5-5.5。

6.權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜的制備方法，其特征在于，s2中分散有無(wú)機(jī)填料的溶液的固體含量為10-30%。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜的制備方法，其特征在于，s1、s2中的攪拌速度為200-300r/min時(shí)間為30-60min。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜的制備方法，其特征在于，s4中所述脫水環(huán)化的溫度為120-250℃。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜的制備方法，其特征在于，s4中，所述熱亞胺化的升溫程序?yàn)椋?00-110℃停留時(shí)間10-20s，110-120℃停留時(shí)間30-40s，120-130℃停留時(shí)間40-50s，140-145℃停留1-3min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種高壓電機(jī)專用耐電暈聚酰亞胺薄膜及其制備方法，所述耐電暈聚酰亞胺薄膜是以含氨基苯類衍生物和脂肪族硅氧烷二胺與二酐單體為聚合單體。其中，所述含氨基苯類衍生物含有三分子量氨基，以此在聚酰亞胺中形成多支化結(jié)構(gòu)，改變分子鏈的規(guī)整性，脂肪族硅氧烷二胺則是在聚酰亞胺中局部形成微晶，二者的引入改變了聚酰亞胺內(nèi)部結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)整兩者的占比，最終使獲得的聚酰亞胺具有優(yōu)異的防水性和耐電暈性，能夠用于800V高壓電機(jī)中。

技術(shù)研發(fā)人員：于廣臣,孫福天,任磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉化集團(tuán)吉林市星云化工有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19