納米復(fù)合絕緣材料設(shè)計(jì)、制備及耐變頻性研究.pdf

1、1.根據(jù)對變頻電機(jī)用電磁線絕緣材料破壞過程的分析，及對納米TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO、MgO、Fe2O3、ZrO2和BaTiO3等無機(jī)材料作為耐變頻絕緣漆改性材料的篩選實(shí)驗(yàn)研究，提出了添加納米TiO2的變頻絕緣漆的設(shè)計(jì)。采用液相反應(yīng)法制備上述納米顆粒，并在有機(jī)絕緣樹脂聚酰胺酰亞胺中均勻分散制備納米無機(jī)/有機(jī)復(fù)合絕緣材料。通過XRD和TEM等測試手段研究納米顆粒形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征，用耐高頻脈沖電壓實(shí)驗(yàn)測定納米復(fù)合材料耐變頻特性。結(jié)

2、果表明，納米TiO2、SiO2、Al2O3、ZnO、MgO、ZrO2和BaTiO3改性聚酰胺酰亞胺復(fù)合絕緣材料均能夠提高電磁線的耐變頻壽命，其中納米級金紅石型TiO2由于具有較好的介電性能、熱傳導(dǎo)性能、紫外光吸收性能和適宜的導(dǎo)電性能而大幅度提高絕緣材料耐變頻壽命，制備的新型電磁線常規(guī)性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6109.11-1990的要求，耐高頻脈沖電壓實(shí)驗(yàn)下的老化壽命較普通電磁線提高了7.45倍，適合于變頻電機(jī)使用。新型納米耐變頻復(fù)合絕

3、緣材料經(jīng)企業(yè)試用后，反映良好，新型耐變頻納米復(fù)合絕緣材料將具有良好的應(yīng)用前景。 2.以TiCl4和NaOH為原料，通過控制工藝條件制備不同粒徑金紅石型納米TiO2，通過XRD、TEM等手段對納米TiO2顆粒形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。結(jié)果表明，當(dāng)NaOH濃度在5.5～13.75mol.L-1、反應(yīng)溫度高于82℃、陳化時(shí)間大于2.0h時(shí)，可以直接制備金紅石型納米TiO2。納米TiO2粒子生長表觀活化能在1023K分為兩段，其中溫度為873K

4、～1023K時(shí)表觀活化能為0.3KJ.mol-1，1023K～1273K時(shí)表觀活化能為1.4KJ.mol-1，隨著煅燒溫度升高和煅燒時(shí)間的延長，納米TiO2晶格畸變值減小。實(shí)驗(yàn)制備TiO2顆粒中TiO2含量高達(dá)99.7％，粒徑為25nm～250nm，呈純金紅石相結(jié)構(gòu)。 3.采用砂磨和超聲振蕩對納米TiO2顆粒進(jìn)行分散，并通過沉降性分析、粒度分布分析和顆粒重新團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)研究砂磨和超聲工藝對納米TiO2顆粒分散性的影響。運(yùn)用基于支持向

5、量機(jī)算法的模式識別方法建立新的砂磨分散和超聲分散數(shù)學(xué)模型，并對Pisch數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了修正。建立了評價(jià)工藝條件對超聲波分散效果影響的數(shù)學(xué)模型。結(jié)果表明，納米粒子經(jīng)超聲波分散后，顆粒的重新團(tuán)聚情況分為三個(gè)階段。通過砂磨/超聲分散聯(lián)用，將納米TiO2顆粒在水中的初始體積平均粒徑控制在150nm以下，重新團(tuán)聚到2μm的時(shí)間DIS值從32min提高到164min，納米TiO2在PAI中的團(tuán)聚體大小從30μm減小到50nm以下，納米顆粒的分散性明

6、顯提高。 4.采用均勻沉淀法對納米TiO2進(jìn)行無機(jī)表面改性，及溶液吸附法對納米TiO2進(jìn)行有機(jī)表面改性，并用XPS、XRF和TG等測試手段表征納米TiO2顆粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)；用ζ電位儀、激光粒度儀等分析納米TiO2粒徑分布和表面帶電特性，并通過納米TiO2顆粒重新團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)來分析納米顆粒在有機(jī)溶劑2-甲基吡咯烷酮(NMP)中的分散。結(jié)果表明，納米TiO2表面沉淀Al2O3為成膜包覆，并形成新的化學(xué)鍵，能提高納米TiO2顆粒在NMP中的

7、ζ電位和粒子重團(tuán)聚性能DIS。納米TiO2表面包覆鈦酸丁脂偶聯(lián)劑和高分子聚乙烯吡咯烷酮后，顆粒表面ζ電位絕對值降低，但其在NMP中的重團(tuán)聚性能提高，DIS值增大；納米TiO2表面吸附陰離子表面活性劑月桂酸鈉后，顆粒表面ζ電位絕對值增加，在NMP中的重團(tuán)聚性能提高，DIS值增大；十二烷基硫酸鈉、鈦酸丁脂偶聯(lián)劑和高分子PVP均能改善納米TiO2顆粒在NMP中的重團(tuán)聚性能DIS。經(jīng)過無機(jī)/有機(jī)復(fù)合表面修飾，納米TiO2在NMP中的DIS值從包

8、覆前的166min提高到438min，分散性顯著提高。用顆粒重團(tuán)聚實(shí)驗(yàn)得到的DIS值能準(zhǔn)確地反映納米顆粒的分散情況。 5.采用耐高頻脈沖電壓實(shí)驗(yàn)研究納米TiO2粒徑、含量、無機(jī)表面修飾、有機(jī)表面修飾、機(jī)械分散手段以及涂布條件對納米TiO2/PAI復(fù)合材料耐變頻性的影響，并用高阻計(jì)、UV-VIS、熱傳導(dǎo)率儀等手段分析納米TiO2顆粒和TiO2/PAI復(fù)合材料的導(dǎo)電率、導(dǎo)熱率和紫外光吸收率等，以推測納米TiO2/PAI復(fù)合電磁線耐變