为了研究无机纳米氧化物在提高聚合物耐电晕性能方面所起的作用, 采用高分辩率光学显微镜比较了聚酰亚胺( PI )薄膜和纳米Al2O3 填充聚酰亚胺薄膜在相同条件下的老化形貌, 发现纯PI 表面老化形态早期为山谷状, 随着时间的延长山谷的深度增加, *终形成凹坑; 而PI- Al2O 3 复合薄膜则呈浅凹坑状, 随着老化的进行*终发展成浅的由纳米粒子组成的蜂窝状孔洞, 且老化速度显著降低。
在传统聚合物材料中填充一定量的无机纳米材料, 如SiO 2、T iO 2、Al 2O 3 以及层状硅酸盐等, 可使其耐电晕老化性能得到大幅度提高。如杜邦公司的Kapton CR 采用50~ 500 nm 的气相氧化铝填充聚酰亚胺薄膜, 使该薄膜的耐电晕性能提高了10 倍以上。此外, 其他耐电晕绝缘产品, 如耐电晕漆包线漆, 用于生产变频电机用电磁线[2 ]。这些材料的应用,显著延长了变频电机的使用寿命。
尽管如此, 对于无机纳米粒子填充后, 聚合物耐电晕性能提高的原因仅有少量报道。日本早稻田大学的Tanaka T 等基于化学、电学和形态学理论, 提出了多核模型, 用于解释纳米层状硅酸盐在提高聚合物耐电晕性能方面所起的作用。何恩广等人认为, 纳米T iO 2 微粉填充改性绝缘新型复合电磁线经过电晕放电破坏后, 析出的纳米TiO 2 微粉层起到了电场均化、屏蔽、导热等作用。尽管国内外学者对纳米复合绝缘材料耐电晕老化的机理进行了探索, 但仍需进一步完善, 为聚合物耐电晕老化能力的进一步提高提供理论依据。老化现象的研究有助于掌握无机纳米粒子在聚合物老化过程中的作用。采用高分辨率光学显微镜分别观察了电晕条件下纳米Al 2O 3 填充PI 和纯PI两种薄膜在不同老化阶段的老化形态, 并详细叙述了上述两种薄膜在电晕条件下老化行为的差异。
采用高分辨率光学显微镜研究了纯PI 薄膜与PI - Al 2O3 复合薄膜两种材料在电晕条件下老化形态, 得到了如下结论:
( 1) 纯PI 表面老化后表面无残留物, 老化区透光度下降; PI- Al 2O3 复合薄膜老化区表面残留一层白色粉末, 且电晕放电越集中的区域粉末层越厚。
( 2) 纯PI 表面老化早期为山谷状, 随着时间的延长山谷的深度增加, *终形成凹坑; 而PI- Al 2O 3 复合薄膜呈浅凹坑状, 随着老化的进行*终发展成浅的由纳米粒子组成的蜂窝状孔洞, 蜂窝状孔洞是其内部的填充物在热或氧化作用下被分解挥发后形成的。
