利用无机纳米粒子改性有机聚合物, 已成电气绝缘领域的一个非常重要的方向。纳米添加物自身具有大的比表面积、大的表面能、量子尺寸效应, 赋于复合物优异性能, 特别是在力学性能、导热性能、介电性能、磁学性能等方面。添加极少量的纳米添加物将引起复合材料某些介电性能的显著改善, 同时又不影响或者较小地影响介质的其它性能。
在高耐热性能的绝缘材料中均匀分散一些纳米无机物, 如T iO 2、Al 2O3 和ZnO, 制作纳米绝缘材料应用在交流变频电机中, 不但大幅度提高了绝缘材料的抗高频脉冲尖峰电压和耐电晕等性能, 还提高了电机的使用寿命。科研人员利用原位聚合法制备了纳米T iO 2/ 聚酰胺酰亚胺复合绝缘漆,与聚酯亚胺底漆和聚酰胺酰亚胺面漆配合, 涂制成三层结构的复合绝缘材料。试验结果表明, 这种复合绝缘材料具有高绝缘性能、柔韧性好、耐电晕性能高等特点, 应用在交流变频电机中, 可使高压脉冲下的局部放电、介质发热和空间电荷积聚等得到明显缓解, 大大提高了交流变频电机的绝缘寿命。在综述SiO 2/ Al2O3、SiO 2/ T i 2O 3、SiO 2、T iO2、Al 2O 3、SiC、MMT ( 蒙脱土) 等纳米杂化聚酰亚胺薄膜的研究进展中, 表明纳米杂化聚酰亚胺薄膜具有更优异的力学性能、热稳定性能、高绝缘性能及耐电晕性能等。
用无机纳米粒子改性高分子材料, 是目前研究的热点方向, 但纳米团聚问题仍是困扰科研人员的难题。只有充分解决这个问题, 才能更好地体现出纳米改性高分子材料的优越性能。Eun- Sung Lee等利用甲基硅烷的官能团( 包括醋酸、丙酸、丁炔醇) 与AlN 分子表面作用, 降低复合物体系的粘度。在复合物体系中加入质量分数2%甲基硅烷, 经过3 h 的处理, 使AlN 粉体颗粒能很好的分散在环氧体系中。另外再加入质量分数1% 的磷酸脂能进一步降低体系的粘度, 促进AlN 粉体颗粒的分散性。采用填充法在环氧树脂基体中引入高导热纳米陶瓷颗粒, 通过对纳米陶瓷颗粒的表面改性解决了纳米颗粒易团聚的问题, 并通过高速搅拌和超声波振荡等方法使得纳米陶瓷颗粒在环氧树脂中得到了均匀分散, 解决了纳米陶瓷颗粒在树脂中的沉降问题。
哈尔滨工业大学研究了有机- 无机杂化纳米颗粒多面体低聚倍半硅氧烷( Poly hedral Olig omeric Silsesquiox ane, POSS) , POSS 是将无机元素以化学键形式引入有机基团中, 形成空间笼型结构基团。笼型基团的尺寸在纳米范围内, 无机元素在POSS基团中的比例较大, 将无机物的一些特性引入有机物中, 提高了有机物的耐热性、耐腐蚀性、耐老化性、耐候性等性能。该课题组利用POSS 基团改性环氧树脂, 提高了环氧体系的耐热性, 耐热温度达193℃。这种有机- 无机杂化方法提供了一个科研思路, 将无机元素以键合方式引入有机物中, 不但避免了纳米粉体团聚的问题, 还可以针对性的改性有机物的性能, 比如击穿性能、耐电晕性能、耐电树枝老化性能、局放性能、介电常数和介质损耗性能、空间电荷分布性能等。
