納米復(fù)合絕緣材料設(shè)計、制備及耐變頻性研究.pdf

1、1.根據(jù)對變頻電機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等無機材料作為耐變頻絕緣漆改性材料的篩選實驗研究，提出了添加納米TiO2的變頻絕緣漆的設(shè)計。采用液相反應(yīng)法制備上述納米顆粒，并在有機絕緣樹脂聚酰胺酰亞胺中均勻分散制備納米無機/有機復(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驗測定納米復(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、熱傳導性能、紫外光吸收性能和適宜的導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)性能達到國家標準GB/T6109.11-1990的要求，耐高頻脈沖電壓實驗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)進行表征。結(jié)果表明，當NaOH濃度在5.5～13.75mol.L-1、反應(yīng)溫度高于82℃、陳化時間大于2.0h時，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時表觀活化能為0.3KJ.mol-1，1023K～1273K時表觀活化能為1.4KJ.mol-1，隨著煅燒溫度升高和煅燒時間的延長，納米TiO2晶格畸變值減小。實驗制備TiO2顆粒中TiO2含量高達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顆粒進行分散，并通過沉降性分析、粒度分布分析和顆粒重新團聚實驗研究砂磨和超聲工藝對納米TiO2顆粒分散性的影響。運用基于支持向

5、量機算法的模式識別方法建立新的砂磨分散和超聲分散數(shù)學模型，并對Pisch數(shù)學模型進行了修正。建立了評價工藝條件對超聲波分散效果影響的數(shù)學模型。結(jié)果表明，納米粒子經(jīng)超聲波分散后，顆粒的重新團聚情況分為三個階段。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，重新團聚到2μm的時間DIS值從32min提高到164min，納米TiO2在PAI中的團聚體大小從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進行無機表面改性，及溶液吸附法對納米TiO2進行有機表面改性，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顆粒重新團聚實驗來分析納米顆粒在有機溶劑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，并形成新的化學鍵，能提高納米TiO2顆粒在NMP中的

7、ζ電位和粒子重團聚性能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中的重團聚性能DIS。經(jīng)過無機/有機復(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。用顆粒重團聚實驗得到的DIS值能準確地反映納米顆粒的分散情況。 5.采用耐高頻脈沖電壓實驗研究納米TiO2粒徑、含量、無機表面修飾、有機表面修飾、機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、UV-VIS、熱傳導率儀等手段分析納米TiO2顆粒和TiO2/PAI復(fù)合材料的導電率、導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