一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法

本发明属于电力绝缘材料制备，尤其涉及一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法。

背景技术：

1、由于我国绿色能源基地与负荷中心分布极不均匀，且伴随着风电并网以及城市集约化建设的需求，发展特高压技术、建设高质量的交直流输电网络具有十分重要的意义。但随着电压等级不断提高，高压设备中绝缘的短期失效现象愈加频繁，采用脉冲振荡法对干式空心电抗器进行了匝间过电压现场试验，通过检测试验电压波形振荡频率的变化，发现故障率高达7.4％。国家电网公司在对聊城供电局220kv变电站的红外测温中发现，35kv电容器β相电抗器出现过热现象，检查结果表明，电抗器绝缘绕组中发生了匝间短路故障。此外，在台山核电站1750mw主发电机定子绕组下线检修中发现，当施加81kv直流电压时，绝缘的薄弱区域出现放电现象。可见，绝缘介质的击穿损坏也成了制约高压输电技术发展的关键问题。

2、有着“黄金薄膜”之称的聚酰亚胺(polyimide，pi)因其较高的电气强度(300kv/mm)、工作温度(350℃)和尺寸稳定性等已被广泛应用于特高压电抗器的绕组绝缘、风力发电机绕组绝缘以及直流电机的匝间绝缘等领域。但随着电气设备和电力电子装置朝着大功率、小型化、薄型化的方向发展，传统pi薄膜已经不能满足现代电气设备的特殊需求。尤其是用于电机的槽绝缘、绕线绝缘和介电缓冲层，这些都要求聚酰亚胺具有优异的电气绝缘性能，因此，开发具有高绝缘特性的聚酰亚胺薄柔性绝缘介质及其工艺方法成为电力装备制备工业重要的研究方向之一。

3、现有技术中采取无机相掺杂改性等方法来制备具有高温绝缘的复合电介质材料，但是高体积分数无机填料的引入以及相容性差的问题使得材料内部产生载流子陷阱，使材料的击穿场强降低。

4、所以，目前技术当中，从分子结构设计角度针对聚酰亚胺高温绝缘性能的优化成为重要的研究热点。

技术实现思路

1、本发明目的在于解决现有聚酰亚胺电介质材料本征绝缘特性较差的技术问题，提供一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法以及在电气绝缘中的应用，尤其是在聚酰亚胺本征改性技术中的应用，本发明所制备的聚酰亚胺薄膜，兼具良好的可溶液加工性及良好的绝缘性能等特点，得到具有优异绝缘特性的改性聚酰亚胺柔性电介质，进而能够广泛地应用在于微电子和通讯领域。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法，包括以下制备步骤：

4、(1)将含砜基二胺单体加入到有机溶剂中，搅拌使其完全溶解；加入含砜基二酐单体，真空条件下经缩聚反应，得到改性后的聚酰胺酸胶液(paa)；

5、(2)将改性后的聚酰胺酸胶液倒入干净的玻璃基板表面，使其涂覆于玻璃基板上，利用涂布机进行涂膜，经红外灯辐照处理后再进行热亚胺化，自然降温至室温得后得到改性后的聚酰亚胺薄膜；

6、一方面，步骤(1)中，所述二胺单体为二氨基二苯醚、二氨基二苯砜中的一种，其摩尔比为1:5～40，优选为1:10～30；所述二酐单体为二酐单体为均苯四甲酸酐、3,3'4,4'-二苯基砜四羧酸二酐，其摩尔比为1:5～50，优选为1:10～30；所述有机溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺中的至少一种。

7、作为优选地实施方式，步骤(1)中，所述二胺单体和二酐单体的摩尔比为1:1.02～1.04；

8、作为优选地实施方式，步骤(1)中，所述缩聚反应温度为-10～30℃，优选为-5～5℃；

9、作为优选地实施方式，步骤(1)中，所述缩聚反应的时间为2～36h。优选为8～24h。

10、作为优选地实施方式，步骤(2)中，所述所述红外灯选取2000w、照射时间3～5s。

11、作为优选地实施方式，步骤(2)中，所述热亚胺化采用梯度升温；在本发明的技术方案中，利用梯度升温能够在溶剂完全挥发的同时保证改性后的聚酰亚胺完全亚胺化，分子链堆砌紧密且无缺陷；

12、优选地，所述梯度升温的升温速率为2～4℃/min；

13、优选地，所述梯度升温的每段温度梯度为40～60℃；

14、优选地，所述梯度升温的每段恒温时间为60～240min。

15、在某些具体地实施方式中，步骤(2)的具体过程为：将步骤(1)得到的改性后聚酰胺酸(paa)胶液倒在干净的玻璃基板表面，利用涂布机使其均匀地涂覆于玻璃基板上，再经红红外灯辐照3～5s，经热亚胺化8～36小时，将改性后paa薄膜转化为聚酰亚胺pi薄膜；

16、优选地，所述刮涂的涂膜速度为10～25cm/min，进一步优选为15～20cm/min；所述刮涂的时间为10～60s，进一步优选为20～40s；优选地，所述改性的聚酰亚胺薄膜的厚度为10～20μm。

17、又一方面，本发明提供上述制备方法得到改性聚酰亚胺柔性绝缘介质。

18、本发明采用原位聚合法，通过向聚酰亚胺分子链上引入具有强电负性的砜基(-so2)，再通过三氨基嘧啶进行交联，制备了具有高击穿场强的聚酰亚胺薄膜材料，该聚酰亚胺介质材料在室温下的直流击穿场强为654.2mv/m，比传统选用均苯四甲酸酐和二氨基二苯醚制备的同比例下的交联聚酰亚胺介质材料提高了119.1mv/m，在150℃下的直流击穿场强也达400mv/m以上，与现有技术相比还具有以下有益效果：

19、(1)本发明从聚酰亚胺的分子结构设计出发，向聚酰亚胺分子链上引入极性基团-so2，-so2具有较强的电负性，在聚酰亚胺膜中加入适量的极性基团可以提高电子束密度，同时，-so2基团的体积较大，将其引入聚酰亚胺的分子链中可以破坏链的排列，增大自由体积，从而聚酰亚胺的击穿电压大幅度降低，显著改善了聚酰亚胺材料的绝缘特性。

20、(2)本发明考虑到聚酰亚胺分子链的结构，将分子链进行交联的同时，能够抑制聚酰亚胺电介质材料内部弛豫损耗，降低焦耳热的生成，进而避免热击穿，提升高温环境下的绝缘性能。且本发明制备工艺及所需设备简单，安全可靠，成本较低，更有利于其在电气绝缘器件上的广泛应用。

1.一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法，其特征在于聚酰胺酸胶液制备方法按以下制备步骤：

2.一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法，其特征在于聚酰亚胺薄膜制备方法按以下制备步骤：

3.根据权利要求1所述的一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求2所述的一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求2所述的一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求2所述的一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求2所述的一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法，其特征在于：

10.如权利要求1-9任意一项所述的方法制备的一种高温耐电晕聚酰亚胺基复合电介质及其制备方法，其特征在于：所述改性聚酰亚胺柔性绝缘介质薄膜用于智能电网、航天航空、新能源汽车等领域。