[发明专利]一种检测氟化聚酰亚胺薄膜耐表面放电性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测氟化聚酰亚胺薄膜耐表面放电性的方法。

背景技术

聚酰亚胺薄膜作为一种特种工程材料，是20世纪60年代在美国和前苏联军备竞赛及太空发展之下所开发的耐热性树脂，也是被公认为最成功的一种树脂。早期是利用聚酰亚胺优异的耐热性应用在电机当中，提高高温热稳定性。20世纪80年代，由于电子工业的发展，进一步带动了聚酰亚胺的开发，由于其优异的耐热性以及良好的加工性，很快成为半导体组以及电路板构装的一部分。按聚酰亚胺的结构和制备方法可以将其分为两大类。一类是主链中含有脂肪族单元的聚酰亚胺，是通过加热芳香族四甲酸与脂肪族二元胺的盐进行缩聚而制得。另一类是主链中含有芳香族单元的聚酰亚胺，这类聚酰亚胺通常是采用两步法合成的。聚酰亚胺是一种综合性能优异的工程材料。由于主链上含有芳香环，它作为先进复合材料基体，具有突出的耐温性能和优异的机械性能，是目前树脂基复合材料中耐温性最高的材料之一，可在555℃下短期内保持其物理性能，长期使用温度高达300℃以上，己经广泛用于航天、军事、电子等领域。同时聚酰亚胺还具有突出的电气性能与耐辐射性能，广泛用于封装、涂覆、电机绝缘材料等领域。其中主要产品有杜邦的Kapton、宇部兴产的UPIlex系列和钟渊的APIcal。PI薄膜由于其优异的特性得到长足发展，虽然它的价格较高，但因其性能可靠，工程应用很广泛，受到人们的青睐。但是PI分子主链上一般含有苯环和酰亚胺环结构，由于电子极化和结晶性，致使PI存在较强的分子链间作用，引起PI分子链紧密堆积，从而导致PI明显的吸水性和热膨胀性，致使PI薄膜耐电晕性很弱，这限制了其在高温和精密状态下的应用。

电气性能的提高成为限制聚酰亚胺薄膜发展的一个重大问题。国内外专家对聚酰亚胺薄膜绝缘失效的机理进行了广泛深入的研究，认为虽然表面电荷、空间电荷的累积等在绝缘失效过程中扮演着较为重要的角色，但局部放电是导致绝缘破坏的主要因素。Foulon等人采用针-板电极，对聚酰亚胺薄膜在脉冲条件下进行试验，提出匝间绝缘的破坏是由于空间电荷的作用导致绝缘形成的针孔引起。Kimura.Ken采用电流传感器测量了方波脉冲下聚酰亚胺薄膜的表面放电，认为聚酰亚胺薄膜累积的表面电荷对局部放电有着重要影响。Bellomo等在研究方波电压下聚酰亚胺的寿命时，发现变频电机中绝缘材料的寿命主要由局部放电所控制。因此有效提高聚酰亚胺薄膜的表面和空间电荷消散可以抑制局部放电的发生，从而提高其耐电晕能力。本发明提供了一种表面氟化的聚酰亚胺薄膜的表面放电测试方法，通过对聚酰亚胺进行表面氟化处理有效提高了聚酰亚胺薄膜抑制局部放电的发生，显著的提高了其耐电晕性能。

目的

本发明的目的在于提供一种测试聚酰亚胺薄膜表面局部放电强度的方法。

技术方案

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用卤族元素强的氧化性，采用氟气对聚酰亚胺薄膜系列产品进行表面氟化处理，替换薄膜表面一层分子结构中C-H结构上的氢原子，形成一层均匀分布的C-F结构。此层能够有效阻止表面局部放电的发生，从而显著提高聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能。

有益效果

本发明的优点和有益效果：

①显著提高产品抑制表面局部放电的性能，从而显著提高产品的耐电晕性能；

②对产品机械性能无损伤，保持产品原貌；

③生产工艺及流程简便，且产品性能稳定。

附图说明

图1是本发明实施实例中试样表面局部放电光的图像；

最佳实施方式

实施案例：在密闭容器中放入普通聚酰亚胺薄膜，利用惰性空气持续冲刷容器内部，赶走密闭容器内的空气，形成一个惰性气体的环境。然后向密闭容器内充入氟气，在保持50℃温度环境下，各试样分别反应15、30、45、60和90分钟，形成具有上下两层表面改性的聚酰亚胺薄膜，并对不同氟化时间的样品与未氟化处理样品的性能进行比对分析。

未氟化试样与氟化后试样局部放电光图像如图1所示：

从图中可以看出表面氟化处理后试样表面放电光强度要比未处理试样弱很多，而且表面氟化后试样的耐电晕时间延长了很多，尤其是试样d。未氟化试样持续加压70秒(700帧)后就击穿，随着氟化时间由15分钟延长到45分钟，试样的放电光强度逐渐减弱，耐电晕时间逐渐变长，在氟化45分钟时其耐电晕时间能够达到130秒。而当氟化时间由45分钟延长到90分钟时，放电光强度逐渐变强，耐电晕时间变短，但是试样e和f的抑制放电的能力仍旧比未氟化试样强很多。这说明经过表面氟化后，能够显著的提高聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能。本发明提供了一种有效的测量聚酰亚胺薄膜耐表面放电性能的方法。