耐高温绝缘材料的研究
论文综述
概述：随着国民经济的不断发展，我国制造业处于改革换代的新时期，国家进入“十四五”时期之后，对于发展质量要求的提高以及环境保护和可持续发展的推进，新能源材料领域逐渐成为制造业材料领域转型的热点。以植物资源（木质素、纤维素等）为基体的新型复合材料因其可再生性、可塑性高等特点成为大力发展的重点。本研究是基于聚酰亚胺、有机硅橡胶和耐高温的木质纤维素塑料开展的，制备有应用价值且性能更为优异的耐高温绝缘材料，以期能够被广泛运用于新型建筑材料、高温滤材、电绝缘材料、热封材料及复合材料增强剂等领域。
关键词：聚酰亚胺；有机硅橡胶；木质纤维塑料；耐温性能；绝缘性能
- 引言
众所周知，电机电器产品和电子仪器通电使用时，会产生热量。在连续使用中由于热的聚集作用温度不断升高。因此在设计产品时必须根据产品的发热情况来选择适当的绝缘材料。随着航空航天使用的电器产品向小型化、轻量化发展，对绝缘材料提出了更高要求，而耐高温绝缘材料的不断出现，又给电器产品带来了很大的变化。最早研究出来的耐高温绝缘材料是50年代的有机硅和有机氟系列材料。到了60年代，进入芳香族和杂环系列耐高温绝缘材料的研究。而以植物资源（木质素、纤维素等）为基体的新型复合材料因其可再生性、可塑性高等特点成为大力发展的重点。目前最常用的耐高温纤维基绝缘材料有芳纶纤维纸基复合材料、PBO纸基复合材料等。本研究是基于聚酰亚胺、有机硅橡胶和耐高温的木质纤维素塑料开展的，制备有应用价值且性能更为优异的耐高温绝缘材料。
- 国内外研究发展趋势及其现状
- 聚酰亚胺纤维纸基复合材料发展趋势
聚酰亚胺(PI)纤维是由聚酰亚胺树脂或聚酰胺酸纺丝浆液经过纺丝制备而成，分子主链中含有芳酰亚胺等基团，主链结构的高度共轭与芳香性赋予了聚酰亚胺纤维高强、高模、耐高温、耐腐蚀、耐辐射的优良性能，是一种具有优良机械性能和电学性能的高性能纤维产品，已被广泛应用在新型建筑材料、高温滤材、电绝缘材料、热封材料及复合材料增强剂等领域。而聚酰亚胺纤维抄造的纸基复合材料的耐高温性能优于芳纶纤维、PBO 纤维、超高分子量聚乙烯纤维等一些传统的高性能纤维。因此，研究聚酰亚胺纤维纸页的成纸特性，及其在航空航天、防护和电气绝缘领域的应用具有重要的意义。传统的湿法抄造工艺中，由于聚酰亚胺纤维在浆料打浆和疏解的过程中不会发生纤维的分丝帚化，在纸页的干燥过程中纤维之间也不会产生氢键结合，经湿法成形得到的原纸结构疏松，强度较低，故需要对原纸进行增强处理。目前对聚酰亚胺纤维纸基复合材料的增强主要有以下方式: 采用芳纶浆粕、聚酯纤维或沉析纤维与聚酰亚胺短切纤维配抄后经热压处理，可以提高纸页的原始强度。热压处理可以使微细纤维熔化将纤维粘接到一起，从而赋予纸页较高的物理强度和优良的绝缘性能。因此，热压是生产聚酰亚胺纤维纸基复合材料的重要工序。但是仅通过这种方式抄造的纸页强度仍不能满足纸张的使用要求。另一种是通过涂布或浸渍等方式添加有机树脂作为胶黏剂进行增强。常用的浸渍树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂等。水性环氧树脂由于具有界面粘结强度大、化学稳定性好、力学性能优异、绝缘性能好、环保性能好、易操作等优良性能，使其在复合材料中占据着主导地位。
- 国内外研究现状
陈等以聚酰亚胺短纤和沉析纤维为原料，通过湿法抄造结合热压和树脂浸渍的方法制备聚酰亚胺纤维/环氧树脂纸基复合材料。研究结果表明，热压处理增加了聚酰亚胺纤维间的接触面积，使聚酰亚胺纤维纸的力学性能和电学性能增强; 采用环氧树脂浸渍处理，可以进一步增加聚酰亚胺纸基复合材料的力学性能(抗张指数提高了1.25 倍) 和电学性能 (耐压强度提高了17%) ; 当热压温度为 210 ℃、热压压力为 120 N/mm、浸渍量为 20% 时，所制备的聚酰亚胺纸基复合材料具有较好的力学性能和电学性能，其抗张指数为 57． 5 N·m/g，撕裂指数为 6.86 mN·m2 /g，耐压强度为 12.3 kV/mm，以期在航空航天、绝缘阻隔、环境保护等领域具有潜在的应用前景。
陆等采用扫描电镜、热重分析仪和 X 射线衍射仪对添加部分芳纶浆粕聚酰亚胺纤维纸和 100% 聚酰亚胺纤维纸的结构和性能进行检测，并结合检测结果对两种配抄纸样的强度性能和电气性能进行了对比分析。实验及分析结果表明，以聚酰亚胺纤维和芳纶浆粕为纤维原料抄造的聚酰亚胺纤维纸具有较好的综合性能。
赵等通过添加沉析纤维改善芳纶云母绝缘纸基的物理性能，研究沉析纤维用量对芳纶云母绝缘纸基物理性能的影响。研究结果表明，沉析纤维能有效地填充和黏结纸基的纤维，并增加纤维之间的接触点，沉析纤维用量为20%～35%时可以提高芳纶云母绝缘纸基的物理性能。
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