專利名稱：一種無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料分散性的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無機(jī)納米顆粒的分散性檢測方法，更確切地說涉及一種無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料分散性檢測方法，屬于電氣絕緣技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近幾年來，變頻電機(jī)的使用范圍越來越廣。高效，節(jié)能，易于控制等優(yōu)點(diǎn)使變頻電機(jī)在冶金、起重、機(jī)車牽引諸領(lǐng)域大有替代直流調(diào)速趨勢，特別是絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 問世以來，載波頻率從雙極晶體管(GTR)時的1-2K左右提高到10-20K左右，對電機(jī)絕緣帶來了突出問題。大量瞬間脈沖尖峰電壓施加在匝間(特別是首匝)絕緣上，導(dǎo)致電機(jī)絕緣過早損壞，嚴(yán)重影響電機(jī)運(yùn)行可靠性。有鑒于此，美國NEMA標(biāo)準(zhǔn)作了相應(yīng)改動，對一般用途電機(jī)的考核由MGl，Part30(峰值1000V,2us上升時間)改為MGl，Part31 (峰值1600V,0. Ius 上升時間)，提高了對電機(jī)匝間絕緣耐高頻脈沖的要求。在電氣絕緣技術(shù)領(lǐng)域中，常用的有機(jī)薄膜品種很多，主要有聚酯(聚對苯二甲酸乙二酯)薄膜、聚丙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、聚酰亞胺薄膜等。 其中，聚酰亞胺(PI)是一種工業(yè)上廣泛應(yīng)用的耐熱等級最高的高分子材料，它在高溫下具備的卓越性能，能夠與某些金屬相媲美。此外，它還具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、堅韌性、耐磨性、阻燃性、電絕緣性以及其它機(jī)械性能。以上優(yōu)異的綜合性能，使得聚酰亞胺被稱作超越時代的材料，為電氣絕緣技術(shù)領(lǐng)域中有機(jī)薄膜的首選。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的飛速發(fā)展，對材料性能的要求也越來越高。但是PI分子主鏈上一般含有苯環(huán)和酰亞胺環(huán)結(jié)構(gòu)，由于電子極化和結(jié)晶性，致使PI存在較強(qiáng)的分子鏈間作用，引起PI分子鏈緊密堆積，從而導(dǎo)致PI明顯的吸水性和熱膨脹性，致使PI薄膜耐電暈性很弱，這限制了其在高溫和精密狀態(tài)下的應(yīng)用。為滿足變頻電機(jī)的廣闊市場要求，電磁線行業(yè)必須努力開發(fā)適應(yīng)高頻脈沖電壓，耐電暈的電磁線。對高壓變頻電機(jī)而言，必須研制耐電暈的聚酰亞胺薄膜(CRPI膜)，用它制造繞包線，以解決普通PI薄膜不耐電暈的弱點(diǎn)。無機(jī)納米粒子由于具有“尺寸效應(yīng)”、“界面效應(yīng)”以及“隧道效應(yīng)”等獨(dú)特的性質(zhì)， 在提高材料的耐熱性能、力學(xué)性能以及尺寸穩(wěn)定性能等方面都表現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢。因此研究無機(jī)納米粒子(Si02、Ti02、Si02/Ti02、Al203等)在改性聚酰亞胺(PI)的應(yīng)用具有重要的理論意義及應(yīng)用價值。聚酰亞胺/無機(jī)納米復(fù)合材料的耐電暈性以及機(jī)械強(qiáng)度和韌性都比純聚酰亞胺有明顯的改善，并由于二者的納米級復(fù)合使材料獲得突出的性能。目前，聚酰亞胺/無機(jī)納米復(fù)合材料的制備方法主要有溶膠-凝膠(Sol-gel)法、 在位分散聚合法以及插層法。聚酰亞胺/無機(jī)納米復(fù)合材料應(yīng)用廣泛可用作氣體分離膜、感光復(fù)合材料、微電子器件、包裝材料，還可用于摩擦領(lǐng)域。雖然，納米粒子對PI的性能特別是熱性能、機(jī)械性能及透氣性能等方面均有明顯的改善和提高，但是，PI/無機(jī)納米復(fù)合材料中的無機(jī)納米粒子仍未達(dá)到整體的納米級分散，只是某一部分的納米分散。這是由于納米顆粒的尺寸小，表面存在大量不飽和鍵，表面活性很大，屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，在制備過程中或后處理過程中極易發(fā)生粒子凝并、團(tuán)聚現(xiàn)象，形成二次顆粒，使粒徑變大，最終在使用時失去納米顆粒所具備的特有功能。而納米顆粒在無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料中的分散穩(wěn)定性，直接決定著無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜的耐電暈性能。因此，研究納米顆粒在介質(zhì)中的分散過程，防止納米顆粒團(tuán)聚，獲得納米粒子分散性好的無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料至關(guān)重要。納米顆粒的團(tuán)聚可分為兩種軟團(tuán)聚和硬團(tuán)聚。軟團(tuán)聚主要是由顆粒間的靜電力和范德華力所致，由于作用力較弱可以通過一些化學(xué)作用或施加機(jī)械能的方式來消除。硬團(tuán)聚形成的原因除了靜電力和范德華力之外，還存在化學(xué)鍵作用，因此硬團(tuán)聚體不易破壞， 需要采取一些特殊的方法進(jìn)行控制。在制備納米顆粒的過程中，如果未采用分散措施，顆粒團(tuán)聚將很嚴(yán)重，不能達(dá)到納米粉末的基本要求，實現(xiàn)不了納米粉末的特殊功能。因此研究納米顆粒的團(tuán)聚控制對納米粉末制備極為重要。引起納米顆粒團(tuán)聚的原因很多，歸納起來主要是由于納米顆粒所具有的特殊的表面結(jié)構(gòu)，在粒子間存在著有別于常規(guī)粒子(顆粒)間的作用能-一納米作用能(Fn)，納米作用能是納米顆粒易團(tuán)聚的內(nèi)在因素，要得到分散性好、粒徑小、粒徑分布窄的納米顆粒，必須削弱或減小納米作用能。采取適當(dāng)方法對納米顆粒進(jìn)行分散處理時，納米顆粒表面產(chǎn)生溶劑化膜作用能(Fs)、雙電層靜電作用能(F》、聚合物吸附層的空間保護(hù)作用能(Fp)等。在一定體系里，納米顆粒應(yīng)是處于這幾種作用能的平衡狀態(tài)，當(dāng)Fx > Fs+Fr+Fp時,納米顆粒易團(tuán)聚，當(dāng)Fm < Fs+Fr+Fp時，納米顆粒易分散。另外，分子間力、靜電作用、活性高的化學(xué)鍵(如氫鍵)通常也是引起納米顆粒團(tuán)聚的重要因素，在納米粒子中小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)表現(xiàn)得更為強(qiáng)烈。由于納米顆粒的量子隧道效應(yīng)、電荷轉(zhuǎn)移和界面原子的相互耦合，使納米顆粒極易通過界面發(fā)生相互作用和固相反應(yīng)而團(tuán)聚。因其極高的表面能和較大的接觸界面，使晶粒生長的速度加快，因而顆粒尺寸很難保持不變。有些納米粒子(如CaCO3)由于水解作用，表面呈較強(qiáng)的堿性、羥基性和配位水分子，它們可通過羥基和配位水分子縮合，生成硬團(tuán)聚。 納米顆粒在液體介質(zhì)中的分散過程，可借鑒已經(jīng)提出的比較成熟的常規(guī)顆粒在液體介質(zhì)中的分散過程理論。常規(guī)顆粒在液體介質(zhì)中的分散過程分為3個階段潤濕、分散及穩(wěn)定。與常規(guī)顆粒不同的是，納米顆粒是尺寸達(dá)到納米級的固體顆粒，故納米顆粒在液體介質(zhì)中的分散過程也可認(rèn)為分這3個階段①納米顆粒的潤濕(納米顆粒浸入到液體介質(zhì)中的潤濕，屬于浸濕)；②納米顆粒的分散或碎裂(通過外界作用力使較大的聚集體分散為較小的納米顆粒)；③納米顆粒的穩(wěn)定(保證納米顆粒在液相中保持長期均勻分散，防止已分散的納米粒子重新聚集)。根據(jù)納米顆粒分散方法的不同，可分為物理分散和化學(xué)分散。I.物理分散物理分散方法主要有3種機(jī)械攪拌分散、超聲波分散和高能處理法分散。I)機(jī)械攪拌分散機(jī)械攪拌分散是一種簡單的物理分散，主要是借助外界剪切力或撞擊力等機(jī)械能，使納米粒子在介質(zhì)中充分分散。事實上，這是一個非常復(fù)雜的分散過程，是通過對分散體系施加機(jī)械力而引起體系內(nèi)物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)變化以及伴隨的一系列化學(xué)反應(yīng)，來達(dá)到分散目的，這種特殊的現(xiàn)象稱之為機(jī)械化學(xué)效應(yīng)。機(jī)械攪拌分散的具體形式有研磨分散、膠體磨分散、球磨分散、高速攪拌等。在機(jī)械攪拌下，納米顆粒的特殊表面結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成有機(jī)化合物支鏈或保護(hù)層使納米顆粒更易分散。2)超聲波分散超聲波分散是降低納米顆粒團(tuán)聚的有效方法，其作用機(jī)理認(rèn)為與空化作用有關(guān)。 利用超聲空化產(chǎn)生的局部高溫、高壓或強(qiáng)沖擊波和微射流等，可較大幅度地弱化納米顆粒間的納米作用能，有效地防止納米顆粒團(tuán)聚而使之充分分散。超聲波對化合物的合成、聚合物的降解、顆粒物質(zhì)的分散具有重要作用，且較大的超聲功率可更有效地破壞顆粒間的團(tuán)聚。但超聲波分散時應(yīng)避免超聲時間過久而導(dǎo)致的過熱，因為隨著溫度的升高，顆粒碰撞的概率也增加，反而會進(jìn)一步加劇團(tuán)聚。因此，應(yīng)選擇適宜的超聲分散時間。3)高能處理法分散高能處理法是通過高能粒子作用，在納米顆粒表面產(chǎn)生活性點(diǎn)，增加表面活性，使其易與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或附著，對納米顆粒表面改性而達(dá)到易分散的目的。高能粒子包括電暈、紫外光、微波、等離子體射線等。2.化學(xué)分散化學(xué)分散實質(zhì)上是利用表面化學(xué)方法加入表面處理劑來實現(xiàn)分散的方法?？赏ㄟ^納米顆粒表面與處理劑之間進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，改變納米顆粒的表面結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，達(dá)到表面改性的目的；另外，還可通過分散劑吸附改變粒子的表面電荷分布，產(chǎn)生靜電穩(wěn)定和空間位阻穩(wěn)定作用來增強(qiáng)分散效果。I)偶聯(lián)劑法偶聯(lián)劑具有兩性結(jié)構(gòu)，其分子中的一部分基團(tuán)可與顆粒表面的各種官能團(tuán)反應(yīng)， 形成強(qiáng)有力的化學(xué)鍵合，另一部分基團(tuán)可與有機(jī)高聚物發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng)或物理纏繞。經(jīng)偶聯(lián)劑處理后的顆粒，既抑制了顆粒本身的團(tuán)聚，又增強(qiáng)了納米顆粒在有機(jī)介質(zhì)中的可溶性，使其能較好地分散在有機(jī)基體中，增大了顆粒填充量，從而改善制品的綜合性能，特別是抗張強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、柔韌性和撓曲強(qiáng)度。2)酯化反應(yīng)金屬氧化物與醇的反應(yīng)稱為酯化反應(yīng)。用酯化反應(yīng)對納米顆粒表面修飾，重要的是使原來親水疏油的表面變成親油疏水的表面，這種表面功能的改性在實際應(yīng)用中十分重要。酯化反應(yīng)表面改性，對于表面為弱酸性和中性的納米粒子最有效。3)分散劑分散選擇一種或多種適宜的分散劑提高懸浮體的分散性，改善其穩(wěn)定性及流變性。常用的分散劑主要有由親油基和親水基組成的表面活性劑(如長鏈脂肪酸、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)等)、小相對分子質(zhì)量的無機(jī)電解質(zhì)或無機(jī)聚合物(如硅酸鈉、六偏磷酸鈉等)、大相對分子質(zhì)量的聚合物和聚電解質(zhì)(如明膠、羧甲基纖維素、聚甲基丙烯酸鹽、聚乙烯亞胺等)。但應(yīng)注意，當(dāng)加人分散劑的量不足或過大時，可能引起絮凝。因此使用分散劑分散時，必須對其用量加以控制。顆粒之間總的作用勢能可以表示為Vt — VffA+VEE+VSE式中，Vwa為范德華引力勢能；VEK為雙電層斥力勢能；VSK為空間位阻斥勢能。
由此可知，納米顆粒分散穩(wěn)定機(jī)理主要有以下三種①雙電層排斥理論(DLV0理論)DLVO理論主要是通過粒子的雙電層理論來解釋分散體系穩(wěn)定的機(jī)理及影響穩(wěn)定性的因素。該理論是在忽略了高分子能夠在粒子表面形成一吸附層，同時也忽略了由于聚合物吸附而產(chǎn)生一種新的斥力一空間位阻斥力的情況下成立的。該理論揭示了納米顆粒表面所帶電荷與穩(wěn)定性的關(guān)系，通過調(diào)解溶液的PH值或外加電解液等方法，來增加顆粒表面電荷，形成雙電層，通過Zeta電位增加，使顆粒間產(chǎn)生靜電排斥作用，實現(xiàn)顆粒的穩(wěn)定分散。體系的穩(wěn)定性主要是通過雙電層排斥能與范德華引力能的平衡來實現(xiàn)的，表達(dá)式如下Vt = VffA+VEE式中，Vt為兩粒子總勢能；VWA為范德華引力勢能；VEK為雙電層斥力勢能。②空間位阻穩(wěn)定機(jī)理雙電層排斥理論不能用來解釋高聚物或非粒子表面活性劑的膠體物系的穩(wěn)定性。 對于通過添加高分子聚合物作為分散劑的物系，可以用空間位阻穩(wěn)定機(jī)理來解釋。高分子聚合物吸附在納米顆粒的表面上，形成一層高分子保護(hù)膜，包圍了納米顆粒，把親液基團(tuán)伸向水中，并具有一定厚度，這一殼層增大了兩粒子間最接近的距離，減小了范德華力的相互作用，從而使分散體系得以穩(wěn)定。吸附了高分子聚合物的粒子在互相接近時將產(chǎn)生兩種情況一種是吸附層被壓縮而不發(fā)生互相滲透；另一種是吸附層能發(fā)生互相滲透、互相重疊。 這兩種情況都會導(dǎo)致體系能量升高，自由能增大。第一種情況由于高分子失去結(jié)構(gòu)熵而產(chǎn)生熵斥力位能；第二種情況由于重疊區(qū)域濃度升高，導(dǎo)致產(chǎn)生滲透斥力位能和混合斥力位能。因而，吸附了高分子的納米粒子如果再發(fā)生團(tuán)聚將十分困難，從而實現(xiàn)了粒子的分散。③靜電位阻穩(wěn)定機(jī)理如果將靜電穩(wěn)定與空間位阻效應(yīng)結(jié)合起來，可以起到更佳的穩(wěn)定效果。靜電位阻穩(wěn)定，是納米粒子表面吸附了一層帶電較強(qiáng)的聚合物分子層，帶電的聚合物分子層既通過本身所帶的電荷排斥周圍的粒子，又利用位阻效應(yīng)防止做布朗運(yùn)動的粒子靠近，產(chǎn)生復(fù)合穩(wěn)定作用。其中靜電電荷來源主要為顆粒表面靜電荷、外加電解質(zhì)和錨固基團(tuán)高聚電解質(zhì)。 顆粒在距離較遠(yuǎn)時，雙電層產(chǎn)生斥力，靜電主導(dǎo)；顆粒在距離較近時，空間位阻阻止顆?？拷?。作為靜電位阻分散的分散劑一般有聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉、海藻酸鈉、海藻酸銨、木質(zhì)碳酸鈉、石油磺酸鈉、聚丙烯酸酰銨、水解丙烯酸銨、磷酸脂、乙氧基化合物等。納米顆粒在介質(zhì)中的分散是一個分散與絮凝平衡的過程。盡管物理方法可較好實現(xiàn)納米顆粒在液相介質(zhì)中的分散，但一旦外界作用力停止，粒子間由于分子間力作用，又會相互聚集。而采用化學(xué)分散，通過改變顆粒表面性質(zhì)，使顆粒與液相介質(zhì)、顆粒與顆粒間的相互作用發(fā)生變化，增強(qiáng)顆粒間的排斥力，將產(chǎn)生持久抑制絮凝團(tuán)聚的作用。因此，實際過程中，應(yīng)將物理分散和化學(xué)分散相結(jié)合，用物理手段解團(tuán)聚，用化學(xué)方法保持分散穩(wěn)定，以達(dá)到較好分散穩(wěn)定效果，獲得耐電暈性強(qiáng)的無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜。隨著納米分散技術(shù)的發(fā)展，對納米顆粒在無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料中的分散穩(wěn)定性必將提出越來越高的要求。如何判斷納米顆粒在介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性，便產(chǎn)生了分散穩(wěn)定性的評估方法問題。從目前的研究來看，主要有沉降法、粒度觀測法、Zeta電位法和透光率法等。I)沉降法
分散穩(wěn)定性差的體系多呈團(tuán)粒式的絮凝迅速沉降，且沉降物與上部清液形成一清哳的界面，很快達(dá)到沉降平衡。分散穩(wěn)定性好的沉降速度慢，分散體系的顆粒由上而下呈逐漸增濃的彌散分布，沒有明顯的沉積物。沉降法的具體操作是將分散好的分散體系倒入量筒中，靜置，觀察沉降物的體積或高度。沉降法可以用來研究各因素對液體分散體系分散效果的影響，可以真實地反應(yīng)納米顆粒在液體介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性，且操作簡便，是目前最常用和最可靠一種方法。不足之處是試驗周期長，對于分散穩(wěn)定性好的分散體系有可能放置10d、一個月甚至半年不發(fā)生沉降。2)粒度觀測法粒度觀測法是通過觀測分散體系中納米顆粒的粒度或粒徑分布的一種常用評估方法。分散穩(wěn)定性好的分散體系顆粒尺寸應(yīng)該是一次納米顆粒的尺寸。相反粒度較大者， 一方面說明該分散體系有一定程度的團(tuán)聚；另一方面其在分散體系中所受重力影響較大， 沉降速度加快，從而加速了體系的不穩(wěn)定性。目前，測量納米微粒粒度的方法很多，有用透射電鏡來觀察納米顆粒的分散效果，還有用專門的粒度分析儀來觀測，還有用X射線粒度分析儀測量了分散體系中顆粒的粒度。從目前所用的粒度觀測法中的具體操作來看，測量的粒度大小或粒度分布都是分散體系中經(jīng)過處理(如稀釋)后所觀測到的結(jié)果，可見這種方法不僅不能直接測量納米顆粒在液體介質(zhì)中的粒徑大小外，而且取樣有限，結(jié)果缺乏統(tǒng)計性。3) Zeta 電位法納米顆粒分散到液體介質(zhì)中，顆粒表面帶有一定數(shù)量的凈電荷，吸引同等數(shù)量的相反電荷在其周圍，緊密層和擴(kuò)散層交界處滑動面的電位為Zeta電位。Zeta電位的絕對值越大，顆粒之間的靜電斥力占優(yōu)勢，不易團(tuán)聚，說明分散體系穩(wěn)定；相反，Zeta電位的絕對值越小，顆粒之間的范德華引力占優(yōu)勢，容易團(tuán)聚，說明體系分散穩(wěn)定性差。因此，該方法就是通過測量顆粒表面Zeta電位的大小來評估分散體系的分散穩(wěn)定性。通過測量顆粒表面的Zeta電位,可以反映出分散體系的穩(wěn)定性，以確定合適的電解質(zhì)和體系pH值,最終得到分散穩(wěn)定性好的分散體系。用測量Zeta電位的方法來評估分散體系的分散穩(wěn)定性，可以很快地得出試驗結(jié)果，這是該方法的最大優(yōu)點(diǎn)。但是該方法是在靜電穩(wěn)定機(jī)制的理論基礎(chǔ)上建立起來的，不適用空間位阻穩(wěn)定機(jī)制體系的分散體系，具有局限性。4)透光率法該方法是利用分散體系中納米顆粒對一定波長入射光有吸收作用，其吸光度的大小滿足朗伯-比爾定律，即A = -IogT = ε m · b · Cs。式中A為吸光度，ε m為摩爾吸光系數(shù)，b為樣品池的厚度，Cs為分散體系中納米顆粒的含量，T為透光率。在ε m、b相同的條件下，分散體系的透光率負(fù)對數(shù)與納米顆粒的含量Cs成反比例關(guān)系。隨著分散體系中納米顆粒含量的增加，透光率減小，如果透光率不再減小，可認(rèn)為分散體系達(dá)到了分散穩(wěn)定的狀態(tài)。也就是說，對于不同的分散體系，在相同條件下，透光率小者體系的分散穩(wěn)定性要好。一般用分光光度計來測量透光率。該方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀、省時，但是這種方法是根據(jù)朗伯-比爾定律提出來的一種評估方法，只適于稀溶液，有一定的局限性，同樣不是評估分散穩(wěn)定性的直接方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料分散性檢測方法，克服現(xiàn)有無機(jī)納米顆粒分散性檢測方法的缺點(diǎn)。①沉降法需要將分散好的分散體系倒入量筒中，靜置，觀察沉降物的體積或高度。 其試驗周期長，分散穩(wěn)定性好的分散體系有可能放置10天、一個月甚至半年不發(fā)生沉降。②粒度觀測法是通過觀測分散體系中納米顆粒的粒度或粒徑分布，該方法測量的粒度大小或粒度分布都是分散體系中經(jīng)過處理(如稀釋)后所觀測到的結(jié)果，不僅不能直接測量納米顆粒在液體介質(zhì)中的粒徑大小外，而且取樣有限，結(jié)果缺乏統(tǒng)計性。③Zeta電位法是在靜電穩(wěn)定機(jī)制的理論基礎(chǔ)上建立起來的，不適用空間位阻穩(wěn)定機(jī)制體系的分散體系，因此也具有局限性。④透光率法則是根據(jù)朗伯-比爾定律提出來的，只適于稀溶液，有一定的局限性， 同樣不是評估分散穩(wěn)定性的直接方法。本發(fā)明通過測量無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料的擊穿電壓，檢測無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料中納米顆粒的分散穩(wěn)定性；以此獲得具有良好分散性的無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料，用以制備耐電暈性能良好的無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜，滿足了對變頻電機(jī)匝間絕緣耐高頻脈沖的要求。本發(fā)明通過通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。一種無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料分散性的檢測方法，具有如下步驟(I)取待測無機(jī)納米復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料倒入檢測容器中，將容器倒?jié)M，并在真空環(huán)境下去除氣泡，再向此試樣中放入金屬平板電極；(2)向兩極板施加O-IOkV交流電壓，按O. 5kV/s速率從OkV開始增大電壓幅值，直至極板間的無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料放電擊穿，記錄其擊穿電壓作為實驗檢測值；(3)將步驟⑵的擊穿電壓檢測值與選定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較；該標(biāo)準(zhǔn)值為通過上述實驗方法對未添加納米顆粒的聚酰亞胺原料及標(biāo)準(zhǔn)的分散優(yōu)良的無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)實驗測定，多次測量取平均值，將所得實驗結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)值；(4)檢測結(jié)果分析檢測值與標(biāo)準(zhǔn)值越接近，說明試樣中納米顆粒分散越均勻，無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料分散性越好。所述步驟(3)標(biāo)準(zhǔn)值確定中所用分散優(yōu)良聚酰亞胺薄膜原料是通過掃描電子顯微鏡測量確定其分散性優(yōu)良。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果①與沉降法相比，本發(fā)明所提供的檢測方法無需等待無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料沉降，可節(jié)省時間；②無需對無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料進(jìn)行處理(如稀釋等)，可直接檢測無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料的分散性，結(jié)果準(zhǔn)確；③不受各種分散穩(wěn)定機(jī)理的限制；④不受無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料粘稠度的限制；⑤檢測所用的實驗設(shè)備簡單、操作方便，實驗結(jié)果直觀、準(zhǔn)確。
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圖I是本發(fā)明所用實驗裝置原理圖；圖2是本發(fā)明的無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料分散性的檢測方法流程圖。本發(fā)明附圖標(biāo)記如下I——交流電源2——電阻3——絕緣支撐架4——平版電極5—檢測容器6—測試樣品
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。本發(fā)明基于局部放電原理，通過測量無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料的擊穿電壓，檢測無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料中納米顆粒的分散穩(wěn)定性。絕緣體中只有局部區(qū)域發(fā)生放電，而沒有貫穿施加電壓的導(dǎo)體之間，這種現(xiàn)象稱之為局部放電。本發(fā)明中的局部放電發(fā)生在絕緣體一無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料的內(nèi)部，為內(nèi)部局部放電。由于無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料是由復(fù)合材料構(gòu)成的， 在不同材料中的電場強(qiáng)度不同，而且擊穿場強(qiáng)也不同，這就可能在某種材料中首先出現(xiàn)局部放電。如果無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料中納米顆粒分散不均勻，納米顆粒發(fā)生團(tuán)聚，則凝聚的納米顆粒處往往會首先發(fā)生局部放電，最終導(dǎo)致無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料擊穿。檢測所得試樣的擊穿電壓值越低，說明該無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料分散性越差；檢測所得試樣的擊穿電壓越接近標(biāo)準(zhǔn)值，則說明該無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料分散性越好。本發(fā)明利用如圖I所示的檢測裝置，檢測容器5的上端設(shè)置有絕緣支撐架3，絕緣支撐架3的上面固定有兩平版電極4，有一平版電極與電阻2相連接，電阻2的另一端連接高壓交流電源，另一平版電極直接接地；測試時將樣本倒?jié)M檢測容器5。本發(fā)明的檢測方法如圖2所示。實施例I (確定標(biāo)準(zhǔn)電壓測試樣本)(I)在實驗室制備納米復(fù)合聚酰亞胺薄膜。制備過程中納米粒子經(jīng)過表面處理劑處理以提高其分散性，在納米粒子分散過程中采用超聲和機(jī)械共混法，充分分散納米粒子。 將制得的無機(jī)納米/聚酰胺酸溶液分成兩份，一份鋪膜亞胺化制成薄膜成品，并將成品通過掃描電子顯微鏡成像確認(rèn)其分散性，分散性良好則取另一份無機(jī)納米/聚酰胺酸溶液作為標(biāo)準(zhǔn)電壓測試樣本。(2)將待測聚酰亞胺薄膜原料倒入圖示檢測裝置中，將容器倒?jié)M，并在真空環(huán)境下去除氣泡，再向此試樣中放入金屬平板電極；(3)按示意圖所示線路連接電路，向兩極板施加O-IOkV交流電壓，按O. 5kV/s速率增大電壓幅值，直至極板間的聚酰亞胺薄膜原料放電擊穿，記錄此時擊穿電壓為4. IkV ；(4)重復(fù)上述步驟四次，并分別記錄擊穿電壓值為4. OkV,4. 3kV，4. IkV,4. 2kV。上述五次平均值結(jié)果為4. 14kV，將此電壓值作為一標(biāo)準(zhǔn)值。
實施例2(I)實驗室制備納米復(fù)合聚酰亞胺薄膜，制備過程中納米粒子表面未處理，采用純機(jī)械分散方法對納米粒子進(jìn)行分散，將制得的納米復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料取定量作為檢測樣本。方法同于實施例I，標(biāo)準(zhǔn)值即為實施例I的4. 14kV。(2)將待測聚酰亞胺薄膜原料倒入圖示檢測裝置中，將容器倒?jié)M，并在真空環(huán)境下去除氣泡，再向此試樣中放入金屬平板電極；(3)按示意圖所示線路連接電路，向兩極板施加O-IOkV交流電壓，按O. 5kV/s速率增大電壓幅值，直至極板間的聚酰亞胺薄膜原料放電擊穿，記錄此時擊穿電壓為3. IkV ；(4)將步驟(3)的擊穿電壓檢測值與步驟I的標(biāo)準(zhǔn)值4. 14kV進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其擊穿電壓值低于標(biāo)準(zhǔn)值，差額大于20 %，認(rèn)定此樣本分散性較差。實施例3(I)取實際工業(yè)生產(chǎn)過程中納米復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料作為檢測成本。標(biāo)準(zhǔn)值仍為實施例I的4. 14kV。(2)將待測聚酰亞胺薄膜原料倒入圖示檢測裝置中，將容器倒?jié)M，并在真空環(huán)境下去除氣泡，再向此試樣中放入金屬平板電極；(3)按示意圖所示線路連接電路，向兩極板施加O-IOkV交流電壓，按O. 5kV/s速率增大電壓幅值，直至極板間的聚酰亞胺薄膜原料放電擊穿，記錄此時擊穿電壓為4. OkV ；(4)將步驟(3)的擊穿電壓檢測值與步驟I的標(biāo)準(zhǔn)值4. 14kV進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)接近于標(biāo)準(zhǔn)值，差額在5 %之內(nèi)，認(rèn)定此樣本分散性良好。本發(fā)明主要于電氣絕緣技術(shù)領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料分散性的檢測方法，具有如下步驟(1)取待測無機(jī)納米復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料倒入檢測容器中，將容器倒?jié)M，并在真空環(huán)境下去除氣泡，再向此試樣中放入金屬平板電極；(2)向兩極板施加O-IOkV交流電壓，按O.5kV/s速率從OkV開始增大電壓幅值，直至極板間的無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料放電擊穿，記錄其擊穿電壓作為實驗檢測值；(3)將步驟(2)的擊穿電壓檢測值與選定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較；該標(biāo)準(zhǔn)值為通過上述實驗方法對未添加納米顆粒的聚酰亞胺原料及標(biāo)準(zhǔn)的分散優(yōu)良的無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)實驗測定，多次測量取平均值，將所得實驗結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)值；(4)檢測結(jié)果分析檢測值與標(biāo)準(zhǔn)值越接近，說明試樣中納米顆粒分散越均勻，無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料分散性越好。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的一種無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料分散性的檢測方法，其特征在于，所述步驟(3)標(biāo)準(zhǔn)值確定中所用分散優(yōu)良聚酰亞胺薄膜原料是通過掃描電子顯微鏡測量確定其分散性優(yōu)良。
全文摘要
一種無機(jī)納米顆粒復(fù)合聚酰亞胺薄膜原料分散性的檢測方法，步驟為(1)取適量試樣放入檢測容器中，再放入金屬平板電極；(2)向兩極板施加交流電壓，逐步增大電壓幅值，記錄其擊穿電壓檢測值；(3)將檢測值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，分析；(4)檢測結(jié)果分析檢測值與標(biāo)準(zhǔn)值越接近，試樣中納米顆粒分散越均勻。本發(fā)明可節(jié)省時間，可直接檢測，不受各種分散穩(wěn)定機(jī)理的限制，實驗設(shè)備簡單、操作方便，實驗結(jié)果直觀、準(zhǔn)確。本發(fā)明主要于電氣絕緣技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號G01N15/00GK102590047SQ20121000937
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者劉勇, 李 杰, 杜伯學(xué), 胡文佳, 高宇 申請人:天津大學(xué)