Lượt xem: 0 Tác giả: Site Editor Thời gian xuất bản: 2025-06-16 Nguồn gốc: Địa điểm
Khi các thiết bị điện trở nên nhỏ gọn hơn và hoạt động ở dòng điện và tốc độ chuyển mạch cao hơn, các điểm nóng cục bộ có thể vượt quá giới hạn polymer tiêu chuẩn. Nhựa kỹ thuật , khi được gia cố và sửa đổi đúng cách, sẽ mang lại độ bền về nhiệt và điện môi cần thiết để cách nhiệt đáng tin cậy trong động cơ, máy biến áp và điện tử công suất. Công việc này tập trung vào ba hệ thống được sử dụng rộng rãi và các phương pháp tiếp cận phù hợp với độ ổn định nhiệt của chúng.
Nhiệt độ phân hủy nhiệt (Td): Nhiệt độ mất khối lượng 5–10 % thông qua phân tích nhiệt trọng lượng (TGA).
Nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh (Tg): Sự khởi đầu của độ linh động của chuỗi polyme được đo bằng phép đo nhiệt lượng quét vi sai (DSC).
Nhiệt độ lệch nhiệt (HDT): Nhiệt độ tại đó mẫu thử uốn cong dưới tải trọng xác định.
Độ bền điện môi ở nhiệt độ cao & Điện trở suất thể tích: Được đo ở nhiệt độ cao để đánh giá sự suy giảm cách điện.
Hệ thống Epoxy cung cấp mật độ liên kết ngang cao, độ bám dính tuyệt vời và Tg cơ bản tốt (~130 °C). Gia cố bằng sợi thủy tinh (30–60 thể tích%) tăng cường hơn nữa độ ổn định kích thước và tăng cả Tg và Td. Việc ghép silane thích hợp (ví dụ: γ‑glycidoxypropyltrimethoxysilane) tăng cường liên kết sợi-ma trận, giảm thiểu sự mất liên kết ở bề mặt trong chu trình nhiệt. Hiệu suất điển hình:
Tăng Tg: 130 → 150 °C ở 40% thể tích sợi thủy tinh
Td (mất khối lượng 5%): ~340 → 370 °C
Nhựa phenolic vốn có tính than và chịu nhiệt, đồng thời có thể được gia cố bằng ba loại chất nền:
Vải Cotton (Dệt): Mang đến sự mềm mại, dẻo dai. Lý tưởng cho các bộ phận đúc; Tg ≈ 140°C, Td ≈ 330°C.
Giấy Phenolic (Không dệt): Cung cấp độ dày và độ hoàn thiện bề mặt đồng đều. Điển hình Tg ≈ 135 °C, Td ≈ 320 °C, được sử dụng trong các tấm phẳng.
Sợi thủy tinh Phenolic (Cắt nhỏ/Mat): Kết hợp độ cứng cao với độ bền nhiệt (Tg ≈ 145 °C, Td ≈ 350 °C).
Trên tất cả các biến thể, hệ thống phenolic được hưởng lợi từ chất chống cháy gốc phốt pho, không chứa halogen (10–15% trọng lượng), giúp thúc đẩy các lớp than cháy nổ và duy trì độ bền điện môi ở 200 °C.
Sợi polyetylen terephthalate (PET) và polybutylene terephthalate (PBT) mang lại đặc tính kéo tuyệt vời và tổn thất điện môi thấp. Riêng các sợi này có Tg ~ 80°C; tuy nhiên, trộn với chất rắn nhiệt có Tg cao hoặc thêm 5–15% khối lượng nano‑SiO₂/Al₂O₃ có thể tăng Tg lên 110–120 °C và Td lên 30–40 °C. Thảm sợi dài hoặc sợi cắt ngắn có thể được đúc thành các hình dạng phức tạp với điện trở suất thể tích được giữ lại trên 200 °C.
Kết hợp Nano-Filler:
3–10% trọng lượng nano-silica hoặc alumina thông qua sol-gel tại chỗ hoặc trộn cắt tốc độ cao sẽ hạn chế tính di động của chuỗi, làm tăng Tg và Td.
Liên kết chéo mạng:
Các chất liên kết chéo đa chức năng (ví dụ, triallyl isocyanurate) tạo ra mạng lưới dày đặc hơn. Mật độ liên kết ngang tối ưu (1,5–3 mmol g⁻⊃1;) tăng HDT thêm 25–40 °C.
Chất chống cháy không chứa halogen:
Hệ thống phốt pho/nitơ (ví dụ, ammonium polyphosphate, melamine cyanurate) ở mức 10–15% trọng lượng đạt được UL 94 V-0 và tăng cường sự hình thành than mà không làm giảm độ bền điện môi.
Xử lý bề mặt sợi:
Khớp nối silane cho sợi thủy tinh; định cỡ bằng plasma hoặc hóa chất cho chất liệu bông và giấy giúp cải thiện độ bám dính giữa các bề mặt và giảm các lỗ rỗng vi mô dưới tải nhiệt.
| Hệ thống | Tg (°C) | Td (mất khối lượng 5%, °C) | Duy trì độ bền điện môi @ 200 ° C |
| Epoxy + 40% sợi thủy tinh | 150 | 370 | 88% |
| Phenolic + Sợi thủy tinh (Mat) | 145 | 350 | 85% |
| Vải Phenolic + Cotton | 140 | 330 | 82% |
| Sợi Polyester + 10% trọng lượng Nano‑SiO₂ | 115 | 360 | 80% |
Việc điều chỉnh các hệ thống nhựa kỹ thuật phù hợp với vật liệu cách điện ở nhiệt độ cao đòi hỏi một cách tiếp cận cân bằng về cốt thép, hóa học nền và lựa chọn chất phụ gia. Khuyến nghị chính:
Sợi thủy tinh Epoxy: Tối ưu cho các bộ phận cứng, chịu tải cao.
Phenolic (Bông, Giấy, Sợi thủy tinh): Linh hoạt cho các bộ phận đúc và cán mỏng có khả năng tạo than vốn có.
Sợi Polyester: Tốt nhất cho các hình dạng phức tạp với khả năng chịu nhiệt vừa phải.
Công việc trong tương lai nên khám phá các mạng liên kết chéo tự phục hồi, cảm biến nhiệt nhúng để theo dõi thời gian thực và ma trận hoàn toàn có nguồn gốc sinh học để đáp ứng các mục tiêu bền vững.
