本發明涉及一種水性納米涂層組合物及其應用，屬于納米復合材料
技術領域：
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背景技術：
：近年來，高速鐵路、電動汽車、風力發電機組的不斷增長，大功率變頻電機的使用越來越普遍，而且，對各類變頻電機在長期運行中的可靠性提出了更為嚴苛的要求。目前，物理、電學性能優異并兼具耐電暈性能的聚酰亞胺薄膜是變頻電機繞線組絕緣性能的首選絕緣材料。嚴格意義上，耐電暈聚酰亞胺薄膜材料，一般采用添加納米級氧化鋁、納米氧化鈦、納米二氧化硅等無機納米材料，提供良好的導熱性及電絕緣性。而由于采用本體摻雜法，因樹脂粘度太大，或者為固相復合，而物理分散具有極限，納米氧化鋁的含量限制在15％以下，薄膜厚度為10～50微米厚度。而隨著動力要求的越來越高，同時在實際過程中，電磁線產生的大量熱量，通用的做法是在聚酰亞胺薄膜上涂覆聚四氟乙烯六氟乙烯聚合物(f-46)乳液，干燥后繞包線圈，高溫燒結后提供粘結性、絕緣性。中國申請專利201380048434.2提供了一種無機粉體材料與塑料粒子進行溶劑溶解后進行共混制備抗電擊穿復合材料的方法，但是由于無機粒子的分散需要采用大量有機溶劑，并且需要采用研磨分散等手段進行粉碎，該方法復雜繁瑣，后續制備薄膜中大量溶劑的揮發過程易造成環境污染和人員健康損害，同時存在納米粒子分散不佳的可能，對抗電擊穿性能有諸多負面影響。中國專利cn103029395提出了一種復合聚酰亞胺/全氟薄膜，并結合溶劑分散納米材料，形成復合耐電暈薄膜的解決方案，但是該方法由于涂布納米復合涂層中同樣使用了大量類似損害人體生殖健康的n，n-二甲基乙酰胺類溶劑，對環境及操作人員的健康均有弊端。中國申請專利200710024321.5、201110380151.0等專利均存在納米粒子分散困難、制備工藝大量有機溶劑使用的缺陷。中國專利cn103832033b提供了一種雙層耐電暈-聚全氟乙丙烯復合薄膜，該方法也才采用非質子類沸點溶劑n，n-二甲基乙酰胺類溶劑等溶劑來分散納米粒子，對環境和人員安全傷害極大。因此，存在一種環保的、納米粒子與聚合物復合的優異絕緣材料的方法需要，相對于聚合物它們具有優異的耐電暈性能，擊穿強度。技術實現要素：本發明的目的是克服上述不足之處，提供一種水性納米涂層組合物及其應用，具有相對于聚合物升高的粘結性能、絕緣性能、抗電擊穿性能等。本發明的技術方案，一種水性納米涂層組合物，配方比例按質量百分比計：包括1％-40％納米粒子、10％-70％含氟聚合物，其余為水性介質，其混合后ph值為7；首先將納米粒子穩定分散于水性介質中，得到納米水性粒子漿料，然后繼續加入含氟聚合物，即得產品水性納米涂層組合物。進一步的，按質量百分比計，所述納米粒子的含量為5％～40％，含氟聚合物的含量為50％～95％。所述水性納米涂層組合物的應用，成膜物固化后可應用于絕緣材料或低介電材料中。在聚酰亞胺薄膜或耐電暈聚酰亞胺薄膜的一面或兩面涂布水性納米粒子組合物，并經干燥得到耐電暈聚酰亞胺薄膜涂布含納米粒子/氟聚合物復合薄膜。將水性納米涂層組合物涂布于耐電暈聚酰亞胺薄膜，其具有顯著的提升耐電暈擊穿性，并保持粘結性能，耐候性能。本發明可涂布的聚酰亞胺薄膜可選擇添加聚酰亞胺薄膜、添加無機納米粒子的聚酰亞胺薄膜，其中最優化的選擇是添加納米氧化鋁粒子的美國杜邦化學cr型芳香聚酰亞胺薄膜，具體的是添加了表面處理的納米氧化鋁粒子的芳香聚酰亞胺薄膜。同樣可作為基膜的選擇包括添加了無機納米粒子的聚醚酰亞胺、聚醚醚酮、聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚砜、聚苯醚、聚酯、聚環氧乙烷、氰化聚碳酸酯或它們的共聚物或共混物。進一步的，本發明中所使用的納米粒子或水性漿料可為一般市售的，例如al2o3、sio2、zro2、ceo2、si3n4、tio2或其混合物。進一步的所述納米粒子為al2o3、sio2或其混合物。在一方面，納米粒子可以具有任意形狀。形狀包括，但不限于球形、非球形、晶須、桿狀、三角形等不規則形狀。在另一方面，納米粒子的粒徑范圍至少在一個維度為10～999nm，優選為d90小于100nm，測試方法為激光粒度儀分析原料粉體粒徑。本發明中所使用的納米粒子或水性漿料其分散介質為水，扣除離子雜質對穩定性及后續電性能的影響，特別選用去離子水。本發明選用的納米粒子及納米水性漿料，其穩定機理可為電荷穩定、高分子量聚合物錨固等方式，具有分散穩定性、不易發生沉淀等優點。這些納米材料具有較高純度、高比表面積、以及狹窄粒徑分布等優點，因此適用于聚酰亞胺薄膜、聚全氟乙烯丙烯組合物中進行添加并提升材料的物理、化學、電性能等。具體選用的納米粒子及漿料優選為：納米氧化鋁水性漿料：w-640zx，evonikdegussacorporation；20、40、60、18hp\hp14、hp18，sasolcorporation；球形納米氧化硅球形粒子：so-c1(sio2)、so-c2(sio2)、so-e1(sio2)、so-e2(sio2)、micronco.,ltd.(japan)，admatechscorporation(japan)；無定型氣相二氧化硅納米粒子：r972、r7200、ts-100、ok500、ok607，evonikdegussacorporation；納米氧化鋁球形粒子：afsp-20(al2o3)denkaelectronicmaterials(japan)；ao802、ao502(al2o3)micronco.,ltd.(japan)；無定型氣相氧化鋁納米粒子：81、100、51，cabotcorporation；alu130、alu65、aluc，evonikdegussacorporation；無定型納米氧化鈦粒子，aeroxidep25，evonikdegussacorporation；無定型納米氧化鈰粒子，ceo2,nanophasecorporation；進一步的，所述含氟聚合物為不含全氟辛酸類聚合物。進一步的，所述含氟聚合物為聚全氟乙烯丙烯共聚物乳液。聚全氟乙烯丙烯共聚物乳液是有四氟乙烯與六氟丙烯共聚而成，以非離子型表面活性劑穩定的水相分散液。其乳液中的樹脂是熱塑性，具有典型的氟樹脂的優異特性，持續使用溫度為200℃，最高使用溫度達到240℃，對幾乎所有的工業化學品和溶劑顯示化學惰性。其制品具有優良的耐溫性，耐腐蝕性，優異的化學惰性，良好的電絕緣性和低摩擦系數。典型的聚全氟乙丙烯分散液技術指標如日本大金fep乳液neoflonnd-1fep分散乳液指標：表1項目單位聚全氟乙丙烯濃縮分散液外觀目視乳白色或淡黃色半透明水分散體熔融指數g/10min0.8-5.0固含量％48.0～55.0表面活性劑含量％3.5～8.0ph值7.0-9.0以上聚全氟乙烯丙烯乳液可采用其它廠商市售同等類型的產品，下面實施例及對比例所述聚全氟乙丙烯分散液為日本大金fep乳液neoflonnd-1fep，但是因全氟辛酸在水環境中的不可降解，從而造成對環境和人類健康的傷害，目前逐漸替換為不含全氟辛酸的含氟聚合物乳液。本發明所述的聚全氟乙烯丙烯乳液可采用公知的技術制備得到，并可同等替換為同類產品。本發明的有益效果：本發明提供的組合物具備優異的粘結性能、絕緣性能、抗電擊穿性能。附圖說明圖1是本發明水性納米涂層組合物涂布示意圖。圖2-1是無定形納米粒子r972的sem掃描示意圖。圖2-2是球形納米粒子a0-502的sem掃描示意圖。附圖標記說明：1、耐電暈聚酰亞胺薄膜；2、聚全氟乙烯丙烯/無機納米粒子復合層。具體實施方式實施例1-3采用2％重量含量的納米粒子與含氟聚合物乳液的復合比例，具體配比如表2所示。表2實施例4-6采用5％重量含量的納米粒子與含氟聚合物的復合比例，具體配比如表3所示。表3實施例7-9采用15％重量含量的納米粒子與含氟聚合物的復合比例，具體配比如表4所示。表4對比實施例1使用未添加任何納米粒子添加的neoflonnd-1fep分散乳液。應用實施例1耐電暈聚酰亞胺薄膜涂布及干燥流程：采用輥涂或者浸涂的方式于耐電暈聚酰亞胺薄膜涂布25～30微米厚度，并經程序式干燥除去水分，后經260～330℃燒結處理，即得到復合膜。復合膜性能測試粘結性能檢測：根據國標gb13542.6規定的方法對制成的復合薄膜性能的粘結性能進行測試。耐電暈性能測試：根據gb21707-2008《變頻調速專用三相異步電動機絕緣規范》，采用上海申發檢測儀器有限公司的jgm-3f型高頻脈沖絕緣測試儀，對制成的耐電暈聚酰亞胺-納米粒子含氟涂層復合薄膜的耐電暈性能進行測試。所用電機為6mm不銹鋼電極，測試溫度為23±2℃，脈沖電壓峰值為3.0kv；脈沖占空比為50％；脈沖頻率為20khz；脈沖波形及極性：雙極性方波；脈沖上升時間(負載):50ns。導熱性能測試：根據astmd5470,netch公司lfa467激光導熱測試儀進行測試；復合膜測試數據：聚酰亞胺薄膜厚度為25μm；納米粒子與聚全氟乙烯丙烯復合層厚度為13μm。實施例1-9及對比實施例1的數據具體如表5所示。表5由表5可知，在耐電暈聚酰亞胺薄膜上添加納米粒子復合的聚全氟乙烯丙烯復合層后，可以顯著提升耐電暈性能，導熱性能。當前第1頁12