Nanokompozity pro elektrotechnické aplikace

Abstract

Největšími výhodami pevných polymerních dielektrik pro vysokonapěťové účely jsou zejména jejich elektrické a fyzikální vlastnosti. Proto hlavní myšlenkou a zaměřením této práce je posouzení, zda nanotechnologie může zlepšit elektrické vlastnosti stávajících izolačních materiálů a do jaké míry. Shrnutá vědecká činnost v předkládané disertační práci vznikla ve snaze vytvořit nový komplexní polymerní nanokompozit pro vysokonapěťovou izolační techniku. Výzkum se zaměřuje na návrh, posouzení a výrobu nového dielektrického materiálu. Epoxidová pryskyřice, která je nejběžnějším polymerem ve vysokonapěťové elektroizolační technice, je použita jako jedna ze složek pro vytvoření nového elektroizolačního nanokompozitu. Za účelem zlepšení elektrických vlastností a modifikace epoxidové pryskyřice jsou implementována nanoplniva do stávajícího polymerního základu. Byly vytvořeny 3 typy nanokompozitů, které obsahují různé druhy epoxidových pryskyřic, a to jak průmyslově používané (Epoxylite? 220 TSA), tak i pouze experimentálně používané (DGEBA). Další odlišností jsou různé koncentrace hydrofobní nanosiliky (nanočástic), různé druhy nanovláknin (polyamid a polyimid) a různé metody výroby (sol-gel proces, mechanické míchání). Správná dispergace nanočástic je nejdůležitějším faktorem pro konečné vlastnosti nanokompozitu, proto byl stanoven přesný postup výroby vzorků, který zahrnuje i návrh a sestrojení formy. Příprava takového nanokompozitu nebyla jednoduchá a v průmyslových aplikacích bude třeba věnovat této problematice zvláštní pozornost. V našem případě dobrá a stabilní dispergace částic v polymerní směsi byla docílena mechanickým mícháním a ultrazvukovými vibracemi. Pro získání relevantních informací byly stanoveny parametry a diagnostický systém pro ověřování nových materiálů obsahující jak elektrické a strukturální, tak i mechanické měřící metody. Z výsledků měření byly vzniklé anomálie dielektrických vlastností nanokompozitu vysvětleny pomocí rozhraní mezi polymerním základem a plnivem a jejich vlivu na makroskopické vlastnosti kompozitu. Měření na nově vzniklých nanokompozitech prokázalo, že modifikace epoxidové pryskyřice nanočásticemi zlepšují v některých případech fyzikální vlastnosti nanokompozitů a nanovlákniny mají tendenci se chovat jako bariéra a zvyšovat elektrickou pevnost.