CN111040437B - 一种适用于高温高电压器件的改性尼龙及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高温高电压器件的改性尼龙及其制备方法，其中改性尼龙主要由功能性三嗪环与尼龙通过熔融共混改性得到，功能性三嗪环具有如下结构式：
Description
技术领域
本发明涉及尼龙材料技术领域，具体而言，涉及一种适用于高温高电压器件的改性尼龙及其制备方法。
背景技术
尼龙是一种广泛应用的工程塑料，是分子主链上含有重复酰胺基团-[NHCO]-的热塑性树脂的总称。其广泛应用于汽车、电子电气、机械工程等领域，具有优良的加工性，良好的耐化学性，较好的耐高温性能。
在电力电子领域中，尼龙也具有较多的应用，例如半导体(IGBT)外壳、继电器等。在高压领域中，尼龙材料存在一个较为明显的缺陷，其在高温下的耐高压能力不足。试验表明，在150℃下现有的尼龙材料的电气强度仅为5KV/mm左右，已经不满足高温高压领域的使用要求，对产品的可靠性产生了较大的影响。
现有的改性尼龙通常是以尼龙材料为基料，加入各种添加剂(例如玻纤、阻燃剂等)用以改变或者增强尼龙材料的某些性能，但是，现有的这些改性方法对于提高尼龙材料在高温下的耐高压能力并无明显作用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种适用于高温高电压器件的改性尼龙及其制备方法，以解决现有的尼龙材料在高温下耐高电压能力不足的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种适用于高温高电压器件的改性尼龙，该改性尼龙主要由功能性三嗪环与尼龙通过熔融共混改性得到，功能性三嗪环具有如下结构式：
其中，取代基R为氢、甲基、乙基、丙基、苯基中的一种。
本发明通过将含有特定取代基的功能性三嗪环与尼龙熔融共混改性得到改性尼龙，该功能性三嗪环与尼龙之间可形成较强的氢键，形成物理交联点，提高分子间的作用力，赋予改性尼龙良好的力学性能，改善改性尼龙在高温下的耐高电压性能。本发明的改性尼龙可用于多种高温高电压器件的制备(如IGBT外壳)，能够提高制品在高温下的耐高电压能力，可以很好地满足高温高电压领域的使用要求，提高产品的可靠性。
进一步地，功能性三嗪环占改性尼龙总质量的5％-10％。通过实验研究发现，当改性尼龙中功能性三嗪环占改性尼龙总质量低于5％或高于10％时，均会使得由该改性尼龙制成的高温高电压器件在高温下的电气强度明显下降。本发明优选采用功能性三嗪环占改性尼龙总质量5％-10％的技术方案。
进一步地，尼龙为尼龙6T。
根据本发明的另一方面，提供了一种上述的适用于高温高电压器件的改性尼龙的制备方法，包括以下步骤：先将尼龙加热至其粘流温度以上，然后加入功能性三嗪环，搅拌均匀，冷却至常温，即得改性尼龙。该制备方法操作非常简单，所制备的改性尼龙仍可以溶解于二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮等极性溶剂中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的改性尼龙，由于功能性三嗪环的引入，使得分子间作用力增强，物理交联点的形成降低了高分子链的规整性，有利于尼龙高温下耐高电压性能的提高。该改性尼龙可以作为IGBT等高温高电压器件的外壳的主体材料。采用本发明的改性尼龙所制得的高温高电压器件外壳相比于采用未改性尼龙所制得的高温高电压器件外壳具有更高的耐压强度和更好的耐高温性能。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明实施例的适用于高温高电压器件的改性尼龙的制备方法，包括以下步骤：将尼龙6T加入到反应釜中，加热至其粘流温度以上，往反应釜中加入占总质量6％的功能性三嗪环，搅拌均匀，然后冷却至常温，得到改性尼龙。所用功能性三嗪环的结构式如下，其中取代基R为苯基：
将所得到的改性尼龙作为原材料，制备成IGBT的外壳，通过高温高电压绝缘测试系统测试其在高温下的耐高电压性能。试验表明，在150℃下该IGBT外壳的电气强度为14KV/mm。
实施例2：
一种本发明实施例的适用于高温高电压器件的改性尼龙的制备方法，包括以下步骤：将尼龙6T加入到反应釜中，加热至其粘流温度以上，往反应釜中加入占总质量7％的功能性三嗪环，搅拌均匀，然后冷却至常温，得到改性尼龙。所用功能性三嗪环的结构式如下，其中取代基R为甲基：
将所得到的改性尼龙作为原材料，制备成IGBT的外壳，通过高温高电压绝缘测试系统测试其在高温下的耐高电压性能。试验表明，在150℃下该IGBT外壳的电气强度为15KV/mm。
实施例3：
一种本发明实施例的适用于高温高电压器件的改性尼龙的制备方法，包括以下步骤：将尼龙6T加入到反应釜中，加热至其粘流温度以上，往反应釜中加入占总质量9％的功能性三嗪环，搅拌均匀，然后冷却至常温，得到改性尼龙。所用功能性三嗪环的结构式如下，其中取代基R为乙基：
将所得到的改性尼龙作为原材料，制备成IGBT的外壳，通过高温高电压绝缘测试系统测试其在高温下的耐高电压性能。试验表明，在150℃下该IGBT外壳的电气强度为16KV/mm。
对比例1：
一种改性尼龙的制备方法，包括以下步骤：将尼龙6T加入到反应釜中，加热至其粘流温度以上，往反应釜中加入占总质量3％的功能性三嗪环，搅拌均匀，然后冷却至常温，得到改性尼龙。所用功能性三嗪环的结构式如下，其中取代基R为苯基：
将所得到的改性尼龙作为原材料，制备成IGBT的外壳，通过高温高电压绝缘测试系统测试其在高温下的耐高电压性能。试验表明，在150℃下该IGBT外壳的电气强度为6KV/mm。
将该对比例1与实施例1对比可知，在其他条件相同的情况下，功能性三嗪环的用量下降为3％时，得到的IGBT外壳的电气强度明显下降。
对比例2：
一种改性尼龙的制备方法，包括以下步骤：将尼龙6T加入到反应釜中，加热至其粘流温度以上，往反应釜中加入占总质量14％的功能性三嗪环，搅拌均匀，然后冷却至常温，得到改性尼龙。所用功能性三嗪环的结构式如下，其中取代基R为苯基：
将所得到的改性尼龙作为原材料，制备成IGBT的外壳，通过高温高电压绝缘测试系统测试其在高温下的耐高电压性能。试验表明，在150℃下该IGBT外壳的电气强度为11KV/mm。
将该对比例2与实施例1对比可知，在其他条件相同的情况下，功能性三嗪环的用量提高到14％时，得到的IGBT外壳的电气强度也明显下降。
对比例3：
一种改性尼龙的制备方法，包括以下步骤：将尼龙6T加入到反应釜中，加热至其粘流温度以上，往反应釜中加入占总质量7％的功能性三嗪环，搅拌均匀，然后冷却至常温，得到改性尼龙。所用功能性三嗪环的结构式如下，其中取代基R为羟基：
将所得到的改性尼龙作为原材料，制备成IGBT的外壳，通过高温高电压绝缘测试系统测试其在高温下的耐高电压性能。试验表明，在150℃下该IGBT外壳的电气强度为12KV/mm。
将该对比例3与实施例2对比可知，在其他条件相同的情况下，功能性三嗪环上的取代基由甲基改变为羟基时，得到的IGBT外壳的电气强度明显下降。
对比例4：
一种改性尼龙的制备方法，包括以下步骤：将尼龙6T加入到反应釜中，加热至其粘流温度以上，往反应釜中加入占总质量7％的功能性吡啶环，搅拌均匀，然后冷却至常温，得到改性尼龙。所用功能性吡啶环的结构式如下：
将所得到的改性尼龙作为原材料，制备成IGBT的外壳，通过高温高电压绝缘测试系统测试其在高温下的耐高电压性能。试验表明，在150℃下该IGBT外壳的电气强度为7KV/mm。
将该对比例4与实施例2对比可知，在其他条件相同的情况下，将功能性三嗪环替换为功能性吡啶环时，得到的IGBT外壳的电气强度也明显下降。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种改性尼龙在制备高温高电压器件中的应用，其特征在于，所述改性尼龙主要由功能性三嗪环与尼龙通过熔融共混改性得到，所述功能性三嗪环具有如下结构式：
其中，取代基R为乙基；所述功能性三嗪环占所述改性尼龙总质量的9%；所述尼龙为尼龙6T。
2.根据权利要求1所述的改性尼龙在制备高温高电压器件中的应用，其特征在于，所述改性尼龙的制备方法包括以下步骤：先将所述尼龙加热至其粘流温度以上，然后加入所述功能性三嗪环，搅拌均匀，冷却至常温，即得所述改性尼龙。
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