Dielektrické vlastnosti pryskyřice modifikované nanometrickými plnivy

Ing. Ondřej MICHAL

Doctoral thesis

Abstract:

Tato disertační práce se zabývá studiem dielektrických vlastností nových polyester-imidových pryskyřic, které byly připraveny a modifikovány pomocí nanometrických příměsí. V rámci této práce je zaměření na porovnání běžných epoxidových pryskyřic a jejich možné náhrady moderními polyester-imidovými pryskyřicemi, které vykazují lepší nebo srovnatelné vlastnosti s konvenčními epoxidy. Zároveň jsou levnější na výrobu, vykazují lepší vlastnosti a jsou výhodné z hlediska technologického zpracování. Příkladem je nízká viskozita za pokojových teplot a krátká doba vytvrzování. Vybrané pryskyřice byly modifikovány nanometrickým oxidem křemičitým ve tvaru kulovitých nanočástic. Pro tyto pryskyřice byla vyvinuta vhodná technologie včlenění nanočástic tak, aby se dosáhlo optimální doby míchání pro pozitivní vliv na vlastností směsi. Vybraná kombinace technologie míchání s množstvím nanočástic je poté modifikována pomocí vybraného nanovlákenného plniva pro zvýšení elektrické pevnosti. Dále je vytvořena kombinace nanočástic, nanovlákenného a fóliového plniva, která je finálním kompozitním materiálem. Tato kombinace vykazuje vynikající dielektrické vlastnosti a po tvorbě vhodné technologie nanášení na tyčový vodič, jej lze využít pro izolace typu resin-rich v elektrickém točivém stroji. V této práci je nejdříve představena problematika elektroizolačních materiálů, jejich druhy, složení a využití. Dále jsou rozebrány důležité vlastnosti dielektrických materiálů. Následně je představena problematika nanometrických materiálů, které slouží pro modifikaci konvenčních materiálů. Je zde představen koncept fyzikální interakce nanometrického plniva s matricí a vliv na parametry konečného materiálu. Následně je představena samotná série výzkumných činností, která si kladla za primární cíl vyvinout a následně zhodnotit možné použití nanokompozitního materiálu složeného z moderní polyester-imidové pryskyřice, nanočástic oxidu křemičitého, polymerní nanovlákenné netkané textilie a polymerní fólie. Tohoto cíle bylo dosaženo nejdříve výběrem vhodné pryskyřice, jeho modifikace pomocí nanočástic a následnému zkombinování všech složek do nového nanokompozitního materiálu.

Abstract:

This dissertation deals with the study of the dielectric properties of novel polyester-imide resins that have been prepared and modified using nanoscale additives. The focus of this thesis is to compare conventional epoxy resins and their possible replacement by modern polyester-imide resins that exhibit better or comparable properties to conventional epoxies. At the same time they are cheaper to produce, show better properties and are advantageous in terms of technological processing. Examples are low viscosity at room temperature and short curing times. The selected resins were modified with nanosized silica in the form of spherical nanoparticles. A suitable nanoparticle incorporation technology was developed for these resins to achieve optimum mixing time for a positive effect on the blend properties. The selected combination of mixing technology with the amount of nanoparticles is then modified with the selected nanofibrous filler to increase the electrical strength. Further, a combination of nanoparticles, nanofibrous and film filler is formed which is the final composite material. This combination exhibits excellent dielectric properties and after developing a suitable coating technology on the rod conductor, it can be used for resin-rich insulation in an electric rotating machine. In this paper, the problems of electrical insulating materials, their types, composition and applications are first introduced. Then the important properties of dielectric materials are discussed. Subsequently, the issue of nanoscale materials, which are used for modification of conventional materials, is introduced. The concept of the physical interaction of nanometric filler with the matrix and the effect on the parameters of the final material is introduced. Subsequently, the actual series of research activities is presented, which had as a primary objective to develop and then evaluate the possible use of a nanocomposite material composed of an advanced polyester-imide resin, silica nanoparticles, a polymer nanofibrous nonwoven fabric and a polymer film. This goal was achieved by first selecting a suitable resin, modifying it with nanoparticles and then combining all the components into a new nanocomposite material.

Keywords

Kompozit, nanokompozit, nanoplnivo, elektroizolační systém, dielektrikum, nanovlákna, nanočástice, vnitřní rezistivita, ztrátový činitel, relativní permitivita, elektrická pevnost

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 8. 2021

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Prof. Ing. Václav Mentlík, CSc.

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Doctoral programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Electrical Engineering