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  材料的绝缘性对于电力和电子工业是非常重要的。对于高压电力设备,作为绝缘组件或者支撑件材料的绝缘性直接影响到电力传输的安全性和稳定性。当今5G技术的发展如火如荼。对于5G这一高频通信技术,低Dk/Df的材料是其中的一个关键。Dk是材料的介电常数,Df是损耗因子,这些因素和材料本身的绝缘性能,特别是高频工作状态下的绝缘性能,都有直接的关系。制作低Dk/Df的材料有多种路径,包括采用SMA作为固化剂的环氧板材、氰酸酯材料,以及含氟材料等。

  对材料表面进行氟化处理来改善材料的绝缘性是一种很好的提高材料绝缘性的方法。常用的材料表面氟化处理包括直接氟化处理以及电晕辅助氟化处理,但这两种方法都存在工作环境有毒以及有效时间短的缺点,这两种方法同时受到缺乏集成制造技术的限制,从而影响到其在工业应用中的推广。


  张冠军教授所采用的方法,是将氟化甲基丙烯酸酯单体DFHMA(分子式如图1(b))添加到光敏树脂(来自Formlabs公司的商品化产品High Temp)中,进行充分的混合后倒入模具中,上面覆盖PET薄膜。模具背面施以加热单元,然后对材料采用UV LED(波长405nm)进行固化。氟化单体的添加量不超过5%(w/w)。  西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室的张冠军教授工作组采用光固化的方法来对材料表面进行氟改性处理,得到了很好的效果。

图1 (a) 对材料进行改性的工作流程,(b) 氟化甲基丙烯酸酯单体DFHMA的化学结构,和(c) 氟化物的表面聚集效应

  添加了氟化单体的材料,尽管添加量比较低(不超过5%),但由于氟化单体的表面聚集效应而大量聚集在固化材料的表面。和没有添加氟化单体的空白样对比显示,材料的水接触角可以从65°增加到92°。

  对材料的表面闪络以及体击穿强度测试显示,首次闪络电压(Ufb)没有得到明显提高,但条件电压(Uco)从21.8提高到了26.4kV,同时延缓电压(Uho)也得到了显著的提高(图2(a))。延缓电压(Uho)的改善表明,氟化单体DFHMA的引入使得材料表面获得了更好的抗降解性和耐漏电性。材料的体击穿强度也得到了显著提高(图2(b))。

图2 不同样品的(a)脉冲闪络强度,(b)50Hz体击穿强度


  张冠军教授工作组的这一工作表明,采用UV光固化技术的手段对材料进行表面氟改性的方法,可以在不改变材料本体性能的情况下有效地改变材料的表面性能。这种方法对于绝缘材料的设计和制造具有很好的前景,对于电力和电子工业提供了一条简单易行改善介电性能的方法。


  3C电子产品更新迭代速度加快,消费者对产品的外观要求也日益提高,除了色彩美观以及手感舒适外,还要求表面有优异的耐刮伤性能,同时期望产品表面具有抗指纹、抗涂鸦的性能,使用时产品表面不易留下指纹等痕迹,或者即使留下痕迹也很容易被擦除。
 

  针对UV耐污漆的应用,润奥化工特别开发了FSP8668,FSP8638FSP8658三款产品。

FSP8668

持久的抗涂鸦性,同时具有较好的硬度和耐磨性及优异的消光粉分散性能。

FSP8658

耐污性能好,固化速度、耐磨性不错。附着力、柔韧性、流平性等综合性能好。

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参考资料


Wang, C., Guo, J., Li, W.-D., Li, X.-R., Jiang, Z.-H., Guo, B.-H., & Zhang, G.-J. (2019). Enhancing Electrical Strength of Acrylate Polymer by Using Fluorinated Monomer as Surface Modifier. Materials Letters.