文章選自“絕緣材料”

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，驅(qū)動電機對絕緣材料提出了更高要求：需在高溫、高負載工況下保持穩(wěn)定運行。聚酰亞胺（PI）作為耐溫等級最高的絕緣漆材料，因其優(yōu)異的性能被廣泛應用，但傳統(tǒng)PI絕緣漆的前驅(qū)體聚酰胺酸溶液在低固含量下仍黏度較高，不利于多層均勻涂覆。本團隊創(chuàng)新性地提出“潛伏性”中間體策略：通過丁酸與芳香胺的中和反應制備含羧酸胺鹽的封端劑，引入酸酐封端的PMDA-ODA齊聚物中。在高溫固化時，中間體分解釋放胺基，繼續(xù)反應形成高分子量PI，從而兼顧低黏度加工與高性能漆膜需求。

圖1 PI絕緣漆制備路線示意圖

研究通過調(diào)控單體比例（ODA、APAB、BA、PMDA），制備了系列PI漆膜（如PI-P-0至PI-P-4）。其中，“潛伏性”中間體的引入顯著降低漆液黏度——當BA含量為5%時，黏度從1712 mPa·s降至835 mPa·s（20℃），提升涂覆效率。

熱處理工藝采用階梯升溫（100~450℃），促進分子鏈交聯(lián)和酰亞胺化。FTIR和TGA分析證實，中間體在180~200℃分解，300℃以上完成PI形成，熱穩(wěn)定性與傳統(tǒng)PI相當。

圖2 PI絕緣漆表觀黏度與BA含量的關(guān)系

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1. 耐熱性能顯著提升

通過引入剛性單體APAB和提高熱處理溫度，漆膜玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（T_g）突破420℃。DMA測試顯示，APAB含量為40%時，T_g達429.3℃；450℃熱處理后，PI-P-1的T_g進一步提升至430.3℃，較350℃處理時提高5.23%。XPS分析表明，高溫促進分子鏈交聯(lián)，增強熱穩(wěn)定性。

(a) 350℃環(huán)化

(b) 450℃環(huán)化

圖3 不同溫度制備的高耐熱PI漆膜DMA曲線

2. 力學性能優(yōu)異

漆膜拉伸強度達147.3~168.5 MPa，彈性模量為2.5~3.1 GPa。APAB的引入增強分子鏈剛性，促進緊密堆積；但過量APAB（>30%）會降低斷裂伸長率。PI-P-1在保持高強度的同時，斷裂伸長率約50%，平衡了韌性與剛性。 

(a) 拉伸強度及彈性模量

(b)應力-應變曲線

圖4 高耐熱PI漆膜的力學性能測試結(jié)果

3. 電學性能穩(wěn)定可靠

常溫下介電常數(shù)低于3.48（1kHz），介質(zhì)損耗因數(shù)小于0.019。變溫測試中，PI-P-1-450℃漆膜介電溫度穩(wěn)定性最優(yōu)，次級弛豫現(xiàn)象受抑制。電氣強度達304.3~356.5 kV/mm，其中PI-P-2最高（356.5 kV/mm），歸因于分子鏈堆積密度增加。

(a)介電常數(shù)

(b)介質(zhì)損耗因數(shù)

(c)變溫介電曲線

(d)電氣強度

圖5 高耐熱PI漆膜的電學性能測試結(jié)果

Materials Studio模擬顯示，APAB引入降低分子鏈運動能力（擴散系數(shù)減少），XRD證實分子鏈間距減小，堆砌更緊密。這解釋了漆膜耐熱性和介電穩(wěn)定性的提升機制。

(a)MSD曲線

(b)XRD結(jié)果

 圖6 不同PI結(jié)構(gòu)模型的均方位移與XRD結(jié)果

本研究通過“潛伏性”中間體策略，成功解決PI絕緣漆高黏度難題，同時實現(xiàn)漆膜耐熱、力學和電學性能的協(xié)同優(yōu)化。最佳配方PI-P-1（APAB含量10%）綜合性能突出：T_g>420℃、拉伸強度147.3 MPa、介電常數(shù)<3.48，且具備優(yōu)良加工性。該成果為新能源汽車電機絕緣系統(tǒng)提供了新材料選擇，有望推動高性能電機發(fā)展。

未來工作可進一步優(yōu)化單體配比，探索工業(yè)化量產(chǎn)工藝，助力絕緣材料技術(shù)迭代升級。

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