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UV光固化技術可以這樣加持5G技術

  材料的絕緣性對于電力和電子工業是非常重要的。對于高壓電力設備,作為絕緣組件或者支撐件材料的絕緣性直接影響到電力傳輸的安全性和穩定性。當今5G技術的發展如火如荼。對于5G這一高頻通信技術,低Dk/Df的材料是其中的一個關鍵。Dk是材料的介電常數,Df是損耗因子,這些因素和材料本身的絕緣性能,特別是高頻工作狀態下的絕緣性能,都有直接的關系。制作低Dk/Df的材料有多種路徑,包括采用SMA作為固化劑的環氧板材、氰酸酯材料,以及含氟材料等。

  對材料表面進行氟化處理來改善材料的絕緣性是一種很好的提高材料絕緣性的方法。常用的材料表面氟化處理包括直接氟化處理以及電暈輔助氟化處理,但這兩種方法都存在工作環境有毒以及有效時間短的缺點,這兩種方法同時受到缺乏集成制造技術的限制,從而影響到其在工業應用中的推廣。


  張冠軍教授所采用的方法,是將氟化甲基丙烯酸酯單體DFHMA(分子式如圖1(b))添加到光敏樹脂(來自Formlabs公司的商品化產品High Temp)中,進行充分的混合后倒入模具中,上面覆蓋PET薄膜。模具背面施以加熱單元,然后對材料采用UV LED(波長405nm)進行固化。氟化單體的添加量不超過5%(w/w)。  西安交通大學電氣工程學院電力設備電氣絕緣國家重點實驗室的張冠軍教授工作組采用光固化的方法來對材料表面進行氟改性處理,得到了很好的效果。

圖1 (a) 對材料進行改性的工作流程,(b) 氟化甲基丙烯酸酯單體DFHMA的化學結構,和(c) 氟化物的表面聚集效應

  添加了氟化單體的材料,盡管添加量比較低(不超過5%),但由于氟化單體的表面聚集效應而大量聚集在固化材料的表面。和沒有添加氟化單體的空白樣對比顯示,材料的水接觸角可以從65°增加到92°。

  對材料的表面閃絡以及體擊穿強度測試顯示,首次閃絡電壓(Ufb)沒有得到明顯提高,但條件電壓(Uco)從21.8提高到了26.4kV,同時延緩電壓(Uho)也得到了顯著的提高(圖2(a))。延緩電壓(Uho)的改善表明,氟化單體DFHMA的引入使得材料表面獲得了更好的抗降解性和耐漏電性。材料的體擊穿強度也得到了顯著提高(圖2(b))。

圖2 不同樣品的(a)脈沖閃絡強度,(b)50Hz體擊穿強度


  張冠軍教授工作組的這一工作表明,采用UV光固化技術的手段對材料進行表面氟改性的方法,可以在不改變材料本體性能的情況下有效地改變材料的表面性能。這種方法對于絕緣材料的設計和制造具有很好的前景,對于電力和電子工業提供了一條簡單易行改善介電性能的方法。


  3C電子產品更新迭代速度加快,消費者對產品的外觀要求也日益提高,除了色彩美觀以及手感舒適外,還要求表面有優異的耐刮傷性能,同時期望產品表面具有抗指紋、抗涂鴉的性能,使用時產品表面不易留下指紋等痕跡,或者即使留下痕跡也很容易被擦除。
 

  針對UV耐污漆的應用,潤奧化工特別開發了FSP8668,FSP8638FSP8658三款產品。

FSP8668

持久的抗涂鴉性,同時具有較好的硬度和耐磨性及優異的消光粉分散性能。

FSP8658

耐污性能好,固化速度、耐磨性不錯。附著力、柔韌性、流平性等綜合性能好。

FSP8638

水接觸角108°左右,有著出色的耐污效果,同時和氟改性樹脂相比有更好的相容性,漆膜不會出現縮孔等表觀問題。適合亮光體系使用,具有優異的流平性,光澤度高。


參考資料


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.

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