Абсорбционные характеристики термопластичных полиимидных пленок

Авторы

  • Маргарита Эдуардовна Борисова
  • Нилан Санкалпа Джайасингхе Бентара Махасамилаге Дон
  • Андрей Леонидович Диденко
  • Вадим Евгеньевич Крафт

DOI:

https://doi.org/10.24160/0013-5380-2025-12-38-49

Ключевые слова:

абсорбционные характеристики, коэффициент абсорбции, восстановленное напряжение, термопластичные полиимиды, Р-ОДФО, Р-СОД, эквивалентные схемы Максвелла и Фойгта

Аннотация

Термостойкие полиимидные материалы широко используются в изоляции электрических машин, в конденсаторной и кабельной технике, а также в качестве активных диэлектриков. Для расширения области их применения необходима информация об их электрофизических свойствах, в том числе об абсорбционных характеристиках, которые играют существенную роль в явлениях электропереноса, поляризации и электрической прочности диэлектриков. Статья посвящена изучению абсорбционных явлений в пленках термопластичных полиимидов, полученных в филиале НИЦ "Курчатовский институт" – ПИЯФ – ИВС. В работе исследована полная совокупность абсорбционных характеристик импортозамещающих термопластичных полиимидных материалов Р-ОДФО, Р-СОД. Установлена идентичность эквивалентных схем Максвелла и Фойгта при определенных соотношениях между их параметрами. Экспериментально измеренные зависимости токов зарядки и разрядки проанализированы на основе эквивалентной схемы Фойгта. Рассчитаны параметры идентичной ей схемы Максвелла. Получены зависимости восстановленного напряжения, напряжения саморазряда и коэффициентов абсорбции ka. Значение ka зависит не только от метода, но и от режима измерения этой величины. Рассчитаны зависимости диэлектрической проницаемости и потерь в области низких частот. Показано, что существенной разницы между материалами по всей совокупности абсорбционных характеристик не наблюдается.

Биографии авторов

Маргарита Эдуардовна Борисова

доктор техн. наук, профессор, профессор Высшей школы высоковольтной энергетики, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия; vladimirl.borisov@gmail.com

Нилан Санкалпа Джайасингхе Бентара Махасамилаге Дон

инженер, Power Grid Solutions (PVT) Ltd., Катубедда, Коломбо, Шри-Ланка; nilansankalpa@gmail.com

Андрей Леонидович Диденко

кандидат хим. наук, старший научный сотрудник лаборатории № 1 синтеза высокотермостойких полимеров, филиал Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» – Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова (филиал НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ – ИВС), Санкт-Петербург, Россия; vanilin72@yandex.ru

Вадим Евгеньевич Крафт

аспирант, ассистент, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого; филиал НИЦ «Курчатовский институт» – ПИЯФ – ИВС, Санкт-Петербург, Россия; sparta3006@inbox.ru

Библиографические ссылки

1. Falkovich S.G. et al. Influence of the Electrostatic Interactions on Thermophysical Properties of Polyimides: Molecular‐Dynamics Simulations. – Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 2014, vol. 52, No. 9, pp. 640–646, DOI: 10.1002/polb.23460.
2. Chung T.C.M. Functional Polyolefins for Energy Applications. – Macromolecules, 2013, vol. 46, No. 17, pp. 6671–6698, DOI: 10.1021/ma401244t.
3. Liaw D.J. et al. Advanced Polyimide Materials: Syntheses, Physical Properties and Applications. – Progress in Polymer Science, 2012, vol. 37, No. 7, pp. 907–974, DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2012.02.005.
4. Gouzman I. et al. Advances in Polyimide‐Based Materials for Space Applications. – Advanced Materials, 2019, vol. 31, No. 18, DOI: 10.1002/adma.201807738.
5. Sezer Hicyilmaz A., Celik Bedeloglu A. Applications of Polyimide Coatings: A Review. – SN Applied Sciences, 2021, vol. 3, DOI: 10.1007/s42452-021-04362-5.
6. Feger C. Advances in Polyimide: Science and Technology. CRC Press, 1993, 706 p.
7. Apel P.Y. et al. Morphology of Latent and Etched Heavy Ion Tracks in Radiation Resistant Polymers Polyimide and Poly (Ethylene Naphthalate). – Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2001, vol. 185, No. 1-4, pp. 216–221, DOI: 10.1016/S0168-583X(01)00967-3.
8. Huang J. et al. Synthesis and Properties of Polyimide Silica Nanocomposite Film with High Transparent and Radiation Resistance. – Nanomaterials, 2021, vol. 11, No. 3, DOI: 10.3390/nano11030562.
9. Cherkashina N.I. et al. Gamma Radiation Attenuation Characteristics of Polyimide Composite with WO2. – Progress in Nuclear Energy, 2021, vol. 137, DOI: 10.1016/j.pnucene.2021.103795.
10. Riza M.A. et al. Hygroscopic Materials and Characterization Techniques for Fiber Sensing Applications: a review. – Sensors and Materials, 2020, vol. 32, No. 11, pp. 3755–3772, DOI: 10.18494/SAM.2020.2967.
11. Borisova M.E. et al. Charge Relaxation in Partially Crystalline R-BAPB Polyimides under Conditions of Elevated Humidity. – St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics, 2018, vol. 11, No. 2, pp. 88–95, DOI: 10.18721/JPM.11209.
12. Kumari C.R.U. et al. Development of a Highly Accurate and Fast Responsive Salinity Sensor Based on Nuttall Apodized Fiber Bragg Grating coated with Hygroscopic Polymer for Ocean Observation. – Optical Fiber Technology, 2019, vol. 53, DOI: 10.1016/j.yofte.2019.102036.
13. Rahnamoun A. et al. Chemical Dynamics Characteristics of Kapton Polyimide Damaged by Electron Beam Irradiation. – Polymer, 2019, vol. 176, pp. 135–145, DOI: 10.1016/j.polymer.2019.05.035.
14. Feng X., Liu J. Thermoplastic Polyimide (TPI). – In Book: High Performance Polymers and Their Nanocomposites. Wiley, 2018, pp. 149–219, DOI: 10.1002/9781119363910.ch6.
15. Patel P. et al. Mechanism of Thermal Decomposition of Poly (Ether Ketone) (PEEK) from a Review of Decomposition Studies. – Polymer Degradation and Stability, 2010, vol. 95, No. 5, pp. 709–718, DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2010.01.024.
16. Pulyalina A. et al. Impact of Layered Perovskite Oxide La 0.85 Yb 0.15 AlO3 on Structure and Transport Properties of Polyetherimide. – International Journal of Molecular Sciences, 2023, vol. 24, No. 1, DOI: 10.3390/ijms24010715.
17. Ренне В.Т. Электрические конденсаторы. Л.: Энергия, 1969, 593 с.
18. Michaeli L. et al. Influence of the capacitor’s dielectric absorption on the dual slope ADC. – 21st IMEKO TC4 International Symposium and 19th International Workshop on ADC Modelling and Testing Understanding the World through Electrical and Electronic Measurement, 2016, pp. 257–261.
19. Jonscher A.K. Dielectric Relaxation in Solids. London, U.K.: Chelsea Dielectrics Press, 1983, pp. xiii, 380.
20. Борисова М.Э., Койков С.Н. Анализ абсорбционных и частотных характеристик диэлектриков на основе модельных эквивалентных схем. – Электричество, 1988, № 4, с. 66–70.
21. Борисова М.Э. и др. Оценка параметров неоднородности диэлектрика на основе анализа абсорбционных характеристик. – Электричество, 1995, № 6, с. 62–67.
---
Работа выполнена в рамках государственного задания (№1023031700040-5-1.4.4 "Полимерные и композиционные материалы для перспективных технологий").
#
1. Falkovich S.G. et al. Influence of the Electrostatic Interactions on Thermophysical Properties of Polyimides: Molecular‐Dynamics Simulations. – Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 2014, vol. 52, No. 9, pp. 640–646, DOI: 10.1002/polb.23460.
2. Chung T.C.M. Functional Polyolefins for Energy Applications. – Macromolecules, 2013, vol. 46, No. 17, pp. 6671–6698, DOI: 10.1021/ma401244t.
3. Liaw D.J. et al. Advanced Polyimide Materials: Syntheses, Physical Properties and Applications. – Progress in Polymer Science, 2012, vol. 37, No. 7, pp. 907–974, DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2012. 02.005.
4. Gouzman I. et al. Advances in Polyimide‐Based Materials for Space Applications. – Advanced Materials, 2019, vol. 31, No. 18, DOI: 10.1002/adma.201807738.
5. Sezer Hicyilmaz A., Celik Bedeloglu A. Applications of Polyimide Coatings: A Review. – SN Applied Sciences, 2021, vol. 3, DOI: 10.1007/s42452-021-04362-5.
6. Feger C. Advances in Polyimide: Science and Technology. CRC Press, 1993, 706 p.
7. Apel P.Y. et al. Morphology of Latent and Etched Heavy Ion Tracks in Radiation Resistant Polymers Polyimide and Poly (Ethylene Naphthalate). – Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms, 2001, vol. 185, No. 1-4, pp. 216–221, DOI: 10.1016/S0168-583X(01)00967-3.
8. Huang J. et al. Synthesis and Properties of Polyimide Silica Nanocomposite Film with High Transparent and Radiation Resistance. – Nanomaterials, 2021, vol. 11, No. 3, DOI: 10.3390/nano11030562.
9. Cherkashina N.I. et al. Gamma Radiation Attenuation Characteristics of Polyimide Composite with WO2. – Progress in Nuclear Energy, 2021, vol. 137, DOI: 10.1016/j.pnucene.2021.103795.
10. Riza M.A. et al. Hygroscopic Materials and Characterization Techniques for Fiber Sensing Applications: a review. – Sensors and Materials, 2020, vol. 32, No. 11, pp. 3755–3772, DOI: 10.18494/SAM.2020.2967.
11. Borisova M.E. et al. Charge Relaxation in Partially Crystalline R-BAPB Polyimides under Conditions of Elevated Humidity. – St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics, 2018, vol. 11, No. 2, pp. 88–95, DOI: 10.18721/JPM.11209.
12. Kumari C.R.U. et al. Development of a Highly Accurate and Fast Responsive Salinity Sensor Based on Nuttall Apodized Fiber Bragg Grating coated with Hygroscopic Polymer for Ocean Observation. – Optical Fiber Technology, 2019, vol. 53, DOI: 10.1016/j.yofte.2019.102036.
13. Rahnamoun A. et al. Chemical Dynamics Characteristics of Kapton Polyimide Damaged by Electron Beam Irradiation. – Polymer, 2019, vol. 176, pp. 135–145, DOI: 10.1016/j.polymer.2019.05.035.
14. Feng X., Liu J. Thermoplastic Polyimide (TPI). – In Book: High Performance Polymers and Their Nanocomposites. Wiley, 2018, pp. 149–219, DOI: 10.1002/9781119363910.ch6.
15. Patel P. et al. Mechanism of Thermal Decomposition of Poly (Ether Ketone) (PEEK) from a Review of Decomposition Studies. – Polymer Degradation and Stability, 2010, vol. 95, No. 5, pp. 709–718, DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2010.01.024.
16. Pulyalina A. et al. Impact of Layered Perovskite Oxide La 0.85 Yb 0.15 AlO3 on Structure and Transport Properties of Polyetherimide. – International Journal of Molecular Sciences, 2023, vol. 24, No. 1, DOI: 10.3390/ijms24010715.
17. Renne V.T. Elektricheskie kondensatory (Electrical Capaci-tors). L.: Energiya, 1969, 593 p.
18. Michaeli L. et al. Influence of the capacitor’s dielectric absorption on the dual slope ADC. – 21st IMEKO TC4 International Symposium and 19th International Workshop on ADC Modelling and Testing Understanding the World through Electrical and Electronic Measurement, 2016, pp. 257–261.
19. Jonscher A.K. Dielectric Relaxation in Solids. London, U.K.: Chelsea Dielectrics Press, 1983, 380 p.
20. Borisova M.E., Koykov S.N. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1988, No. 4, pp. 66–70.
21. Borisova M.E. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1995, No. 6, pp. 62–67
---
The work was performed within the framework of the state assignment (No. 1023031700040-5-1.4.4 "Polymer and composite materials for advanced technologies")

Опубликован

2025-10-30

Выпуск

Раздел

Статьи