鲁 旭 韩 帅 李庆民 黄旭炜 王学磊 王高勇



聚酰亚胺高温裂解机理的反应分子动力学模拟

鲁 旭1韩 帅2李庆民1黄旭炜3王学磊2王高勇4

（1. 新能源电力系统国家重点实验室 华北电力大学 北京 102206 2. 山东大学电气工程学院 济南 250061 3. 高电压与电磁兼容北京市重点实验室 华北电力大学 北京 102206 4. 国网智能电网研究院 北京 102200）

聚酰亚胺（PI）由于其优异的绝缘性能，在固态变压器、变频调速电机等电力设备中得到广泛应用，而高温下化学键断裂是其绝缘失效的主要原因。基于ReaxFF的分子模拟方法，对PI分子模型进行反应分子动力学模拟，从原子层面揭示其高温裂解机理。以聚合度为4的PI分子为例，应用基于反应力场（ReaxFF）的反应分子动力学模拟方法对高温下PI的初始裂解、裂解过程中微观动态反应路径以及主要产物形成机理进行了模拟分析，得出PI高温下绝缘失效微观机理。结果表明：PI分子初始断键为酰亚胺环上C-N键，连接两苯环的C-N键断裂是PI分子主链断裂的主要原因；CO2和CN是PI高温裂解的主要产物，CO2与CN的形成均与酰亚胺环中的C-N键断裂有关；主链断裂引起的聚合度减小和酰亚胺环断裂产生的CO2等小分子物质共同导致PI高温下绝缘失效。

聚酰亚胺 反应力场 高温裂解 微观机理 反应分子动力学 化学键断裂

0 引言

聚酰亚胺（Polyimide, PI）作为一种新型特种工程材料，因其优异的电绝缘、耐高/低温、耐腐蚀、高模量等独特的综合性能[1]，在固态变压器[2]、变频调速牵引电机[3]等设备中得到了广泛应用。……