五层纳米SiO2-Al2O3/聚酰亚胺复合薄膜的制备及性能

采用浸胶法制备了一系列SiO₂-Al₂O₃/聚酰亚胺（SiO₂-Al₂O₃/PI）五层耐电晕薄膜A_m A_n PA_n A_m,其中中间层（P）为纯PI薄膜,外层（A_m）、次外层（A_n）分别为SiO₂-Al₂O₃掺杂不同质量分数的纳米SiO₂-Al₂O₃/PI薄膜。采用TEM、FTIR、宽频介电谱仪、电导电流测试仪、耐电晕测试仪、介电强度测试仪和拉伸实验机对五层纳米复合PI耐电晕薄膜的微观结构、介电性能和力学性能进行了表征和测试。结果表明,SiO₂-Al₂O₃/PI复合薄膜掺杂层形成了分布均匀的有机/无机复合结构;SiO₂-Al₂O₃纳米粒子的保护作用是影响复合材料耐电晕性能的主要因素,复合薄膜A₃₂A₁₆PA₁₆A₃₂的耐电晕寿命最大,为23.4 h;外层掺杂量对五层SiO₂-Al₂O₃/PI复合材料的介电强度影响较大,复合薄膜A₂₀A₂₈PA₂₈A₂₀的介电强度最大,为302.3 kV/mm;通过对五层复合结构的设计,可以在兼顾材料力学性能的同时,提高其耐电晕寿命和介电强度。     

纳米SiO2-氧化石墨烯/环氧涂层的制备及其防腐蚀性能

采用改进Hummers法制备了氧化石墨烯（GO）,并将GO与经硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性的纳米SiO₂进行复合,制备出纳米SiO₂-GO。通过FTIR、XRD、SEM、TEM等分析手段对SiO₂-GO进行表征。采用机械搅拌与超声分散的方法将SiO₂-GO添加到环氧树脂（EP）中。对添加不同质量分数纳米SiO₂、GO和纳米SiO₂-GO的EP基复合材料涂层的物理性能和电化学性能进行测试。结果表明,与纯EP涂层相比,SiO₂/EP、GO/EP和纳米SiO₂-GO/EP复合材料涂层的硬度、附着力和耐腐蚀性能得到显著增强,其中加入2wt%纳米SiO₂-GO/EP复合材料涂层硬度达到5 H,附着力等级达到1级,浸泡24 h后涂层保护效率为99.33%。15天浸泡试验结果表明,添加1.5wt%纳米SiO₂-GO/EP复合材料涂层的硬度达到5 H,附着力达到1级,涂层保护效率仍能达到97.12%。     

SiO2-竹纤维协同改性对环氧树脂基复合材料摩擦磨损性能的影响

为了提高环氧树脂（EP）基复合材料的摩擦磨损性能,制备低成本耐磨材料,选用纳米SiO₂粒子和竹纤维（BF）等作为填料,制备了纳米SiO₂-BF/EP复合材料。通过摩擦磨损测试仪、动态热机械分析仪和SEM研究了纳米粒子和纤维对复合材料的耐磨性能、热学性能及微观结构的影响。研究结果表明:单独加入BF后,BF/EP复合材料的体积磨损较同条件下的纯EP大幅度降低,最多可降低71%;同时加入SiO₂纳米粒子和BF后,对纳米SiO₂-BF/EP复合材料的玻璃化转变温度和体积磨损影响显著,玻璃化转变温度比纯EP提高了11℃,达到了124℃,体积磨损较同条件下的纯EP下降了约75.3%。      

纳米SiO2分散性对SiO2/LDPE纳米复合材料直流介电性能的影响

SiO₂/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料的介电性能与纳米SiO₂在LDPE基体中的分散性密切相关。为研究室温下拉伸处理对纳米SiO₂颗粒在LDPE基体中分散性的作用机制,本文选取7 nm粒径的疏水型纳米SiO₂与LDPE熔融共混制备SiO₂/LDPE纳米复合材料。将制备好的纳米复合材料经过三次拉伸处理,利用SEM、DSC表征纳米粒子的分散性及复合材料的结晶度,利用热刺激电流法(TSC)测试分析复合材料的陷阱能级和陷阱密度。通过对纳米复合材料的空间电荷,电导电流,直流击穿强度进行实验测试,研究了拉伸对纳米粒子分散性的影响及其所导致的直流介电性能的改变。结果表明室温下拉伸有助于纳米粒子的分散,使纳米SiO₂粒子的团聚尺寸从200 nm左右缩减到100 nm左右;但拉伸会破坏LDPE的结晶结构,劣化其性能;通过掺杂纳米SiO₂引入深陷阱能级可以改善LDPE的直流介电性能。经过拉伸的SiO₂/LDPE的空间电荷积累得到...     

纳米SiO2对交联聚乙烯交/直流击穿强度和耐电树枝性能影响

为系统地研究纳米SiO₂对交联聚乙烯（XLPE）交/直流击穿强度和交/直流耐电树枝特性的影响,使用平行双螺杆分别制备了含0.5wt%和1wt%纳米SiO₂的纳米SiO₂/XLPE复合材料,以商用直流电缆料和普通XLPE作为参照,测试了掺杂纳米SiO₂对XLPE交流电树枝和直流接地电树枝的引发和生长特性及交/直流击穿强度的影响。实验结果表明,商用直流电缆料的直流击穿强度与普通XLPE相近,但其直流接地电树枝的引发更困难,树枝生长也更缓慢;随着纳米SiO₂添加量增大,纳米SiO₂/XLPE复合材料交/直流击穿强度的作用增强,对交/直流电树枝引发的抑制作用也增强,1wt%纳米SiO₂/XLPE复合材料具有显著抑制直流接地电树枝生长的效果,其直流接地电树枝引发和生长特性均优于商用电缆料;1wt%纳米SiO₂/XLPE复合材料的交流击穿强度和交流电树枝起始电压均高于普通XLPE,但其对交流电树枝的生长抑制作用仅局限在电树枝生长初期,电树枝生长达到一定阶段后,1wt%纳米SiO₂/XLPE复合材料中的电树枝生长速度超过普通XLPE。      

改性碳纳米管/环氧树脂复合材料的介电性能

实验采用混酸法对碳纳米管(CNTs)表面进行改性,制得羧基化碳纳米管(C-CNTs)。采用溶胶-凝胶法制得SiO₂包覆的C-CNTs (C-CNTs@SiO₂)、TiO₂包覆的C-CNTs (C-CNTs@TiO₂),采用原位聚合法制得聚苯胺包覆的C-CNTs (C-CNTs@ PANI)。以环氧树脂(EP)为基体材料,通过溶液共混法制备出C-CNTs/EP、C-CNTs@SiO₂/EP、C-CNTs@TiO₂/EP和C-CNTs@PANI/EP四种复合材料。研究结果表明:当掺杂相的质量分数均为1 wt%时,四种EP基复合材料的冲击强度相对于未改性的环氧树脂均有不同程度的提高。当掺杂相质量分数为7 wt%时,C-CNTs/EP、C-CNTs@SiO₂/EP、C-CNTs@TiO₂/EP和C-CNTs@PANI/EP四种复合材料的介电常数分别是EP的14.1、7.2、2.5、18.8倍。在实验掺杂量下,C-CNTs@SiO₂/EP和C-CNTs@TiO₂/EP的介电损耗几乎没有变化,C-CNTs@PANI/EP的介电损耗略有增加。当掺杂相质量分数为1 wt%时,C-CNTs@SiO₂/EP和C-CNTs@TiO₂/EP的击穿强度相对于EP明显提高。      

二氧化硅/玻璃鳞片协同增强的环氧树脂耐磨性研究

以环氧树脂(EP)为基体，通过添加玻璃鳞片(GF)和改性纳米SiO₂制备了SiO₂/GF/EP复合涂料，考察了纳米SiO₂添加量对复合涂料性能的影响，通过傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜对涂层的结构和断面形貌进行了表征。结果表明：利用硅烷偶联剂对纳米SiO₂进行改性处理，在其表面引入了可与环氧基团反应的氨基基团；当纳米SiO₂添加量为5%(质量分数)、GF添加量为30%(质量分数)时，复合涂层的硬度比纯EP提高了57.7%,磨损失重和摩擦系数比纯EP减小了57.0%、49.3%;改性纳米SiO₂和GF与EP基体界面相容性良好，与纯EP相比，SiO₂/GF/EP复合涂层的韧性和致密性明显提高。     

片状纳米Al2O3/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用水热法制备片状纳米Al₂O₃,经过偶联剂改性后与环氧树脂复合,通过溶液混合法制备了不同填充量的片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料,研究了片状纳米Al₂O₃用量对片状纳米Al₂O₃/环氧树脂复合材料介电性能和热性能的影响,利用SEM对复合材料的断口形貌进行了表征。结果表明: 片状纳米Al₂O₃在环氧树脂基体中分散良好;随着片状纳米Al₂O₃填充量的增加,复合材料的起始热分解温度升高、介电强度增大,当片状纳米Al₂O₃的填充量为7wt%时,复合材料的介电强度为 29.58 kV/mm,比纯环氧树脂的介电强度提高了30%;复合材料的介电常数(3.8~4.5)和介电损耗(0.015)比纯环氧树脂稍有增大,但仍维持在较好的介电性能范围内。     

纳米SiO2/有机硅改性水性聚氨酯复合材料的制备及性能

为了改善水性聚氨酯（WPU）耐水性差和表面性能差等缺陷,将有机硅和纳米SiO₂同时引入到WPU中,首先通过自乳化法制备了WPU和有机硅改性水性聚氨酯（SWPU）。然后采用超声共混法将纳米SiO₂粒子加入到SWPU中,制备了纳米SiO₂/SWPU复合材料。最后,采用FTIR和SEM对WPU、SWPU和纳米SiO₂/SWPU的结构进行了表征,通过接触角、吸水率及抗拉力学性能测试分析了WPU、SWPU和纳米SiO₂/SWPU的疏水性能及抗拉力学性能。结果表明：纳米SiO₂已被成功引入到SWPU中;纳米SiO₂含量较小（≤3wt%）时能够较均匀地分散在纳米SiO₂/SWPU胶膜中;当纳米SiO₂含量从0增大至5wt%时,纳米SiO₂/SWPU胶膜的吸水率降低了69%,拉伸强度从16.72 MPa增大至24.22 MPa,断裂伸长率从545%增至731%,表明纳米SiO₂的引入显著提高了SWPU胶膜的耐水性能和力学性能。     

深度混炼对纳米SiO2/低密度聚乙烯复合材料分散性与直流电性能影响

利用同向平行双螺杆挤出机对纳米SiO₂/低密度聚乙烯（LDPE）复合材料进行深度混炼,采用SEM、直流击穿强度试验及变温空间电荷试验研究了该工艺对纳米SiO₂/LDPE复合体系中纳米SiO₂颗粒分散性、直流击穿强度和空间电荷特性的影响,综合评估了纳米SiO₂颗粒分散性改善和纳米SiO₂/LDPE复合材料熔融状态下机械剪切降解对电性能的影响。结果表明,随着混炼次数的增加,纳米SiO₂颗粒在LDPE中分散的更加均匀;深度混炼与单次混炼相比,SiO₂/低密度聚乙烯复合材料直流击穿强度上升,室温下达到433.1 kV/mm;随着混炼次数的增加,SiO₂/低密度聚乙烯复合材料低温时抑制空间电荷能力变强,但60℃以上高温时抑制能力变差。混炼次数的增加改善了纳米SiO₂颗粒的分散性,使其与LDPE基体的界面增多,同时,纳米SiO₂颗粒还使SiO₂/低密度聚乙烯复合材料的片晶厚度增大,结晶度升高,界面区和力学性能都随着分散性改善而增加和增强,两者共同促进了SiO₂/低密度聚乙烯复合材料电学性能的改善。但是由于深度混炼引发了材料降解,结构缺陷的增多影响了纳米SiO₂/LDPE复合材料高温区的空间电荷抑制性能。     

复配偶联剂对SiO_2/聚四氟乙烯复合材料性能的影响

制备了不同组分配比的氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)-苯基三甲氧基硅烷(Z6124)复配偶联剂(KH550-Z6124)改性SiO2/聚四氟乙烯(PTFE)复合材料,系统地研究了KH550-Z6124组分配比对复合材料介电性能、吸水率和导热性能的影响。采用Lichtenecker模型计算了SiO2/PTFE复合材料的介电常数和介电损耗理论值,并与实验值进行对比。结果表明:当KH550、Z6124的含量(以SiO2的质量为基准)分别为0.3wt%和1.7wt%时,KH550-Z6124改性SiO2/PTFE复合材料的介电损耗由Z6124改性SiO2/PTFE复合材料的1.7×10-3降低至1.0×10-3,吸水率由0.082 6wt%降低至0.020 3wt%,导热率提高66%;SEM形貌分析发现KH550-Z6124改性SiO2颗粒在PTFE基体中均匀分散,界面连接更紧密;KH550-Z6124改性SiO2/PTFE复合材料的介电常数和介电损耗实验值更接近其理论值。     

基于高电导率的疏水气相SiO2复合凝胶电解质的高性能电致变色器件

凝胶电解质具有化学稳定、难燃和易于封装等特点,其低离子电导率(10-4～10-5 S·cm-1)阻碍了电致变色器件(ECDs)凝胶电解质的进一步发展.本研究制备了一种高电导率的疏水SiO2/PMMA/PC/LiClO4凝胶聚合物电解质(H-SiO2 GPEs),并用电化学阻抗谱(EIS)、循环伏安法(CV)和计时电流法...     

纳米TiO2/液体硅橡胶直流电缆附件绝缘复合材料的介电性能

高压直流电缆附件在电力系统运行中,由于复合绝缘电导率不匹配极易导致电场畸变引发绝缘故障。针对这一问题,采用直接共混法制备了不同掺杂浓度的纳米TiO₂/液体硅橡胶（LSR）复合材料,并对其微观形貌和介电性能进行了测试研究。结果表明:纳米TiO₂粒子在LSR基体中分散较均匀,随着TiO₂掺杂含量的增加,纳米TiO₂/LSR复合材料试样的相对介电常数和介质损耗因数增大。当纳米TiO₂粒子添加量为4wt%时,纳米TiO₂/LSR复合材料的电导率与电缆主绝缘交联聚乙烯（XLPE）的电导率近似相等,且随着电场强度的增大,两者的电导率变化趋势也基本一致。电声脉冲法（PEA）测量结果表明,添加4wt% TiO₂的纳米TiO₂/LSR复合材料内积聚的空间电荷最少。纳米TiO₂粒子的掺杂,提高了TiO₂/LSR复合材料电缆附件绝缘电导率对电场强度的响应依赖特性,使其能与XLPE绝缘电导率较好地匹配,同时一定程度地抑制了空间电荷的积累,有助于直流电缆附件内复合绝缘电场的均匀分布。      

纳米SiO2/低密度聚乙烯复合材料的陷阱特性与电击穿机制

以低密度聚乙烯（LDPE）为聚合物基体,通过熔融共混的方式填充不同粒径的纳米SiO₂无机颗粒,制备纳米SiO₂/LDPE复合材料,研究提高聚乙烯电绝缘性能的纳米改性方法和机制。利用SEM表征纳米SiO₂在LDPE基体中的微观形态和分散程度,采用DSC和偏光显微镜（PLM）分析纳米SiO₂对LDPE基体结晶度和结晶形态的影响,通过热刺激电流法（TSC）分析纳米SiO₂/LDPE复合材料的陷阱密度和陷阱能级,并结合电击穿的Weibull分布研究纳米复合材料的击穿机制。研究结果表明:纳米SiO₂填充可以改变复合材料结晶度,进而增加LDPE基体本征结构缺陷和陷阱密度,同时填充纳米SiO₂颗粒可引入比LDPE基体本征陷阱更深的陷阱能级,纳米SiO₂填充颗粒引入的陷阱能级深度随着复合材料结晶度的增加而先增大后减小,填充浓度3wt%时可最有效地通过俘获载流子而抑制电击穿过程,纳米SiO₂/LDPE复合材料的击穿场强达到最高值。与60 nm SiO₂颗粒相比,30 nm SiO₂填充颗粒具有更高的比表面积,界面电极化导致更高的介电常数,更高密度的纳米界面深陷阱态对于提高电击穿场强更有效。当填充浓度为5wt%时,纳米颗粒的团聚作用导致纳米复合材料的击穿强度降低。基于电双层理论提出了电子捕捉模型和界面结构模型,合理阐释了纳米SiO₂/LDPE复合材料的微观陷阱特性及宏观电击穿机制。      

功能化石墨烯-SiO2协同增强增韧聚丙烯复合材料的制备与性能

先采用溶胶-凝胶法制备了氧化石墨烯（GO）-SiO₂杂化材料,再与聚丙烯（PP）进行熔融共混制备了GO-SiO₂/PP复合材料。分别采用FTIR、XRD、XPS、DSC、SEM、动态热机械分析（DMA）、拉伸及冲击等测试手段对填料及GO-SiO₂/PP复合材料的结构与性能进行了表征。FTIR和XPS分析表明,GO已经成功获得功能化。力学性能测试结果证实,GO-SiO₂对PP基体具有良好的强韧化协同改性作用,且优于SiO₂/PP及GO/PP复合材料体系。固定GO-SiO₂中GO与SiO₂的质量比为1∶1,当填料GO-SiO₂的质量分数为0.1wt%时,GO-SiO₂/PP复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为38.9 MPa和7.6 kJ/m²,与纯PP基体相比分别提高了29.4%和66.3%。DSC测试表明,GO-SiO₂/PP复合材料中PP的熔融温度和结晶温度分别为167.4℃和111.7℃,与纯PP相比分别提高了4.7℃和5.2℃。DMA测试表明,GO-SiO₂的加入使GO-SiO₂/PP复合材料的储能模量增大,损耗模量峰向更高温度移动。SEM观察表明,当加入少量的GO-SiO₂时,填料能均匀的分散在基体中,但GO-SiO₂过多时,则容易形成团聚。