环氧树脂掺杂微纳米氧化物粒子改性研究综述

随着电网电压等级提高及电气设备小型化发展,人们对环氧树脂绝缘材料的绝缘性能提出了更为苛刻的要求。添加微纳米氧化物粒子是提高环氧树脂电气性能的重要方法之一,该方法具有大量的实例且操作简便;同时,各种电力技术的不断更新换代为提升环氧树脂绝缘性能增加了更多可能性。文中介绍了环氧树脂掺杂微纳米氧化物填料复合材料制备过程,同时对掺入微纳米氧化物粒子对环氧树脂基本物理性质与主要绝缘性质的影响进行了总结。最后归纳了微纳米氧化物颗粒添加对环氧树脂绝缘性能提升的研究难点及其可能的解决方案,期望对填料掺入环氧树脂复合材料电气绝缘性质改善的学术研究与工程运用起到引领和推动作用。     

纳米AlN改性对干式变压器环氧树脂绝缘性能的影响

聚合物纳米复合材料因其优良的电气绝缘性能在电介质绝缘领域得到了广泛应用。为了获得性能优良的环氧树脂绝缘材料,将采用硅烷偶联剂进行表面处理后的纳米Al N颗粒加入环氧树脂绝缘材料中,采用溶液共混法制备了Al N质量分数分别为0%、0.5%、1%、3%、5%、7%的Al N/环氧树脂复合材料,研究了不同Al N质量分数对Al N/环氧树脂复合材料绝缘性能的影响。结果表明,树脂基体和Al N填料之间实现了有效的结合,提高了环氧树脂的热稳定性;Al N的加入一定程度上减小了复合材料的体积电阻率,并且增大了复合材料的介质损耗因数,但对复合材料电气绝缘性能的影响较小;当纳米Al N颗粒质量分数为3%时,Al N/环氧树脂复合材料的交流击穿电场强度最大。因此,添加适量纳米Al N颗粒能够提高干式变压器环氧树脂的电气绝缘性能。     

国内文摘与专利

<正>纳米AlN改性对干式变压器环氧树脂绝缘性能的影响/王有元;王施又;陆国俊;等/电工技术学报,2017(7)聚合物纳米复合材料因其优良的电气绝缘性能在电介质绝缘领域得到了广泛应用。为了获得性能优良的环氧树脂绝缘材料,将采用硅烷偶联剂进行表面处理后的纳米AlN颗粒加入环氧树脂绝缘材料中,采用溶液共混法制备了AlN质量分数分别为0%、0.5%、1%、3%、5%、7%的AlN/环氧树脂复合材料     

柔直换流站穿墙套管绝缘击穿分析及材料改性机理研究

环氧树脂浸渍绝缘纸作为柔直穿墙套管的主绝缘存在电场分布不均匀等问题。详细分析了某柔性直流换流站穿墙套管绝缘击穿事故的原因，并结合套管环氧树脂电芯体材料特性，采用添加纳米SiO₂(二氧化硅)改性环氧树脂的方法来提高套管的电气性能和热性能。实验表明，当纳米SiO₂添加量为4%(质量分数)时，环氧树脂固化物的相对介电常数下降到4.23(50 Hz时)，介质损耗因数为0.002(50 Hz时)，击穿场强达到了31 kV/mm，体积电阻率为3.7×10¹³Ω·m。同时归纳总结了纳米SiO₂对环氧树脂基本物理性质与主要电热性质的影响，以期进一步改善穿墙套管材料电气绝缘性能。     

环氧树脂纳米复合电介质制备方法及其绝缘性能的研究进展

环氧树脂或树脂浸渍纤维板是电力设备中重要的绝缘材料,过去通过掺杂微米级的无机氧化物填料以提高材料的机械性能。近年,开始使用纳米颗粒掺杂环氧树脂,对于提高材料的绝缘性能,特别是对提高击穿场强、耐电晕性、耐电痕化、导热性、耐低温性、耐辐射性和耐候性等方面具有重要意义。文中以纳米复合电介质的绝缘性能为出发点,概述了纳米复合电介质的常用制备方法,给出了环氧树脂纳米复合电介质的制备流程,总结分析了环氧树脂纳米复合电介质的介电性、局部放电腐蚀、绝缘击穿强度及机械性能。综述了环氧树脂纳米复合电介质在电机绝缘系统中的应用和最新研究进展,为环氧树脂纳米复合电介质在电机主绝缘中的应用提供了思路。     

纳米SiO_2改性环氧树脂电性能研究

为提高环氧树脂的绝缘性能,采用剪力-超声波分散和加热处理方法,制作出不同纳米Si O_2含量的环氧树脂,测试其电气性能并进行了电树枝化试验。结果表明:添加纳米Si O_2后,环氧树脂的击穿强度和介质损耗增大,电阻率和介电常数变化较小;电树枝起树时间延长,使得电树枝通道变窄,电树枝出现逆电场方向生长,纳米Si O_2的添加可以抑制环氧中电树枝的引发和生长。     

环氧树脂绝缘电树枝劣化研究进展

环氧树脂因具有优良的耐热性、机械强度、电气绝缘性能和良好的可加工性而广泛应用于电工装备绝缘的浇注、浸渍和封装等领域.该文根据国内外参考文献综合论述了由环氧树脂绝缘电树枝劣化引起的绝缘击穿现象.基于环氧树脂空间电荷集聚与迁移、局域电场形成、紫外辐射和机械应力断链理论,阐述了环氧树脂电树枝引发机理和劣化过程.结合电气设备运...     

可分散性纳米二氧化硅改性高压绝缘用环氧树脂的研究

选用CCl4作分散介质将DNS-2型可分散性SiO2纳米微粒充分分散在环氧树脂中改性环氧树脂,并与平高电气的具体生产工艺相结合制得具有高力学性能的高压绝缘复合材料。对复合材料的冲击性能、拉伸性能、弯曲性能和耐压性能进行了测试研究;利用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)考察了SiO2纳米微粒在环氧树脂中的分散性和复合材料冲击断面形貌。结果表明,SiO2纳米微粒在环氧树脂里得到了较好的分散,在不影响绝缘复合材料电性能的前提下使冲击性能、拉伸性能、弯曲性能得到了明显的改善。     

环氧树脂绝缘件在电力设备中的应用

介绍了环氧树脂绝缘件的的物理、力学、电气和热性能等特性参数,以及简明扼要地对制作流程做了说明,并以断路器极柱为例对环氧树脂绝缘件在电力设备应用中的击穿机理和优化方案进行了详细分析,最后对环氧树脂绝缘件试验项目进行了叙述。     

纳米改性环氧树脂绝缘型封闭母线的温升特性研究

针对环氧树脂绝缘型封闭母线温升较高,本文提出利用SiO_2对母线结构中导热性较差的环氧树脂进行改性,提高环氧树脂的导热性能。在此基础上分析了填料比例、粒径以及表面粗糙度对复合材料导热性能和电性能的影响。结果表明,5%的纳米SiO_2/环氧树脂复合材料具有最优的电性能和导热性能。利用ANSYS软件仿真母线温度场,仿真结果表明,纳米改性环氧树脂绝缘型封闭母线的温升得到降低。     

玻璃纤维-碳纳米管共掺杂环氧树脂复合材料绝缘性能的研究

为研究玻璃纤维、碳纳米管共掺杂环氧树脂复合材料的绝缘性能,制备了纤维不同掺杂量和排布方式时的玻璃纤维-碳纳米管环氧树脂复合材料,并分别测试了其介电常数、介质损耗因数及交流短时击穿电压,研究了掺杂工艺参数对复合材料绝缘性能的影响。研究发现,玻璃纤维掺杂量在15~20wt%、纤维束间距在1.0~1.2mm时,复合材料介电常数和介质损耗因数均达到最小值,分别为3.63和0.0303;而其交流短时击穿电压在40wt%掺杂量、1.5mm纤维束间距时,达到最大值39.6k V。与单向排布方式相比,正方形网格排布的复合材料击穿电压更高。研究表明,玻璃纤维的引入改善了碳纳米管-环氧树脂复合材料的绝缘性能,玻璃纤维、碳纳米管与环氧树脂之间的界面效应在复合树脂绝缘性能的改善中发挥主要作用。     

环氧树脂/BN纳米复合材料的制备及性能研究

将偶联剂改性的纳米BN添加到环氧树脂中,制备了环氧树脂/BN纳米复合材料,并研究了纳米BN含量对纳米复合材料热性能、力学性能及电性能的影响。结果表明:随着BN添加量的增加,复合材料的热导率提高,当BN添加量为15%时,热导率为0.301 W/(m.K),是纯环氧树脂热导率的1.394倍。同时复合材料的热稳定性有所提高,当添加量为10%时,热分解温度提高了6.88℃。随着BN添加量的增加,复合材料的冲击强度和介电强度呈先升高后降低的趋势,当BN含量分别为7%和3%时,冲击强度和介电强度达到最大值15.60kJ/m2和28.94 MV/m,分别是纯环氧树脂的1.324倍和1.43倍,表明纳米BN的加入可以提高环氧树脂的综合性能。     

真空中不同温度下典型脉冲功率领域用有机绝缘材料介电特性的研究

针对脉冲功率领域最常采用的环氧树脂、交联聚苯乙烯和聚乙烯3种典型绝缘材料,设计了一套适用于真空中且可以控温的标准三电极系统。在真空中对不同温度和频率下的介电参数(介电常数、介质损耗、表面电阻率和体积电阻率)进行了测试,并研究了烘烤对其介电性能的影响。结果表明:在不同的温度和频率下,3种材料中聚乙烯的εr和tanδ最小,环氧树脂最大;交联聚苯乙烯的体积电阻率和表面电阻率最大,环氧树脂和聚乙烯次之。烘烤可在一定程度上降低绝缘材料的介电常数和电阻率。综合比较3种材料的电性能和耐热性能,其中交联聚苯乙烯的性能最好,适用于真空脉冲功率领域绝缘。     

PMMA-g-Al2O3填充环氧树脂纳米复合材料的制备及性能研究

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)改性nano-Al2O3为填料,制备了PMMA-g-Al2O3/EP复合材料,并对其性能进行研究。结果表明:PMMA改性Al2O3纳米粉体的加入改善了环氧树脂的导热性能、冲击强度等综合性能,其冲击强度可达到18.34 kJ/m2,热导率提高率为22.9%,体积电阻率最高为14.98×1013Ω.m,且PMMA改性纳米Al2O3填充环氧树脂的综合性能优于未改性纳米Al2O3和A151改性纳米Al2O3填充环氧树脂的性能。     

Development of Low Loss Magnetodielectric Nanocomposites of Epoxy Resin and Iron Nanoparticles

To achieve the aim of developing a new insulating substrate that can exhibit both high permittivity and high permeability, ferromagnetic iron nanoparticles were dispersed uniformly in epoxy resin. Measurements of the electrical conductivity, permittivity, and permeability indicate that the composite can be a good candidate for an insulating substrate with negligibly small eddy‐current loss and sufficiently high permittivity.     

改性氧化镁/环氧树脂复合材料的介电及亲疏水性能

为改进开关设备中环氧树脂的电气及疏水性能,对纳米氧化镁(nMgO)分别进行硅烷偶联剂(KH560)及含氟硅烷偶联剂(全氟癸基三乙氧基硅烷)改性,利用FT-IR、XPS对其进行表征.并用溶液共混法分别制备不同质量分数(5％、10％、15％、20％)的环氧复合材料.通过对其介电常数、介电损耗、电导率、接触角的测试表征,结果...     

纳米Al_2O_3掺杂对油纸绝缘热老化特性的影响

油纸绝缘的热老化特性是影响变压器寿命的重要因素。为获得具有优良抗热老化性能的油纸绝缘,在绝缘纸抄造的过程中掺杂纳米Al_2O_3,通过测试复合绝缘纸的电气强度确定最佳掺杂质量分数为2%。将复合绝缘纸、普通绝缘纸分别进行浸油处理,并在130℃下进行31 d的加速热老化试验,测量分析绝缘纸的工频击穿强度、介电常数、介质损耗、聚合度、抗张强度与绝缘油中糠醛含量、油的颜色、酸值、水分、粘度和油中溶解气体等参数随老化时间的变化规律。结果表明:与普通油纸绝缘相比,热老化过程中复合绝缘纸的电气性能始终优于普通绝缘纸,聚合度和抗张强度下降速度减缓,浸渍复合绝缘纸的绝缘油颜色较浅、粘度变化小,油浸复合绝缘纸的老化产物生成量少。最后提出在热老化过程中纳米Al_2O_3表面羟基能有效吸附水分、中和小分子酸,从而抑制了H+在热老化反应中的催化作用,有效延缓了油纸绝缘的热老化。     

Development of epoxy resin composites with high thermal conductivity

High-performance central processing units (CPUs) and power devices such as IGBTs have high electrical power dissipation, which causes substantial heating. As a result, efficient cooling is essential for insulating materials within such devices. Although polymers such as epoxy resins are good insulating materials, they have quite low thermal conductivities, usually 1 to 3 orders of magnitude lower than those of ceramics and metals. Thus, the development of insulating resin with high thermal conductivity is mandatory if operating temperatures are to be increased.     

Effects of nano- and micro-filler mixture on electrical insulation properties of epoxy based composites

This paper focuses on the electrical insulation properties of a newly prepared composite material by nano- and micro-filler mixture. Nano- and micro-filler mixture composites were made by dispersing nano-scale layered silicate fillers and micro-scale silica fillers in epoxy resin. To investigate the effects of nano- and micro-filler mixture, the thermal expansion coefficient and insulation breakdown properties by a needle-plate electrode method were measured for the filler mixture composite and the conventional filled epoxy. The filler mixture composite had almost the same thermal expansion coefficient as the conventional filled epoxy. In a continuous voltage rising test, the filler mixture composite had 7% higher insulation breakdown strength than the conventional filled epoxy. Moreover, under constant AC voltage (10 kV at 1 kHz), the filler mixture composite had an insulation breakdown time of more than 20,000 minutes whereas the conventional filled epoxy had a breakdown time of 830 minutes. Electron microscope observation showed that the area surrounded by dispersed micro-scale silica fillers were also filled with the nano-scale layered silicate fillers. Furthermore, the estimate of spacing between the fillers and the filler/epoxy interface area showed a more densely-packed structure of the filler mixture composite than the conventional filled epoxy. The morphological feature of the filler mixture composite seems to improve its insulation breakdown strength and time.