纳米芳纶增强芳纶浆粕绝缘复合纸的制备及性能研究

为了提高对位芳纶纸的综合性能,通过去质子化法制备芳纶纳米纤维,与对位芳纶浆粕复合,在真空辅助抽滤下层层自组装制备高性能复合纸。研究芳纶纳米纤维添加量对复合纸力学性能、介电性能、耐电压击穿性能等的影响。结果表明:当芳纶纳米纤维的质量分数为75%时,复合纸的拉伸强度和弹性模量分别达到68.6 MPa和1.5 GPa,与纯浆粕纸相比,力学性能有了较大的提升,电气强度达到25.1 k V/mm,同时具有较低的介电常数、介质损耗因数和较高的热稳定性。     

热老化对间位芳纶纸微观结构与电气性能的影响

针对某国产间位芳纶绝缘纸,自主搭建实验平台开展热老化特性评价,分别在105℃、155℃和180℃下开展周期为30 d的热老化实验,研究热老化过程中纸样化学结构、微观形貌以及电气性能的变化,并基于等温表面电位衰减法对比不同热老化阶段试样的表面陷阱分布特性,对不同老化温度下试样的聚合度和电气强度进行拟合。结果表明：热老化宏观上对间位芳纶纸的表面、截面均有破坏作用,整体引起聚合度的下降;微观上对间位芳纶纸分子结构中的酰胺键、C-N键和C=O键都有较大的破坏作用。热老化造成间位芳纶纸的体积电导率上升,电气强度下降。热老化过程中间位芳纶纸会短暂性地出现浅陷阱,随后消失,且温度越高,浅陷阱出现的时间越早,这对于间位芳纶纸热老化阶段的定量判断具有较大意义。     

芳纶纤维纸及研究进展

结合研发经历论述了芳纶纤维结构、制备,芳纶纤维纸的主要组成短切纤维和沉析纤维的制备方法、性能及其对芳纶纸性能的影响。介绍了芳纶纸在电气绝缘材料中的应用和重要地位、国内外研究的现状和进展。     

浅析芳纶纸在水轮发电机磁极中的应用

磁极是水轮发电机的重要组成部分,磁极铁芯经常使用芳纶纸作为极身绝缘材料。本文介绍了芳纶纸的基本特性以及芳纶纸在磁极铁芯中的应用情况。通过试验发现民士达YT510芳纶纸具有更好的表面平整性、挺度、可浸渍性及剥离强度,完全满足某公司水轮发电机磁极的铁芯制造工艺要求,制造后极身绝缘外观、服帖程度较好,绝缘电阻和耐电压等电气性能也符合该公司的技术规范;因此民士达YT510芳纶纸可用于制造大型水轮发电机磁极极身绝缘。     

硅烷偶联剂种类对纳米TiO2/间位芳纶复合绝缘纸电气性能的影响

为了进一步提高间位芳纶纸的绝缘性能,分别采用KH550、KH560、KH580、KH151硅烷偶联剂对纳米TiO₂进行处理,制得了纳米TiO₂/间位芳纶复合绝缘纸。主要研究了偶联剂种类对复合绝缘纸电气性能的影响,包括电气强度、体积电导率、电荷陷阱特性等,此外还探究了复合绝缘纸热学和力学性能的变化。对不同硅烷偶联剂接枝的TiO₂/间位芳纶界面进行了分子动力学模拟,从界面结合能和均方位移参数方面阐述了硅烷偶联剂对填料-基体界面的改善作用。结果表明：以电气绝缘性能为最主要的指标,硅烷偶联剂对复合绝缘纸改性效果从高到低依次为KH550、KH151、KH560、KH580;合适种类的硅烷偶联剂可有效改善纳米填料在基体中的分散性,提高复合绝缘纸的击穿电压和体积电阻率,并对芳纶纤维的耐温性和机械强度有一定的增强作用。     

涂覆聚间苯二甲酰间苯二胺浆液提高间位芳纶纸电气强度的研究

采用不同固含量的聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）浆液对间位芳纶纸进行表面涂覆,然后对涂覆PMIA浆液后的间位芳纶纸进行烘干处理。采用冷场发射扫描电子显微镜、万能试验机、宽频介电阻抗谱仪和电气强度测试仪表征改性间位芳纶纸的形貌、力学性能、介电性能和电气强度。结果表明：PMIA浆液能够改变间位芳纶纸的结构,并减小间位芳纶纸内部孔洞。当表面涂覆的PMIA浆液的固含量为10%时,间位芳纶纸的横向和纵向抗张强度分别提升至51.3 MPa和94.4 MPa。此外,涂覆固含量为10%的PMIA浆液的间位芳纶纸介电常数为2.07,电气强度提升至29.83 kV/mm。表面涂覆PMIA浆液后的间位芳纶纸力学性能和电气强度优于原始芳纶纸,并且在180℃下处理后,改性间位芳纶纸的力学性能和电气强度仍优于原始间位芳纶纸,能够满足芳纶纸在更高电场强环境中的应用,进一步拓宽了芳纶纸的应用领域。     

基于分子动力学的芳纶/功能化碳纳米管复合材料体系热力学性能模拟

对位芳纶绝缘纸以其优异的介电性能、力学性能在电气绝缘领域得到广泛应用。为探究不同功能化碳纳米管与对位芳纶共掺的复合材料热力学性能,该文通过分子动力学模拟方法建立了对位芳纶分子体系模型、未功能化碳纳米管以及分别接枝羟基、羧基和氨基官能团的芳纶/功能化碳纳米管复合体系模型。在Materials Studio和LAMMPS中计算了复合材料热导率、玻璃化转变温度、力学性能、结构参数及相对介电常数。结果表明,芳纶复合材料体系各项性能均有不同幅度提升。芳纶/羧基化碳纳米管(PPTA/CNT—COOH)的热导率较掺杂前提升了75.4%,玻璃化转变温度提升了43.29 K。芳纶/羟基化碳纳米管(PPTA/CNT—OH)和芳纶/氨基化碳纳米管(PPTA/CNT—NH₂)的热导率依次提升70.2%和63.2%。在力学性能上,复合材料比掺杂前的弹性模量平均增强30%以上,剪切模量增强15%以上。通过计算体系结构参数,从均方位移、自由体积占比、氢键数量与结合强度等分子层面阐释了材料性能增强的内在机理,最终发现PPTA/CNT—COOH在热力学性能上较其他掺杂体系提升最为明显,且碳纳米管的...     

钝化剂对绝缘纸和绝缘纸板绝缘寿命及电气性能的影响

为了研究钝化剂对绝缘纸和绝缘纸板性能的影响,在120℃下对含钝化剂和不含钝化剂的绝缘纸板进行加速老化实验,通过测定绝缘油中糠醛含量以及绝缘纸的聚合度,研究钝化剂对绝缘纸绝缘寿命的影响;通过测定绝缘纸板的电气强度、体积电阻率和介质损耗因数,研究钝化剂对绝缘纸板电气性能的影响。结果表明:添加钝化剂前后,绝缘纸的聚合度和油中糠醛含量没有明显差别;绝缘纸板的电气强度、体积电阻率和介质损耗因数也未发生明显变化。说明,添加钝化剂对绝缘纸和绝缘纸板的性能没有影响。     

间位芳纶短切纤维/浆粕的配比对芳纶绝缘纸性能的影响

为了研究间位芳纶短切纤维和浆粕的配比对间位芳纶绝缘纸机械性能和介电性能的影响规律及机理,实验室制备了不同纤维配比的芳纶绝缘纸,测量了芳纶纸的拉伸强度和断裂伸长率,芳纶纸的相对介电常数和介质损耗的频域介电曲线,以及在工频电压下的击穿场强。对比了芳纶绝缘纸和410型Nomex纸的拉伸性能、介电性能以及热稳定性,并结合芳纶纤维的结晶性能及形态分析了纤维配比对芳纶纸拉伸性能和介电性能的影响机理。实验结果表明:随着短切纤维含量的增加,芳纶纸的拉伸强度和断裂伸长率先增大后减小,相对介电常数逐渐减小,介质损耗在低频段(10-1~102 Hz)逐渐增大而在高频段(104~106 Hz)变化不大,击穿场强随有较大幅度的降低。实验室自制的芳纶绝缘纸的热稳定性已达到Nomex纸的水平,拉伸性能介于Nomex纸横、纵向性能之间。当短切纤维含量较多时,会向芳纶纸中引入较多的微小孔洞,导致芳纶纸的击穿场强有所降低。     

锥-板电极下叠层芳纶纸的局部放电特性研究

间位芳纶具有极高的绝缘强度和组分稳定性,是电气绝缘领域新一代绝缘纸的理想基材。为研究极不均匀电场下,干式绝缘用间位芳纶叠层纸的击穿特性和局部放电发展特性,探究多叠层芳纶纸在长时间加压下的绝缘失效现象,选用锥-板电极构建极不均匀电场,开展了锥-板电极下叠层芳纶纸的恒压局部放电实验。基于叠层击穿电压和击穿时延测试选取了合理的恒压参数,接着制备了不同局放时间的叠层纸样品,并对其碳痕形态、官能团分解情况、陷阱特性和剩余绝缘强度进行了测试。结果表明：叠层厚度由单层0.18 mm增长至6层1.08 mm时,芳纶纸电气强度下降了48.59%;根据局放过程中“放电量-相位”特征谱图和典型放电现象,局放发展过程可以划分为放电起始、放电发展和预击穿阶段;击穿点处损毁形式呈现大面积的沿面碳痕,碳痕处的N-H、CO-NH等酰胺基团分解,碳痕化后的样品深、浅陷阱能级均变小,局放导致的碳痕生长在一定程度上可以提升锥-板电极下材料的电气强度,均化锥-板电极的电场。     

高性能印制电路板用聚芳酰胺纤维纸的研究进展

综述了高性能印制电路板(PCB)用聚芳酰胺纤维纸的性能特点,通过对其发展背景及市场需求的论述,讨论了相关制备技术的发展趋势,并介绍了本课题组的研究进展。     

水分对电容式套管油浸纸热老化特性影响的试验研究

本文中作者对油纸套管的内绝缘的结构与设计原理进行了研究,对电容式套管绝缘纸的加速热老化试验结果进行了分析,并给出了结论。     

水分和温度联合作用时油浸绝缘纸空间电荷特性

油纸绝缘介质内部积聚的空间电荷与其绝缘性能密切相关,它可以导致介质内部电场分布的畸变,对局部电场起到削弱或加强的作用,若电场畸变严重,将引起绝缘材料的击穿和老化,直接影响绝缘系统的可靠性和安全性。水分和温度被认为是危害油纸绝缘介电强度和绝缘寿命的最主要因素,为了解它的特性,采用电声脉冲(PEA)法研究了油纸绝缘介质在温度和水分联合作用下空间电荷的注入、迁移、积聚和消散特性,进一步分析了水分和温度联合作用对油浸绝缘纸直流击穿和电荷积聚行为的影响。结果表明:油浸绝缘纸的水分含量和温度越高,其内部正负电荷的注入和迁移就越显著,而且油浸绝缘纸内部积聚的空间电荷在撤去外加场强后消散得也越快;对于未被外加场强击穿的油浸绝缘纸,其内部慢速运动电荷的量随着水分含量和温度的升高而减少;而对于被外加场强击穿的油浸绝缘纸,在击穿前其内部仅积聚极少量的负电荷。     

基于频域介电谱法的变压器油纸绝缘套管受潮状况分析

近年来频域介电谱法(frequency domain spectrum,FDS)作为一种无损检测方法,逐渐被尝试用来检测大型变压器、套管等油纸绝缘设备的绝缘状态。采用该方法对某500 kV变电站主变压器高中压中性点套管及低压故障套管进行了现场离线测量,然后将所测结果与实验室结果进行比对,分析其故障原因,实现了对现场实测数据的定性和定量分析,确认该批次套管存在出厂时套管芯子干燥不充分问题。研究表明,频域介电谱法不仅能够定性地反映套管内部受潮状况和受潮原因,而且还可以对其受潮程度进行定量分析,从而为该方法在实际生产中的进一步应用提供了理论和实践基础。     

电励磁风电转子绝缘结构设计、制造工艺和绝缘性能研究

为降低风力发电机的生产成本,采用电磁励转子代替永磁体转子进行电励磁风力发电机转子的开发、设计和制造,避免使用磁钢。开展了电励磁风力发电机转子绝缘结构设计、制造工艺和性能试验研究。结果表明:开发的电励磁风力发电机转子绝缘结构、制造工艺和绝缘性能均满足发电机设计要求,通过了真机型式试验和用户验收,填补了国内空白,可投入批量化生产。     

局部放电作用下油浸绝缘纸的微观结构及电气性能

对局部放电损伤过程中油浸绝缘纸的微观结构及其与电气性能的关系进行研究。使用原子力显微镜和X射线衍射仪等材料分析手段与介电谱仪、高阻仪和柱-柱电极等电气分析手段相结合的方法,分析损伤过程中油浸绝缘纸分子链结构、聚集态结构及介电常数、介质损耗因数、体积电导率和电气强度。结果表明：损伤过程中,绝缘纸结晶区比无定形区更易受到局部放电破坏;结晶度呈上升趋势且晶粒取向加强,但晶粒大小、晶体类型和二相共存结构未发生改变;结晶度升高和晶粒取向加强造成介电常数、体积电导率和介质损耗因数呈下降趋势,但电气强度呈上升趋势;结晶和取向改变了分子、离子和电子的活动性,是造成电气性能变化的重要原因。     

不同含水量对油纸绝缘老化速率的影响

电气绝缘是电气设备的重要组成部分,是电气设备安全运行的关健因素之一。油纸绝缘系统受潮会使绝缘材料降解老化、介质损耗增加及绝缘电阻降低,最终导致设备的运行寿命受到严重影响。分析了绝缘受潮后对油纸绝缘系统的影响,并通过对不同受潮程度的油纸绝缘试样的老化试验,研究了不同含水量对油纸绝缘系统老化速率的影响。研究表明,受潮会加速绝缘老化,缩短电气设备的绝缘寿命。