可应用于带电作业装备防护的高导热绝缘复合材料的制备

高分子基体与高导热填料复合的导热绝缘复合材料是解决带电作业机器人等机械设备绝缘防护、电子电气设备散热问题的良好解决方案.本研究采用硅烷偶联剂KH550对微米级氧化铝(A12O3)表面进行修饰,混合高导热的碳纳米管(CNT)作为导热填料,选用耐受温度范围广和耐腐蚀的硅橡胶(SR)作为高分子基体,制备了硅橡胶复合材料,并对其性能进行测试.结果表明:A1203/CNT混合填料总含量在10％,CNT占比为0.3％时,SR复合材料的热导率高达0.268 W/(m·K),相比SR提升了103.1％,体积电阻率为10.5x1012 Ω·cm,相对介电常数几乎不变,邵氏A硬度和杨氏模量略微增大.     

氧化铝微米片/环氧树脂复合材料导热性能的研究

以二维Al_2O_3微米片为填料,采用涂布技术制备了高导热的Al_2O_3微米片/环氧树脂复合材料。采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)、导热仪等研究了复合材料的结构与导热性能之间的关系。结果表明:复合材料的导热系数随着Al_2O_3微米片含量的增加而增大;当Al_2O_3微米片添加量为50%时,复合材料的导热系数达到1.08 W/(m·K),而无规则Al_2O_3填充的复合材料导热系数只有0.61 W/(m·K)。复合材料的介电常数随着Al_2O_3微米片含量的增加略微有所增大,力学性能略微低于无规则Al_2O_3填充的复合材料。     

电池用隔热防火可瓷化硅橡胶复合材料

以甲基乙烯基硅橡胶为基体,云母为成瓷填料,气凝胶、海泡石纤维、空心玻璃微珠3种无机材料分别为隔热填料,通过共混法制备了隔热防火可瓷化硅橡胶复合材料,并对复合材料烧结前的力学性能、密度、导热系数以及烧结后形成的多孔陶瓷材料的密度、导热系数和烧结形貌进行表征。结果表明:在高温下,采用海泡石纤维制备的隔热防火可瓷化复合材料的隔热性能优于另外两种;隔热防火可瓷化硅橡胶复合材料常温下的导热系数高于传统可瓷化硅橡胶,烧结后的导热系数最低可达0.074 W/(m·K);烧结后复合材料的外观形貌完整,无明显裂纹,有望应用于新能源电池隔热防火界面材料领域。     

石墨烯/氧化铝微-纳杂化网络及导热电绝缘硅橡胶复合材料

日益发展的微电子设备对导热电绝缘热界面材料提出了更高的要求,通过构筑微-纳杂化导热网络实现了高导热电绝缘硅橡胶复合材料的制备.首先通过简单、环保的水相静电自组装策略制备了纳米氧化铝包覆的氧化石墨烯,随后通过高温热处理将其还原为TRGO@Al2O3纳米杂化填料.将其与微米氧化铝复配填充至双组份液体硅橡胶中,通过调节纳米氧化铝颗粒和氧化石墨烯的比例,研究不同纳米氧化铝包覆量对体系热导率和体积电阻的影响;通过控制纳米杂化填料与微米氧化铝颗粒间的复配比例,研究此微-纳杂化体系的导热协同效应.结果表明:在体积分数为3％的TRGO@Al2O3和54％的微米氧化铝颗粒复配时,复合材料的热导率约为2.5W/(m·K),且体积电阻处于电绝缘水平(≥109Ω·cm).     

纳米碳化硅/液体硅橡胶复合材料非线性电导特性

为解决高压直流电缆附件中因复合绝缘材料电导率差异而引起的电场分布不均问题,采用纳米碳化硅为填料,对附件绝缘加成型液体硅橡胶进行改性,制备了具有非线性电导特性的纳米碳化硅/液体硅橡胶复合材料。同时对比研究了纯硅橡胶和质量分数分别为1%、3%、5%的纳米碳化硅/液体硅橡胶复合材料的非线性电导特性和介电特性。研究结果表明:相比于纯硅橡胶,纳米碳化硅/液体硅橡胶复合材料的电导率从原来的10-15 S/m增加到10-14~10-13 S/m左右,非线性系数由0.3提高到1.03,相对介电常数增加了0.46,介质损耗因数基本不变。为了验证非线性纳米碳化硅/液体硅橡胶复合材料在直流电缆附件内均化电场的效果,采用Comsol-Multiphysics软件,对其电缆终端和中间接头内的电场分布进行了仿真分析。仿真结果表明:将非线性纳米碳化硅/液体硅橡胶复合材料应用于高压直流电缆附件应力锥处,其电场集中最大值下降了80%,实现了均化电场的目的。     

燃煤电厂锅炉中颗粒物在选择性催化还原、静电除尘器和烟气脱硫入口处的分布特性

采用承重撞击器颗粒物采样系统在国内某燃煤电厂4#锅炉进行颗粒物采集,采样点包括选择性催化还原(SCR)入口、静电除尘器(ESP)入口和烟气脱硫(FGD)入口。对采集的颗粒物的质量粒径分布特性和无机成分分布特性进行研究,结果表明相较于 SCR 入口,ESP 入口处 PM0.2~10的量减少24.45%,但主要减少超微米颗粒物;该锅炉ESP的效率很高,对 PM0.2~1.0、PM0.2~2.5和 PM0.2~10的脱除率分别达到99.52%、99.64%和99.79%;S在各采样点浓度差异明显,Al、Si的差异主要体现在亚微米颗粒物,Na、Ca浓度几乎不变;FGD入口,PM0.2~1.0中各无机元素的排放总量分别为：Na 0.03 mg/m3、Ca 0.19 mg/m3、Al 0.11 mg/m3、Si 0.26 mg/m3和S 0.08 mg/m3。     

钛酸钡填料形状对其聚合物复合材料介电性能的影响

分别以钛酸钡纳米棒、钛酸钡纳米颗粒和钛酸钡微米颗粒作为填料,以聚偏氟乙烯(PVDF)作为基体,制备了3个系列高介电复合材料,并用阻抗分析仪对复合材料的介电性能进行了分析,研究填料形状对聚合物复合材料介电性能的影响。结果表明:随着钛酸钡填料体积分数的增加,复合材料的介电常数均明显增加,同时介质损耗也保持在较低水平。当电场频率为1 kHz、填料体积分数为40%时,钛酸钡纳米棒/PVDF的介电常数在3个系列复合材料中最高,达到24.1。     

多壁碳纳米管协同改性及高介电纳米复合材料的制备

以硬脂酸(SA)和铝酸酯(ACA)为改性剂,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为表面活性剂对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行协同改性。然后以改性碳纳米管为填料,硅橡胶(SR)为基体,通过溶液共混方法制备了MWCNTs/SR复合材料,研究协同改性对MWCNTs/SR复合材料性能的影响。由SEM表征可知,协同改性后碳纳米管在复合材料中的分散性得到改善。通过TGA表征发现,碳纳米管经协同改性之后能显著提高复合材料的热稳定性,与未改性MWCNTs/硅橡胶复合材料相比,其分解温度(T(onset))由438.9℃提高到473.2℃。在100 Hz条件下,MWCNTs/SR复合材料的介电常数由270增至970,增幅高达259%。经协同改性制备的复合材料具有更高的介电常数,且介质损耗基本不变。     

偶联剂协同低温等离子体的复合材料氧化铝填料表面改性

环氧树脂广泛应用在电机绝缘领域,向树脂中添加微米氧化铝可以减缓绝缘老化的侵蚀,为了进一步提升氧化铝/环氧树脂复合材料电气性能,本文引入偶联剂协同低温等离子体复合改性方法对氧化铝填料进行表面处理。将偶联剂包覆改性后的微米氧化铝置于重复脉冲低温等离子体中分别进行0~9min表面改性处理,其次将氧化铝掺杂进环氧树脂中制备复合材料。观测氧化铝填料外表的形貌、官能团及结构变化,对复合材料局部放电起始电压进行测试分析。结果表明,偶联剂和低温等离子体复合改性能有效提升氧化铝填料表面活性官能团的含量,为氧化铝与树脂基体的紧密键合提供了基础,进而提升了氧化铝/环氧树脂复合材料的电气性能。在复合改性中等离子体处理时间为3min时,氧化铝填料表面含氧基团的含量相对于单一偶联剂改性增长了3.32%,表面偶联剂的接枝率提升了24.5%,复合材料的电气性能提升了7.9%。     

DMA测量环氧树脂灌封材料线膨胀系数的研究

采用DMA的TMA模式对E51环氧树脂固化物的线膨胀系数进行测试,分析固化剂种类(甲基四氢苯酐(MeTHPA)、4,4-二氨基二苯甲烷(DDM)、双氰胺(Dicy))、填充粉体种类及用量等因素对其线膨胀系数的影响.结果表明:当TTg时,E51/Dicy固化物的线膨胀系数大于E51/MeTHPA固化物和E51/DDM固化物.分别填充SiO2、Al(OH)3和Al2O3后,环氧复合材料的线膨胀系数较纯环氧材料明显减小,且填充Al2O3的环氧复合材料线膨胀系数最小.同时环氧复合材料的线膨胀系数随无机填料填充量增加而增大,但当无机填料的质量分数达到70％～80％时,线膨胀系数随填充量的变化则较小.     

高绝缘、高介电硅橡胶材料的研究进展

硅橡胶作为典型的绝缘材料,具有优异的绝缘性能、防污性能和可加工性,在高压输电和电气设备外绝缘方面都应用广泛。随着电子元器件、集成电路、电力输送系统等实际应用的快速发展,对常用于设备绝缘保护的硅橡胶材料的绝缘性能和介电性能也提出了更高的要求。在硅橡胶中掺杂填料,可以有效地提高硅橡胶的相对介电常数和击穿场强。目前常用的填料有高相对介电常数填料、宽带隙填料、碳系填料、金属填料,以及混合填料等。本文总结了提高硅橡胶复合材料介电性能和绝缘性能的相关研究,对硅橡胶复合材料的发展进行了展望。     

基于等离子体处理的硅橡胶憎水恢复物理模型及评价方法研究

憎水恢复性是硅橡胶复合绝缘子的特有性能,为保持电网输变电设备外绝缘水平和安全稳定运行提供了重要保障。目前,针对复合绝缘子运行放电工况下表面憎水性减弱及恢复特性,缺少快速有效的定量评估方法。该文利用等离子体处理方法模拟复合绝缘子硅橡胶在运行放电工况下憎水性减弱及恢复现象,基于小分子扩散理论和菲克第二定律建立等离子体老化后的硅橡胶表面憎水恢复的动态物理模型,并通过数学推导得出硅橡胶小分子扩散系数D的计算公式。实验发现,仅经过3min的等离子体处理,硅橡胶表面就转变为完全亲水,且小分子在硅橡胶无机硅氧层中的扩散系数D数量级为10~(-16) cm~2/s。对比等离子体法与涂污法发现,两者对同系列试样的检测结果趋势一致,具有等效性。气相色谱与质谱联用法试验结果表明,硅橡胶中无机填料氢氧化铝(aluminum hydroxide,ATH)的含量越高,硅橡胶中有机小分子总浓度就越低,当硅橡胶中ATH含量增加时,其憎水恢复性则减弱。等离子体处理法测试得到的小分子扩散系数D可用于定量评价运行复合绝缘子硅橡胶的憎水恢复性。     

高导热环氧树脂复合绝缘材料的制备与性能研究

环氧树脂等高分子聚合物材料热导率低,长期使用时,存在热导致的故障和绝缘失效等隐患.通过向环氧树脂中填充具有高导热性和高绝缘性的微米氮化硼和纳米氧化铝填料制备高导热复合绝缘材料,研究填料填充量及配比对复合材料导热性能和绝缘性能的影响.结果表明:当总填充量为30％,微米h-BN与纳米A12O3的质量比为3∶1时,复合材料的热导率、击穿时间和复介电常数虚部ε"分别为1.182 0W/(m·K)、31.9 s和0.034,比环氧树脂分别提升了697％、21.4％和406％,且复合材料在高频高压电场下具有良好的耐受性能.     

硅微粉/气相SiO_2/环氧树脂复合材料的制备与力学性能研究

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对硅微粉、气相SiO2进行表面改性后,分别使用单一的硅微粉、气相SiO2及复配的硅微粉/气相SiO2作为填料,对环氧树脂电子灌封胶进行改性,制得二元或三元体系的复合材料,并对其力学性能进行比较分析。结果表明:与采用单一填料改性的二元体系相比,采用硅微粉和气相SiO2组合填料改性的三元体系环氧复合材料的力学性能较好;当m(环氧树脂)∶m(硅微粉)∶m(气相SiO2)=100∶120∶3时,复合材料的弯曲强度达到最大值161.44MPa。     

氮化硼纳米片/氢氧化镁/聚乙烯复合材料导热性能研究

以低密度聚乙烯(LDPE)为基体材料,选用氮化硼纳米片(BNNs)作为第一掺杂填料,选取氢氧化镁(Mg(OH)₂)作为第二填料,基于熔融共混法制备多填料结构绝缘复合材料,研究了常温常压下两种填料掺杂量对不同厚度的复合材料热导率的影响。结果表明：在多填料复合体系中,Mg(OH)₂会改变BNNs在基体中的取向度、连接度从而影响复合材料的热导率。3种试样厚度下高填量的Mg(OH)₂均会增强复合材料的轴向热导率。薄厚度下Mg(OH)₂的掺入不利于复合材料径向热导率的提升。较厚厚度下,适量的Mg(OH)₂能够增强复合材料的径向导热性能,当BNNs的质量分数为20%,Mg(OH)₂的质量分数为40%时,复合材料的热导率最高可达纯LDPE热导率的12倍。     

微/纳米氧化铝/环氧树脂复合材料抑制电树枝生长能力的研究

为研究微、纳米氧化铝无机颗粒对环氧树脂抑制电树枝生长能力的影响,制备出了不同含量微、纳米氧化铝/环氧树脂复合材料。通过针板电极进行局放实验,观察环氧复合材料电树生长分布情况,研究了微、纳米无机颗粒对复合材料抑制电树生长能力的影响。实验结果表明,微米氧化铝显著增强了环氧树脂的抑制电树枝生长能力,而纳米氧化铝对环氧树脂的抑制电树枝生长能力影响不大。当微、纳米氧化铝颗粒含量增加时,复合材料的抑制电树枝生长能力逐渐增强。当微米氧化铝颗粒含量达到20wt%时,微米氧化铝/环氧树脂复合材料的抑制电树枝生长能力是纯环氧的1.8倍。     

低温环境下环氧树脂氧化铝复合材料的介电性能变化规律研究

为了研究极寒地区环氧树脂复合材料应用的可靠性,制备了微米Al_2O_3填料含量分别为0、20%、50%和75%的环氧树脂试样,采用恒温试验箱对试样进行低温冷冻处理,并测试了试样的介质损耗因数和介电常数,得到不同温度下、不同Al_2O_3含量环氧树脂材料的介电性能变化规律,分析了环氧树脂复合材料介电性能变化的原因。结果表明:随着微米Al_2O_3填料含量的增加,环氧树脂复合材料的介质损耗因数减小,相对介电常数增大;随着温度的降低,环氧树脂复合材料的介质损耗因数呈先增大后减小的趋势,相对介电常数呈减小趋势。     

熔盐法制备的锶铁氧体磁粉的形貌、结构及磁性

用熔盐法制备了锶铁氧体(SrM)磁粉,改变盐的种类及组成、预烧温度Th及保温时间,可以很容易地控制SrM磁粉的粒子大小及分布、形貌、结构和磁性。实验表明,用BaCl2及K2SO4作助熔剂时,可以制备出磁性很好的亚微米SrM磁粉:粒子尺寸0.3~0.5μm,σ16=74.4~79.3μWb.m/kg(σ16为Hm=1273kA/m时的磁化强度),HCJ=414~329kA/m。而用KCl及NaBO2.4H2O作助熔剂时,可以制备粒径均匀、直径厚度比(D/t)很大的扁平状六角形SrM磁粉。这种磁粉适宜于生产高性能的柔性粘结磁体。而前述的亚微米SrM磁粉适宜于生产高矫顽力的烧结磁体。     

Ti02/环氧复合材料脉冲真空沿面闪络特性

为了揭示微米TiO2填料对环氧复合材料真空快脉冲作用下的沿面闪络特性的影响,并探讨相关影响因素的作用机理,制备了6种不同填料含量的TiO2/环氧复合材料,测试了各种试样在30 ns(脉冲前沿)/200ns(半高宽)脉冲作用下的真空沿面闪络电压,并测量了介电频谱和热刺激去极化电流(TSDC)。结果显示,TiO2质量分数(wt%)的变化对Ti02/环氧复合材料的闪络电压有显著影响,但两者之间并不是线性关系;随着填料质量分数的增加,复合材料的介电常数和电导率都逐渐增加;所有实验材料都存在深、浅两种不同的陷阱能级,深陷阱电荷量和浅陷阱电荷量随填料质量分数的变化呈现出不同的变化规律。分析认为,Ti02/环氧复合材料的真空快脉冲沿面闪络特性不能由介电常数和电导率等影响因素的变化趋势单独解释,而针对闪络的深浅陷阱共同作用模型可以很好地解释闪络电压的实验结果。同时,根据实验结果对闪络的深浅陷阱共同作用模型进行完善,提出了当填料质量分数较低时,浅陷阱将显著降低材料的闪络强度,而当填料质量分数较高时,深陷阱对闪络强度的增强作用更为明显。     

硅烷偶联剂对介电弹性体复合材料电-机转化敏感度的影响

利用硅烷偶联剂KH550、KH570对无机纳米TiO2粒子进行表面改性,经机械共混及压延成型方法制备出3种界面结构的TiO2/室温硫化硅橡胶(RTV)介电弹性体复合材料。利用FTIR及DSC研究TiO2纳米粒子的表面改性情况,并研究不同硅烷偶联剂对复合材料介电性能和力学性能的影响。结果表明:KH550改性TiO2掺杂的复合材料较纯TiO2或KH570改性掺杂的复合材料其功能性明显提高。采用KH550改性TiO2使得复合材料拥有更高的介电常数,更低的弹性模量,使电-机转化敏感度较未改性前提高了57.4%。