蒙脱土改性环氧树脂复合材料的制备及性能研究

通过把有机蒙脱土(oMMT)分散到环氧树脂(EP)中制备出环氧树脂/有机蒙脱土(EP/oMMT)纳米复合材料.利用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对EP/oMMT纳米复合材料的微观结构进行了分析表征,利用热重分析仪、马丁耐热试验仪、冲击试验仪和介损分析仪测试了该复合材料的耐热性能、机械性能和介电性能.结果表明:有机蒙脱土以球形和蜷曲带形两种形态存在于树脂基体中,平均尺寸为20nm;混合温度为90℃时所得复合材料中oMMT的分散性较好,EP和oMMT的两相界面粘接也较好,复合材料的马丁耐热温度和冲击强度比未改性树脂分别提高了10℃和31.6%.复合材料的冲击强度随蒙脱土含量的增加而提高,并在蒙脱土含量为2phr时达到最大值23.6kJ/m2;通过研究复合材料的两相结构与冲击韧性的关系,推断出蒙脱土增韧环氧树脂的增韧机理为基体的剪切屈服机理;复合材料的介电常数(εr)和介电损耗角正切(tanδ)均有所降低,εr随温度的变化趋势与未改性环氧树脂相似,而蒙脱土的加入延缓了tanδ随温度增加而增大的速率.     

蒙脱土改性绝缘纸的制备及其电气特性研究

为探究蒙脱土的掺杂对绝缘纸电气特性的影响,以实验室自制绝缘纸手抄片为原料制备出绝缘纸/蒙脱土复合材料,并根据改性绝缘纸的击穿场强和抗张强度随蒙脱土添加量的变化规律,确定了9%的蒙脱土最佳掺杂量。然后,从工频击穿场强、相对介电常数及局部放电3个方面对掺杂9%蒙脱土的改性绝缘纸的电气性能进行了研究。最后,基于扫描电镜照片和X射线衍射图谱分析了蒙脱土提升绝缘纸电气性能的相关机理。试验结果表明:蒙脱土能够比较均匀地物理分散在绝缘纸中,没有发生插层或层间剥离现象;蒙脱土的掺杂能显著提高绝缘纸的击穿强度,降低绝缘纸的相对介电常数,有效抑制油纸绝缘系统局部放电的产生和发展。     

天然酯-普通纸(或热稳定纸)绝缘热老化特性

为研究新型绝缘油天然酯与两种绝缘纸组成的酯-纸绝缘热老化特性,将天然酯-普通纸和天然酯-热稳定纸绝缘试品,在90℃、110℃和130℃下进行了399 d的热老化试验.结果表明:天然酯-纸绝缘中,相同老化条件下,热稳定纸聚合度和稳定聚合度都分别明显高于普通纸;通过热稳定纸中含有双氰胺的红外光谱分析,从官能团角度研究了热稳定纸抑制绝缘老化的两大机制.热稳定纸能吸附较多糠醛;对同一种酯-纸绝缘,糠醛仍可作为衡量变压器中酯-纸绝缘老化程度的参量;对不同绝缘纸的酯-纸绝缘,糠醛含量的差异不能表征它们之间绝缘纸老化程度的差异.研究了这两种不同酯-纸绝缘老化过程中,酯中微水含量变化规律的异同,从而建议使用天然酯的变压器,用热稳定纸作为与之匹配的固体绝缘材料,以利于酯在老化过程中保持较好绝缘性能.     

蒙脱土改性聚乙烯复合材料的高场介电性能研究

利用熔融插层法制备了聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料,研究蒙脱土对聚乙烯介电性能的影响。研究分析了纯聚乙烯和不同的聚乙烯/蒙脱土复合材料的树枝化性能,通过直流预电应力电树引发试验,探讨了空间电荷的极性效应对不同材料树枝化性能的影响。试验结果表明:与纯聚乙烯和其他复合材料相比,加入相容剂的聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的电树潜伏期更长,电树生长速度更慢,而且显示出与LDPE不同的极性效应。不同材料的热激电流(TSC)试验结果显示:聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的松弛时间分布展宽,峰值增高,说明在纳米复合材料中引入了更多的陷阱能级,这些陷阱调制了载流子浓度和迁移率,从而抑制了树枝的起始与生长。     

植物绝缘油-纸复合绝缘热老化特性研究

为研究植物油-纸绝缘的热老化产物生成规律和绝缘特性,以植物绝缘油和矿物绝缘油分别与绝缘纸组成油-纸复合绝缘,在110℃和130℃下进行加速热老化试验。结果表明:随着老化时间的延长,两种绝缘油的酸值、糠醛含量、油中溶解气体含量均增加,闪点和界面张力均下降;相同老化条件下,植物绝缘油的酸值、产气量比矿物绝缘油的大,植物绝缘油中糠醛含量少于矿物绝缘油。     

聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的热失重-红外光谱研究

采用聚丙烯接枝共聚物为相容剂,制得了聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料。透射电镜结果显示形成了纳米结构。通过热失重-红外分析联用的方法研究了聚丙烯及其纳米复合材料在氮气气氛下的热分解行为,纳米复合材料的10%热失重温度与聚丙烯相比分别提高50℃左右,10%热失重分解时间滞后300 s左右。这说明蒙脱土片层在热分解的过程中有限制聚合物碳碳键断裂产生的挥发性分解产物从复合材料中逃逸的作用和吸附分解产物的作用。     

环氧树脂/有机蒙脱土纳米复合材料的制备与表征

分别采用熔融插层法与溶液插层法制备了环氧树脂/有机化蒙脱土纳米复合材料,并对不同工艺条件下制备的复合材料结构进行了表征。用X射线衍射法(XRD)测试了有机化蒙脱土在被插层前后片层间距的变化,用扫描电子显微镜(SEM)观察了复合材料冲击断面相态结构与蒙脱土在有机相中的分散情况。结果表明环氧树脂分子插入到经有机化改性的蒙脱土片层中,蒙脱土在环氧树脂固化过程中剥离成纳米级颗粒,无序的分散在环氧树脂基体中,且溶液插层法更有利于蒙脱土片层的剥离。通过热重分析(TGA)测试发现,溶液插层法制备的试样中残留的溶剂对复合材料的热性能影响很大。     

聚丙烯/有机蒙脱土纳米复合材的制备及性能研究

本文采用熔体插层法在双螺杆挤出机中制备了PP／OMMT纳米复合材料，讨论了有机化改性、相容剂以及辐照、接枝处理等因素对纳米复合材料性能的影响。用各种手段（SEM、TEM、DSC和XRD）对所制得的复合材料的形态结构进行表征。研究结果表明：对MMT进行有机化改性、加入适当的相容剂以及进行辐照、接枝处理的确能使复合材料的力学性能有所提高。形态结构表征证明：PP基体与纳米填料间的相容性增加，两者间的界面相互作用得到了加强；OMMT片层在PP基体中达到纳米级的分散。     

新型环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的制备、结构和性能

用一种新型的有机试剂制备有机蒙脱土，并将有机蒙脱土与环氧树脂复合制备了环氧树脂／蒙脱土纳米复合材料。研究结果表明，这种新型的有机改性剂是一种高效的插层剂。同时表现出对环氧树脂固化明显的促进作用。由于有机蒙脱土层间催化中心的引入，将有机蒙脱土与环氧树脂复合可成功制备纳米复合材料。当有机土含量小于8份(相对于100份环氧树脂)时有机土以剥离的纳米级片层结构为主，当有机土含量大于8份时有机土以剥离和插层的纳米结构并存。带活性基团的有机土使环氧树脂的凝胶活化能降低，使复合材料的耐热性能得到较大的提高。     

聚酰亚胺／蒙脱土纳米复合薄膜的制备和性能研究

本文以均苯四甲酸二酐（PMDA）和4,4’－二氨基二苯醚（DAPE）作主要原料合成的聚酰亚胺（PI）为基体,以有机化蒙脱土（MMT）为无机相,制备了聚酰亚胺／MMT纳米复合薄膜,采用透射电镜（TEM）,X射线衍射（XRD）对薄膜微相形态结构进行了分析测试,考察了薄膜的拉伸强度,电气性能和热性能。     

纳米Al_2O_3掺杂对绝缘纸热老化电气特性的影响

为探究纳米Al_2O_3掺杂对纤维素绝缘纸热老化条件下电气特性的影响,在实验室制备了纳米Al_2O_3掺杂质量分数为2%的复合绝缘纸和普通绝缘纸手抄片,浸油后形成油纸复合绝缘样品,并在130℃老化箱中开展加速热老化试验。试验测试了不同老化阶段纳米复合纸与普通纸的电气参数及油纸老化产物,研究了纳米Al_2O_3掺杂提升绝缘纸电气性能的机理,并分析得到了老化过程对绝缘纸电气性能的影响规律。研究结果表明:掺杂纳米Al_2O_3的复合绝缘纸具有较好的交直流电气特性和抗热老化性能,认为纳米Al_2O_3的"介电双层"结构有效减弱了绝缘纸内界面极化和转向极化,降低了绝缘纸的相对介电常数及介质损耗。纳米Al_2O_3掺杂可以有效降低绝缘纸中载流子迁移率,增大其体积电阻率。Al_2O_3的高热导率及其与纤维素间的连接作用增大了绝缘纸热导率,加速了绝缘纸内热量扩散,提升了绝缘纸抗热老化性能。     

电力变压器绝缘纸热老化的击穿电压特性

基于对矿物油、植物油分别与热稳定绝缘纸组成的油纸绝缘系统在90℃、110℃、130℃下进行的500多天的加速热老化试验,研究了其击穿电压特性变化规律,并且进一步分析了变化产生的主要原因。试验结果表明:两种油纸组合在三个温度下,击穿电压均有上升的趋势,以110℃和90℃下的样品尤为明显;植物油组合的油纸绝缘击穿电压整体高于矿物油组合的油纸绝缘;击穿电压与老化温度、绝缘纸聚合度之间并无明显关系;在老化过程中,整个油纸绝缘系统并未达到水分平衡,绝缘纸中微水含量基本保持在2%以内,老化过程中的微水对绝缘纸的击穿电压影响不大。     

电力变压器用绝缘纸热老化的微观结构及形貌研究

对绝缘纸在热老化过程中微观形貌、纸纤维的结构以及其超微结构等的变化发展进行研究。通过对比绝缘纸样品的原子力显微镜图片，发现初始绝缘纸纤维素的原子排列致密而有序，但经过加速热老化后葡萄糖单体的六边形结构受到破坏。此外，通过扫描电镜照片可以发现纤维素的细胞壁在老化过程中逐渐破裂，同时纤维素的长度及粗度均有减小。通过X光衍射分析显示绝缘纸样品的结晶度及晶粒尺寸在老化过程中逐渐减小，但仍保持原有的纤维素晶型和两相共存的微细结构。试验证明，绝缘纸老化的微观结构研究对进一步了解绝缘纸纤维老化的发展过程及其老化机理有很好的帮助。     

矿物油-天然酯混合绝缘油减缓绝缘纸热老化速率机理的XPS研究

以矿物油-天然酯混合绝缘油及25#矿物油为研究对象,对比了两种绝缘油对绝缘纸热老化速率的影响,证实了混合油对油纸绝缘老化速率起到明显的抑制作用。为了进一步分析混合油对纤维素热老化的抑制机理,本文采用X射线光电子能谱(XPS)法,对在两种绝缘油中老化的绝缘纸表面及内部的XPS碳谱(碳原子的化学态)进行了研究,并结合表征绝缘纸老化程度的传统特征量-聚合度和油中糠醛含量进行了分析。结果表明,与矿物油相比,在混合油中老化的绝缘纸产生了新的基团-酯基(O-C=O),这是混合油抑制绝缘纸热老化的主要原因。通过XPS碳谱的定量分析,发现形成酯基的碳原子主要位于纤维素链中的葡萄糖环上,为今后绝缘油和绝缘纸的抗老化改性提供了参考。     

老化绝缘纸表面的沿面放电试验分析

在故障变压器检修及事故调查中发现,变压器内绝缘纸界面发生沿面闪络后会留下烧灼痕迹,对此分析了油纸绝缘界面沿面闪络的起因及影响因素。测量了在添加和不添加绝缘纸板条件下绝缘油的击穿电压和起始局放电压,分析不同热老化程度的绝缘纸沿面闪络电压和起始局放电压的变化规律。研究结果表明:添加新绝缘纸不会改变油间隙的电气强度,但是老化后的绝缘纸会大幅降低油间隙的沿面闪络电压以及起始局放电压,在老化过程中产生的大量水分子可能是导致上述试验现象的重要原因。     

改进的单纯形算法在研究聚合物绝缘材料热老化中的应用

介绍了单纯形算法(Алоритмсимплексногопоиска)的原理和利用改进的单纯形算法编写计算聚合物绝缘材料热老化反应动力学参数程序的方法,用编写的Mathcad程序计算了电磁线绝缘漆的热老化反应动力学参数,最后对计算结果和试验结果进行了比较分析.研究结果表明,基于改进的单纯形算法编写的Mathcad程序可以大大提高计算电磁线绝缘漆的热老化反应动力学参数的速度和精度;利用该程序求解的电磁线绝缘漆热老化反应动力学方程能够准确的描述该绝缘漆的热老化过程,而且这种老化动力学方程的求解方法对各种老化模型都有很好的适用性.     

交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系

为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律,对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段,对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究;采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试,研究老化后XLPE试样的电气特性;采用拉伸实验测试,研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏,XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行,使得XLPE分子链发生断裂,交联结构变弱,导致XLPE绝缘材料严重劣化,其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势,而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。     

水分对油纸绝缘热老化速率及热老化特征参量的影响

本文设计了在110℃和130℃下初始含水量分别为1%、3%、5%的绝缘纸试品在变压器油中的老化试验。系统地研究了不同初始含水量对油纸绝缘热老化速率的影响,分析对比了老化过程中的绝缘纸聚合度、纸中含水量、油中含水量、油中糠醛含量、油中酸值等老化特征参量的变化趋势。研究结果表明:初始含水量从1%增长到3%的绝缘纸平均降解速率的增长率比初始含水量从3%增长到5%时大得多,且从3%增长到5%时降解速率的增长率已经很小,有趋于饱和的趋势;老化过程中油中水分与纸中水分均是波动的,二者的波动幅度有较好的正相关关系,且二者整体上波动趋势的关系与初始含水量有关;水分含量及其变化趋势能影响老化过程中糠醛、酸等老化特征产物的变化趋势。因此本文提出应根据整个老化过程中油、纸二者水分含量整体上波动趋势的关系及波动幅度的大小来对变压器油纸绝缘进行状态评估及受潮分析,并建议在根据传统的油中糠醛、酸值等老化特征参量来对油纸绝缘进行状态评估及故障诊断时需充分考虑水分的影响。     

交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系

为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律,对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段,对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究;采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试,研究老化后XLPE试样的电气特性;采用拉伸实验测试,研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏,XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行,使得XLPE分子链发生断裂,交联结构变弱,导致XLPE绝缘材料严重劣化,其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势,而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。