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。     

功能化SiO2/UV-XLPE纳米复合材料的交流介电性能研究

针对纳米SiO₂材料在XLPE基体中容易团聚的问题,采用巯基-双键点击化学原理和纳米材料的表面改性技术,将纳米SiO₂引入到了紫外光交联聚乙烯的网状结构中,提高了纳米SiO₂在XLPE基体中的分散性。同时引入了更多的深陷阱,改变了功能化纳米SiO₂与XLPE基体之间的界面特性,从而提高了功能化SiO₂/UV-XLPE纳米复合材料的介电性能。对材料进行核磁共振氢谱、红外光谱以及扫描电镜等实验进行结构表征。在线性升温条件下测试材料在工频下的介电常数ε_r和损耗角正切值tanδ,探讨功能化纳米SiO₂的表面高介电壳层对纳米复合材料的变温介电特性的影响;通过TSC测试探究材料内部的陷阱能级分布情况,并在不同温度下测试了材料的交流击穿特性。随着温度的提高,复合材料内部杂质分子热运动加剧,使得相对介电常数ε_r随温度提高减小,而偶极子转向在介电损耗中的贡献逐渐增大,所以损耗角正切值tanδ呈现出变大的趋势。另外功能化纳米SiO<...     

不同偶联剂对聚酰亚胺/六方氮化硼复合薄膜的性能影响

采用两种偶联剂对六方氮化硼(h-BN)进行表面改性,并采用原位聚合法制备了一系列聚酰亚胺/六方氮化硼(PI/h-BN)复合薄膜。利用红外光谱仪和激光粒度仪对改性氮化硼(f-BN)的结构和粒度进行测定,使用X-射线衍射仪、扫描电镜、热重分析仪、耐压测试仪及宽频介电谱测试仪等对复合薄膜的结构、热性能及电性能进行了表征。结果表明:加入偶联剂后可改善h-BN在聚合物基体中的分散性,h-BN的加入可以提高复合薄膜的耐热性能和介电常数,但一定程度地降低了复合薄膜的电气强度,从总体改性效果看,硅烷偶联剂的改性效果优于钛酸酯偶联剂。     

纳米SiO2表面改性及耐电晕漆包线漆的制备

采用纳米粒子改性、逐步分散的方法解决漆包线漆中纳米粒子团聚的难题。分别用乳化剂OP-10、硅烷偶联剂AP1231、硅烷偶联剂A112、γ-丙基三甲氧基硅烷(KH-560)和N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺(KH-792)5种改性剂对纳米SiO₂粒子表面进行改性，研究改性剂种类、改性剂用量、改性温度及改性时间对纳米SiO₂粒子改性效果的影响，通过耐电晕性能测试对比了改性前后的纳米SiO₂粒子对耐电晕漆包线漆性能的影响，并用透射电子显微镜(TEM)观察改性前后纳米SiO₂粒子的分散状况。结果表明：经KH-560改性后的纳米SiO₂在漆包线漆中分散性最好，其最佳工艺条件为：KH-560质量分数为1.5%，改性温度为90℃，改性时间为4 h。将改性后的纳米SiO₂逐步均匀分散到漆包线漆中，可以得到高稳定性、耐电晕时间>50 h的漆包线漆，适宜的纳米SiO₂添加量为13.5%。     

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...     

偶联剂处理方式对SiO_2/环氧树脂纳米复合材料性能的影响

在甲苯溶剂中通过预先接枝在SiO_2粒子上的硅烷偶联剂二次接枝环氧链段的方法,制备了接枝环氧链段的SiO_2粒子。采用不同偶联剂处理方式制备了3种SiO_2添加量为1份的SiO_2/环氧树脂纳米复合材料,对纳米粒子进行了红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)和透射电镜(TEM)表征,测试了复合材料的热力学性能及介电性能。结果表明:偶联剂可起到桥接作用,将环氧链段接枝到SiO_2粒子上,改善了纳米粒子的团聚现象。接枝后的SiO_2粒子表面与树脂基体有良好的相容性。接枝改性后的SiO_2/环氧树脂复合材料的储能模量大幅提高,冲击强度提高了11.9%,玻璃化转变温度变化不大,SiO_2对复合材料的复介电常数实部和虚部有不同程度的影响。相比不使用偶联剂或直接在复合体系中添加偶联剂的方法,通过偶联剂在SiO_2粒子表面接枝环氧树脂能有效降低复合材料复介电常数的实部和虚部。     

XLPE/SiO2纳米复合材料长期直流老化特征寿命恶化分析

为了研究纳米SiO₂改性后的交联聚乙烯（XLPE）在直流电场下的长期老化规律,该文对纯XLPE和XLPE/SiO₂纳米复合材料的老化性能进行对比研究。首先在不同直流电压下分别对两种材料进行老化实验,发现XLPE/SiO₂纳米复合材料在电场较高时的确具有较纯XLPE更优异的耐电特性,但随着施加直流电场的降低,XLPE/SiO₂纳米复合材料的特征寿命与纯XLPE的越来越接近,直到该文测试的最低直流电场强度115kV/mm（特征寿命1 000h以上）,XLPE/SiO₂纳米复合材料的特征寿命已低于纯XLPE。对比分析XLPE/SiO₂纳米复合材料和纯XLPE老化数据显示,纳米复合材料的寿命指数低于纯XLPE。该文直流老化研究结果表明,尽管XLPE/SiO₂纳米复合材料的短期电性能指标优于纯XLPE,但长期直流老化性能会比纯XLPE差。     

聚丙烯/聚偏氟乙烯共混复合材料的介电性能的研究

研究了高介电常数的聚偏氟乙烯(PVDF)共混改性聚丙烯(PP)以提高PP的介电性能.分析了PVDF含量、加入的聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)增容剂和拉伸等因素对PP/PVDF复合材料介电性能的影响.采用SEM和DSC等方法研究了复合材料的界面性能.结果显示,聚偏氟乙烯(PVDF)及增容剂的加入能够提高PP/PVDF的介电性能,拉伸由于能促进β相PVDF的生成,同样可以有效地提高复合材料的介电常数.     

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%。     

聚酰亚胺/纳米氧化钛复合薄膜的介电性能研究

采用原位分散聚合法制备了聚酰亚胺/纳米TiO2复合材料。通过透射电镜研究了纳米TiO2粒子在聚酰亚胺基体中的分散状态,并在此基础上研究了纳米TiO2填加量对该复合材料介电性能的影响。结果表明,随着纳米TiO2含量的增加,聚酰亚胺/纳米TiO2复合材料的体积电阻率和电气强度出现不同程度的劣化,并造成了介电常数和介质损耗因数的增加,但是材料的耐电晕性能显著增强,在12MV/m的电场强度下,纳米TiO2含量15%的PI薄膜的耐电晕寿命为纯PI薄膜的40多倍。     

纳米SiO2改性玻璃纤维增强树脂的耐湿热老化性能

高压电气设备中广泛使用的玻璃纤维增强树脂(GFRP)材料易在长期运行条件下受到湿热环境侵蚀导致绝缘劣化，影响电力系统的安全稳定运行。本文使用纳米SiO₂改性玻璃纤维，随后浸润环氧树脂制备了GFRP复合材料，并对其进行加速湿热老化处理，通过实验测试与仿真分析不同浓度纳米SiO₂对GFRP内部水分侵入和抗老化特性的影响。结果表明：当SiO₂质量分数为9.4%时，GFRP复合材料对水分侵入的抑制效果最好；同时SiO₂的加入可以使GFRP复合材料在老化前后都保持较高的表面绝缘性能。此外，结合仿真计算结果从分子尺度揭示了SiO₂对GFRP复合材料水分侵入的抑制作用及抗湿热老化特性的影响机制。     

基于氧化硅绝缘层改性的PMMA复合薄膜储能性能研究

聚合物电介质因具有击穿电压高、柔性好、成本低、加工容易和质量轻等优点而备受青睐,其在电气工程领域具有广泛的应用。该文以聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)作为基体,二氧化硅(SiO₂)作为绝缘层,综合利用溶液流延法和磁控溅射技术,成功制备了具有三明治结构的SiO₂/PMMA/SiO₂复合薄膜。在PMMA薄膜与金属电极之间引入宽禁带SiO₂薄层作为界面势垒层,能够抑制电极电荷注入,提升击穿强度;通过改变磁控溅射时间来调控SiO₂绝缘层生长厚度,系统研究SiO₂薄层厚度对复合薄膜的微观结构和介电性能的影响。研究表明,当磁控溅射工作时间为2h,SiO₂薄层厚度约为240nm,此时SiO₂/PMMA/SiO₂复合薄膜展现出优异的储能性能,最大放电能量密度为14.5J/cm~3,是纯PMMA薄膜的1.42倍,充放电效率为87.4%。     

氮化硼表面改性基团对氮化硼/聚酰亚胺复合材料导热特性的影响

以端基为氨基、羧基和羟基的表面改性氮化硼(BN)和未经表面修饰的BN纳米片为填料，通过原位聚合法制备了改性BN/聚酰亚胺(PI)复合材料，研究了氨基改性BN(BN-NH₂)、羧基改性BN(BN-COOH)、羟基改性BN(BNOH)和BN对不同温度下复合材料导热特性的影响。结果表明：复合材料的热扩散系数随着BN-NH₂质量分数的增加而增大，随BN-COOH和BN-OH质量分数的增加先增大后减小，且均在质量分数为2%时达到最大值。在200℃时，BN-NH₂/PI的热扩散系数在填料质量分数为5%时达到最大值，BN-COOH/PI和BN-OH/PI则都在填料质量分数为2%时热扩散系数达到最大值，其中BN-COOH/PI获得最高的热扩散系数。因此，氨基表面改性BN有利于BN/PI复合材料在高填充量下获得更高的热扩散系数，而要获得最高的热扩散系数，羧基改性BN则是最佳选择。     

TiO_2和SiO_2纳米掺杂聚酰亚胺复合薄膜的电学性能研究

采用原位聚合法制备了PI/TiO_2和PI/SiO_2纳米复合薄膜。研究质量分数均为10%的两种纳米掺杂对PI复合薄膜介电性能的影响,采用光刺激放电电流法(PSD)表征两种纳米颗粒对PI复合薄膜陷阱能级的影响,通过陷阱理论对介电性能的影响机制进行探讨。结果表明:TiO_2和SiO_2纳米掺杂提高了PI的电导率和介电常数,介质损耗相应增加,耐电晕寿命明显提高,电气强度虽有所下降但仍满足实际需要。两种纳米掺杂都在PI基体中引入了大量的浅陷阱,PI/TiO_2和PI/SiO_2复合薄膜的陷阱能级范围分别为1.83~2.85 e V和2.13~2.83e V,且SiO_2纳米颗粒引入的浅陷阱密度低于TiO_2纳米颗粒。在此基础上,通过陷阱理论分析了两种复合薄膜的耐电晕老化机制。     

饱和电抗器用环氧树脂性能提升研究

针对饱和电抗器浇注用环氧树脂在受到电应力及机械振动时易出现老化开裂的问题,需要在保持其优良绝缘、抗腐蚀性能的基础上改善其力学性能及热学性能。本文以功能优化设计为原则,先通过热处理在碳化硅晶须(SiCw)表面形成二氧化硅介电层得到SiCw@SiO₂,然后利用掺杂改性的方法制备SiCw@SiO₂/EP复合电介质,并对其介电性能、力学性能以及导热性能进行测试。结果表明：SiCw@SiO₂/EP复合电介质兼具高介电常数及低介质损耗,韧性也得到改善,且由于SiCw相互接触形成了连续导热网络,SiCw@SiO₂/EP复合电介质的导热系数相比纯环氧树脂提高了117%。     

纳米SiO2表面KH550接枝密度对改性纤维素绝缘纸力学性能与热稳定性的影响

为提升纤维素绝缘纸的力学性能与热稳定性,利用KH550对纳米SiO2进行表面改性,将其掺杂到纤维素绝缘纸中,通过分子模拟建立不同接枝密度的纳米SiO2/纤维素复合模型,并对各模型的力学性能、均方位移、内聚能密度、溶解度参数和径向分布函数进行计算和分析.结果表明:KH550接枝密度为12.5％的纳米SiO2/纤维素复合模型抗形变能力最佳,并具有较大的内聚能密度和溶解度参数,改性效果最佳.     

氟化协同高分子助剂调控环氧复合材料绝缘性能机制

偶联剂作为常用小分子界面改性助剂,在等离子体作用下,其界面相容性易受影响。为进一步调控填料与环氧树脂基界面特性,采用端羧基超支化聚酯(carboxyl-terminated hyperbranched polyester, CHBP)对纳米SiO₂进行大分子链包覆,再协同等低温离子体对填料进行氟化接枝。对比分析不同改性方式下环氧复合材料化学组分、微观形貌、电荷特性及沿面闪络特性。实验结果表明：相比偶联剂预处理,经超支化表面接枝改性的纳米SiO₂与环氧基体间界面相容性更好,氟化协同改性后,其在基体内团聚尺寸较KH550/氟化改性显著减少。掺杂质量分数3%的CHBP/氟化改性填料,可有效减少高压电场下环氧复合材料的平均电荷密度,抑制空间电荷积聚及跨界面输运,其沿面闪络发展得到有效抑制,闪络电压分散性有所降低。其击穿场强最大值达到40.88 kV/mm,相较于同质量分数的CHBP改性,KH550/氟化改性试样分别提高了12.34%、20.13%。氟化协同高分子助剂接枝改性作为可行有效方法,为填料改性提供了新研究思路。     

聚酰亚胺基BN微纳米复合材料的电气绝缘性能研究

通过原位聚合法制备了不同BN掺杂含量的聚酰亚胺基微纳米复合材料,使用扫描电镜、偏光显微镜、电气强度测试仪、介损及介电常数测量系统、皮安表和耐电晕老化实验装置对不同掺杂含量的微纳米复合PI薄膜的结构和电性能及耐电晕老化性能进行了研究。结果表明:随着BN微纳米颗粒掺杂量的增加,复合PI薄膜的电气强度先增大后减小,当掺杂含量为1%时,交流电气强度达到最大值219.6 kV/mm。掺杂BN后,复合PI薄膜的介电常数和介质损耗都有所增加,在高温下的电导电流小于纯PI薄膜。随着BN掺杂量的增加,复合PI薄膜的耐电晕老化性能逐步提升,在掺杂含量为20%时,复合PI薄膜的耐电晕老化时间是纯PI薄膜的116.7倍。     

芳纶纳米纤维/钛酸钡纳米纤维复合电介质薄膜制备与介电性能研究

选用芳纶纳米纤维（ANF）作为耐高温基体,并填充钛酸钡纳米纤维（BTNF）制备ANF/BTNF纸基复合薄膜,研究不同BTNF填充量对复合薄膜介电性能的影响。结果表明：ANF/BTNF复合薄膜的厚度约为10μm。当BTNF质量分数为0～20%时,随着BTNF填充量的增加,复合薄膜的介电常数和电气强度均提升。当BTNF的质量分数增大到40%时,复合薄膜的介电常数显著提升,但是在高频区快速降低,介质损耗因数显著增大,同时复合薄膜的电气强度略微下降。因此,BTNF质量分数为20%的ANF/20BTNF复合薄膜综合介电性能最佳,在1 kHz时介电常数达到4.78,电气强度为8.90 kV/mm。     

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。