纳米SiO2对双酚A环氧树脂材料介电常数与直流闪络电压的影响

为了满足不断提高的电压等级以及复杂的运行环境,在环氧树脂绝缘材料中加入无机纳米粒子,以提高其沿面闪络性能,保证设备安全运行。将纳米SiO_2粒子与环氧树脂复合制备了纳米SiO_2/环氧树脂复合材料,研究了纳米SiO_2粒径、含量及偶联剂改性对复合材料介电常数、直流闪络电压的影响。结果表明:复合材料的介电常数随SiO_2粒径的减小先减小后增大,随SiO_2质量分数的增加先减小后增大;纳米SiO_2经过硅烷偶联剂改性后可以明显地减小复合材料的介电常数;纳米SiO_2的粒径、含量及偶联剂改性对复合材料闪络电压的影响与介电常数相反。     

纳米及共混改性对双酚A环氧树脂材料介电常数与直流闪络电压的影响

利用脂环族环氧树脂S186共混改性双酚A环氧树脂,然后掺杂纳米SiO_2制备复合材料,对共混体系和纳米改性共混体系进行介电常数与直流闪络电压测试。结果表明:脂环族环氧树脂S186的加入可以降低复合材料的介电常数,提高直流闪络电压。复合材料的直流闪络电压随纳米SiO_2粒径的减小先升高后降低,随纳米SiO_2掺杂量的增加先升高后降低,加入脂环族环氧树脂S186使闪络电压进一步提升,但其随填料的变化趋势不变;复合材料介电常数的变化趋势与闪络电压相反。     

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。     

纳米Al_(2)O_(3)/环氧树脂复合材料微秒脉冲沿面闪络特性研究北大核心CSCD

GIS中由于开关分合闸等操作而引发的内部脉冲过电压会导致绝缘件表面出现多次闪络击穿等问题。因此,文中研究了不同纳米Al_(2)O_(3)填充含量下环氧树脂复合材料在微秒脉冲电压下的沿面闪络特性;并针对1.5%Al_(2)O_(3)/EP复合材料在脉冲电压频率为10 kHz,幅值为18 kV,电极间隙为10 mm下开展沿面闪络老化试验,对比老化前后闪络电压最小值和表面电阻变化趋势,分析不同程度的老化对绝缘材料表面微观形貌、元素成分以及电气性能的影响。结果表明,预加直流电晕放电能够降低环氧树脂材料的闪络电压,且当纳米Al_(2)O_(3)填充含量为1.5%时对闪络现象的抑制效果最为显著。同时,环氧树脂复合材料在经过沿面闪络老化试验后,老化区域C、O元素之比降低,材料表面形成大量凸起颗粒和裂纹,使其呈现疏松、亲水等特点。研究结果可为提升环氧树脂表面耐压能力提供指导意义。     

SF_6气体中氧化铝掺杂环氧树脂直流沿面闪络中的虫孔效应

为深入探讨Al_2O_3掺杂环氧树脂这种重要绝缘材料在SF_6气体中的直流沿面闪络特性,搭建了直流闪络电压测试系统,测量了0.4 MPa SF_6气体中不同Al_2O_3含量环氧树脂(Al_2O_3和环氧树脂的质量比为2.5~4.0)试样的短时和长时耐受电压及作用时间,对比分析了短时和长时电压作用下的伏秒(U–t)特征,通过闪络通道痕迹和材料微观结构分析研究了放电对Al_2O_3掺杂环氧树脂的损伤破坏,并讨论分析了沿面放电中虫孔的形成及其对闪络过程的影响。研究结果显示:特定Al_2O_3含量环氧树脂的耐受电压随电压作用时间的增加呈指数下降,且长时耐受电压比短时耐受电压低20%~30%,Al_2O_3和环氧树脂的质量比为3.5时,环氧树脂短时耐受和长时耐受电压最低,且炭化痕迹最为显著。在环氧树脂表面闪络通道中存在明显的虫孔,且随Al_2O_3含量增加,浅表层虫孔逐步转变为深层虫孔,表明随着Al_2O_3含量增加闪络路径逐步由沿面放电形式过渡为体击穿形式,二者之间Al_2O_3和环氧树脂的质量比临界值约为3.0~3.5。     

颗粒尺寸及表面处理对氮化硼/环氧树脂复合材料介电特性的影响

为研究氮化硼(BN)/环氧树脂复合材料的介电特性,在环氧树脂中分别添加不同质量分数的微米BN、未处理纳米BN和表面处理纳米BN制备BN/环氧树脂复合材料,并对其进行微观分析、介电频谱和介电温谱实验,研究BN质量分数、BN粒径和偶联剂表面处理对环氧树脂复合材料介电特性的影响。结果表明:复合材料的介电常数、介质损耗和电导率比纯环氧树脂有所降低;未处理纳米BN/环氧树脂复合材料和微米BN/环氧树脂复合材料的介电常数随BN质量分数的增加而减小;表面处理纳米BN/环氧树脂复合材料的介电常数随BN质量分数的增加而增大;纯环氧树脂和BN/环氧树脂复合材料的介电常数在10～110℃随温度升高呈上升趋势;纯环氧树脂和BN/环氧树脂复合材料的介质损耗在50～110℃随温度升高而增加,且增加幅度较大。     

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。     

纳米Al_2O_3含量对环氧多胶粉云母带性能的影响

采用纳米Al_2O_3对环氧多胶粉云母带进行纳米改性研究,探讨了纳米Al_2O_3含量对云母带常规性能、电寿命和导热系数的影响。结果表明:纳米Al_2O_3在粘合剂中的含量不超过13.5%时,云母带的常规性能可以满足现行国家标准和应用工艺的要求;随纳米Al_2O_3含量增大,纳米复合主绝缘材料的冲击强度有所下降,但155℃下的弯曲强度则呈增大趋势;纳米Al_2O_3含量约为5%时,主绝缘材料的电气强度最高,相比无纳米改性的复合材料提高了15%;纳米Al_2O_3含量约为13.5%时,主绝缘材料的电寿命最长,约为无纳米Al_2O_3复合材料的28倍,此时在105℃下的导热系数为0.34 W/(m·K)。     

等离子体氟化协同偶联剂改性纳米SiO2/环氧树脂电气性能

纳米SiO2填料与环氧树脂基体界面效应差,限制了复合材料电气性能提升.为此采用CF4/N2等离子体协同偶联剂改性纳米SiO2填料,改变其在基体中界面特性,制备了不同质量分数的纳米SiO2/环氧树脂复合材料.对复合材料的化学组分、表面形貌、闪络电压和击穿场强等进行测试.测试表明:氟元素以CF2为主要形式存在改性SiO2表...     

环氧树脂/SiO_2纳米复合材料陷阱分布及直流闪络特性

气体绝缘管道输电和气体绝缘组合电器运行过程中盆式绝缘子表面电荷的积累与消散特性对其绝缘破坏具有重要影响,通过纳米颗粒调控环氧树脂表面电荷的动态行为及其闪络特性对提高其安全运行具有重要意义。制备了质量分数为0%、2%、4%、6%和8%的环氧树脂/SiO_2纳米复合材料,获得了其在正、负直流电压作用下表面电位衰减特性、陷阱分布特性及其闪络击穿特性,并建立了基于陷阱调控的闪络击穿失效物理模型。结果表明:正、负电晕充电条件下,SiO_2纳米颗粒均导致环氧树脂表面电位衰减速度减小,纳米质量分数为4%时达到最小值; SiO_2纳米颗粒引入了新的空穴陷阱和电子陷阱,深陷阱能级和陷阱密度均增加,纳米质量分数为4%时达到最大值; SiO_2纳米颗粒提高了环氧树脂的闪络电压,质量分数为4%的纳米复合材料与纯环氧树脂相比,正、负直流电压下闪络电压分别提升了58. 04%和64. 15%。     

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。     

纳米SiO2对环氧树脂复合材料雷电冲击电压的影响

以纳米SiO_2改性环氧树脂制得SiO_2/环氧树脂复合材料,并对改性前后环氧树脂复合材料的短时过电压耐受能力进行对比研究。结果表明:随着纳米SiO_2掺杂量的增加,SiO_2/环氧树脂复合材料的介电常数和介质损耗因数均呈先减小后增大的趋势,当纳米SiO_2质量分数为3%时,改性效果最佳。根据U-N曲线,在常温下施加的雷电冲击电压幅值为50 k V时,掺杂SiO_2质量分数为3%的环氧树脂复合材料累积至击穿的雷电冲击次数达1 313次,是纯环氧树脂材料的3.23倍,研究结果可为提高环氧树脂短时过电压耐受能力设计提供参考。     

方波脉冲下不同纳米添加物对聚酰亚胺薄膜电气性能影响

为了研究不同纳米添加物对聚酰亚胺(polyimide,PI)电气性能的影响,采用原位聚合法制备了纯PI薄膜、PI质量分数10%的PI/SiO_2和PI/Al_2O_3纳米复合薄膜,测试其电导率(表面、体积电导率)、介电频谱、方波脉冲下的局部放电以及耐电晕性能,并用SEM观察击穿点周围的表面形貌。结果表明:PI/SiO_2膜的电导率大于PI/Al_2O_3膜,其中表面电导率是PI/Al_2O_3膜的6倍;PI/Al_2O_3膜、PI/SiO_2膜、PI膜的介电常数依次降低;PI/SiO_2膜和纯PI膜的介电损耗角正切值(tanδ)随频率的增加先减小后增大,PI/Al_2O_3膜的tanδ值在6 k Hz后最大;由于空间电荷弛豫,PI/Al_2O_3膜的tanδ值在0.02Hz左右出现了一个峰值;另外,因为电荷扩散能力不同,PI/SiO_2膜、PI/Al_2O_3膜以及PI膜的局部放电起始电压和耐电晕时间依次减小,而局部放电的平均幅值则依次增大;电晕放电使得3种薄膜表面都形成了很多微孔、裂纹,纳米复合薄膜表面出现块状物。研究结果表明:复合薄膜中界面体积分数和纳米粒子极性,是造成PI/SiO_2薄膜和PI/Al_2O_3薄膜电气性能差异的主要原因。     

电子束辐照处理环氧纳米复合材料沿面闪络性能提升及机理

为了提升环氧复合材料的沿面闪络性能,并揭示表层陷阱对沿面闪络的影响机制,制备4种环氧/TiO2纳米复合材料,并对其在30 keV电子束下进行了5 min和10 min的表面处理,采用三电极法测试了材料的表面电导,采用表面电位衰减系统提取了材料的表层陷阱特性,并在真空环境中测试了环氧纳米复合材料直流沿面闪络电压。研究结果表明,添加适量的纳米粒子或采用电子束辐照处理,可以有效降低材料表面电导,提高材料的表层深陷阱的能级和密度,并提升环氧复合材料的沿面闪络性能。经过电子束辐照处理10 min后,质量分数为2%的环氧/TiO2纳米复合材料的沿面闪络电压比未经辐照的纯环氧树脂沿面闪络电压提高了27.4%。适当地添加纳米粒子,可以改变纳米粒子界面区的能级和势垒分布,而采用电子束辐照处理,可以在环氧分子链锻形成大量的侧基、端基、自由基,二者均会提高环氧复合材料表层深陷阱能级和密度。随着深陷阱能级的提高,二次电子发射变得更加困难,表层电荷输运受到抑制,表面电导下降,沿面闪络电压上升。因此,电子束辐照处理主要是通过调控表层深陷阱特性来提高环氧纳米复合材料的沿面闪络电压。     

纳米ZnO与SiO2改性环氧树脂的绝缘特性及导热性能

本文通过将不同填充量的纳米ZnO、SiO2填充环氧树脂制备成复合材料,研究纳米无机粒子填充对复合材料绝缘特性的影响.首先利用扫描电镜检测了纳米颗粒在复合材料中的分布状况,测试了纳米ZnO、SiO2不同添加量与复合材料介电常数的关系及对复合材料局部放电起始电压的影响,同时分析了复合材料电老化过程中电树枝引发率的变化规律和纳米颗粒填充量对复合材料的导热系数的影响.研究结果表明,纳米ZnO填充量的增加会引起环氧树脂相对介电常数的增大,而纳米SiO2填充环氧树脂后,复合材料的相对介电常数先降低然后缓慢增加.纳米ZnO与SiO2均能提高复合材料的局放起始电压、降低复合材料的电树枝引发率及提高复合材料的导热系数.     

氨基化改性BN纳米片对环氧表面绝缘特性的影响

以尿素和六方氮化硼为原料通过球磨法制备了氨基化改性氮化硼纳米片(BNNS),并将改性前后的BNNS与环氧树脂混合制备BNNS/环氧复合材料,研究氨基化改性BNNS对环氧表面绝缘特性的影响.结果表明:通过球磨法成功将氨基接枝在氮化硼纳米片表面,改善了填料在环氧树脂复合材料中的分散性;相较于纯环氧材料,当改性BNNS的质量分数为0.5％时,BNNS/环氧复合材料的闪络电压提高了26.9％;此外,氨基化改性降低了材料表面的陷阱能级,加速了空间电荷消散速率;填充氨基化改性BNNS后复合材料的介电常数与介质损耗因数均有小幅提升,平衡空间电荷消散与极化弛豫两种效应对复合材料闪络电压的提升有积极作用.     

氮化硼/环氧树脂复合材料空间电荷与击穿特性实验研究

采用偶联剂对纳米BN颗粒进行表面处理,制备了经过表面处理的纳米BN/环氧树脂复合材料。对纳米/BN环氧树脂复合材料进行了微观形貌分析、击穿强度和空间电荷测试。结果表明:随着微米BN添加量的增加,微米BN/环氧树脂复合材料的击穿强度随之降低;随着纳米BN添加量的增加,纳米BN/环氧树脂复合材料的击穿强度先升高后降低。微、纳米BN的添加会降低直流高压电场下复合材料内的平均空间电荷密度。同时,偶联剂处理会降低纳米BN/环氧树脂复合材料在加压时的平均空间电荷密度,增加纳米BN/环氧树脂复合材料在短路时空间电荷的消散速率。     

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。     

不均匀电场下纳米氧化锌改性环氧树脂的绝缘特性

为研究纳米ZnO掺杂对环氧树脂复合材料绝缘特性的影响,以纳米ZnO改性双酚A型环氧树脂材料为研究对象,考察了不同掺杂量下复合材料直流电导、介电常数等绝缘特征参数的变化趋势;并利用针板电极系统,分别对ZnO/环氧和SiO_2/环氧复合材料进行了起始局放电压对比测试。研究发现,当纳米ZnO质量分数15%时,复合材料开始呈现非线性电导特性,复合材料介电常数也发生显著变化,质量分数为30%时其电导非线性系数可达到18.7,介电常数则可上升至5.9。相同电极结构下,纳米ZnO/环氧复合材料的起始局放电压显著高于SiO_2/环氧复合材料,ZnO质量分数为15%时起始局放起始电压达到最大值,分别比无掺杂树脂及纳米SiO_2掺杂树脂提高了33%和22%。研究表明,纳米ZnO粒子的引入显著提高了环氧树脂复合材料的绝缘性能,纳米ZnO粒子的界面效应和非线性电导特性在改善复合树脂绝缘特性方面发挥了主要作用。     

纳米复合材料导热与介电性能仿真

以纳米复合材料作为研究体系,选取典型的氮化硼（BN）/环氧树脂（EP）复合材料与钛酸钡（BT）/聚偏氟乙烯（PVDF）复合材料,通过有限元方法研究了纳米填料的体积分数、粒径大小和尺寸分布对复合材料导热性能和介电性能的影响,采用均匀场理论计算了复合材料的等效热导率和等效介电常数。结果表明：随着填料体积分数的提高,BN/EP和BT/PVDF的热导率和介电常数均提高;在相同体积分数、尺寸均匀分布的情况下,BN/EP和BT/PVDF的热导率和介电常数随着粒径增大而增大;在相同体积分数、同一粒径的情况下,BN/EP和BT/PVDF的热导率和介电常数随着粒径标准差增大而增大。因此,根据具体需求适当改变填料含量、粒径大小、粒径标准差是改善材料性能的有效方法。