3D打印高强度、可回收互穿网络环氧树脂沿面闪络特性北大核心CSCD

以智能、环保为主题的新型电力系统是中国电力领域发展的主要方向,因此对绝缘材料的各方面性能提出了更高的要求。文中基于高韧性环氧大豆油基光敏树脂,在光固化树脂中添加60 wt%的环氧树脂,采用3D打印光固化和热固化的两步固化方式,制备得到力学和电学性能优异的双固化树脂,并对其进行回收重塑得到回收后的双固化树脂。分别对树脂的拉伸强度、弯曲强度、介电性能、体积电阻率进行测试,研究表明,制备的双固化树脂相比于纯光固化树脂,具有优异的力学性能和绝缘性能,回收后树脂的力学强度是新制树脂的80%。对树脂进行沿面闪络实验,测得双固化树脂的闪络电压达到26.3 k V,采用威布尔分布图看出闪络电压还具有较小的分散性。回收的树脂沿面闪络电压略有降低,但仍然高于纯光固化树脂。分析了表面电荷特性对直流沿面闪络电压的影响。     

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。     

聚全氟乙丙烯/氮化铝高导热绝缘复合材料的研究

采用聚全氟乙丙烯(FEP)为基体,偶联处理的氮化铝(AlN)为填料,通过共混、模压等方法制备了高导热、高绝缘的FEP/AlN复合材料。结合材料导热计算模型,分析了AlN含量对材料热导率、体积电阻率、力学以及流变性能的影响。结果表明:随AlN填充量的增加,复合材料的热导率呈近线性增加,当填加AlN的质量百分率为30%时,材料的热导率可达2.22 W/(m.K),体积电阻率可达1.5×1013Ω.m,并具有较好的力学性能和流变性能。     

纳米TiO2-MWCNTs掺杂提升环氧绝缘材料真空直流沿面闪络性能

选用两种纳米填料:纳米氧化钛(TiO2)和多壁羟基碳纳米管(MWCNTS),向环氧树脂中单独或同时加入两种粒子,制备16种不同的环氧纳米复合电介质.通过体积电阻率测试、表面电位衰减试验与真空直流沿面闪络试验,探究纳米粒子对环氧纳米复合电介质沿面闪络特性的影响.结果表明:环氧纳米复合电介质的沿面闪络电压与填料的质量分数有关,适量的纳米填料会提升复合电介质的沿面闪络电压.单独加入纳米TiO2与MWCNTS分别将闪络电压提升了14.49％和23.11％,同时加入两种填料可进一步将闪络电压提升至44.99 kV,提升幅度高达36.06％.通过表面电位衰减曲线计算了材料的表面陷阱特性.分析深陷阱与沿面闪络电压的关系发现,闪络电压与深陷阱能级线性相关,陷阱能级越深,闪络电压越高.同时添加两种纳米粒子可以提高材料的深陷阱深度,从而抑制材料表面电子发射和电荷输运过程,提高沿面闪络电压.     

高导热绝缘BN/聚合物复合材料研究进展

相比其他无机导热绝缘填料,氮化硼(BN)具有极高的面内热导率、高绝缘电阻和高击穿强度等,此外,还具有和树脂最为接近的低介电常数和介质损耗等优势。本文综述了近年来微、纳米BN粒子填充的导热聚合物的研究进展,重点探讨了不同成型加工方式及混杂BN对在基体内构筑三维BN导热粒子通路的影响,以及不同表面改性对复合材料体系热导率的影响。相比微米BN粒子,BN纳米管及纳米片在相对较低用量下可同时有效改善聚合物的热导率、绝缘电阻及击穿强度,为解决当前导热绝缘聚合物面临的高导热与高电气强度之间的矛盾提供了最佳解决方案。制备和发展具有高绝缘电阻及良好力学、加工性能的导热纳米BN/聚合物是导热绝缘复合材料未来的重点研究和发展方向。     

晶须掺杂交联聚苯乙烯复合材料的制备及沿面闪络性能研究

以交联聚苯乙烯(CLPS)为基体,分别用四针状氧化锌(T-ZnO)晶须和碱式硫酸镁(MOS)晶须掺杂改性,制备了两类晶须/交联聚苯乙烯复合材料。研究了晶须掺杂对复合材料结构、表面电阻率及真空沿面闪络性能的影响。结果表明:T-ZnO晶须的加入降低了复合材料的表面电阻率,而MOS晶须的加入对复合材料的表面电阻率几乎没有影响;当MOS晶须质量分数为2%时,复合材料的真空沿面闪络击穿电压较CLPS提升了40%,而T-ZnO晶须的加入降低了复合材料的真空沿面闪络电压。     

直流电压分量对交直流叠加电压下油纸绝缘沿面闪络的影响

为了更加深入地了解换流变压器中交直流叠加电压下油纸绝缘的沿面闪络问题,通过搭建直流电压分量可以任意调节的交直流叠加电源系统,研究了具有背面电极和不具有背面电极这2种结构下油纸绝缘的沿面闪络问题。试验结果表明:在复合电场下,有背面电极时,沿面闪络电压比无背面电极时稍低;在2种结构下,沿面闪络电压均表现为纯交流电压时最低,随着直流电压分量的增加,沿面闪络电压也逐渐增加。此外为分析油纸绝缘界面的影响,还研究了相同电极结构下纯油的击穿电压。对比分析纯油的击穿电压和油纸绝缘的沿面闪络电压后发现:直流电压分量较低时,油纸绝缘界面的存在降低了该结构的击穿电压;而直流电压分量较高时,油纸绝缘界面的存在反而稍微提高了该结构的击穿电压。最后从复合电场分布的特点出发,分析了不同直流电压分量下油纸绝缘的沿面闪络过程。分析后认为:直流电压分量较小时,电极附近电场强度较高,导致油易于电离并产生大量载流子,从而促进了油纸沿面闪络的发展;而随着直流电压分量的变大,电场分布将变得不同,其沿面闪络电压升高;同时,上述电场分布的特点也是造成直流电压分量较低时沿面闪络电压低于纯油击穿电压的原因。     

微/纳米复合涂层对环氧树脂直流电场下闪络电压的影响

环氧树脂材料因其在电、力、热等方面的优良性能被广泛应用于高压输电设备中。然而在直流高压条件下,环氧树脂绝缘材料表面易积聚电荷,使附近电场畸变造成沿面闪络。文中采用涂覆技术,分别将微米SiO_2/EP、纳米SiO_2/EP和纳米TiO_2/EP涂层涂覆在环氧树脂基体表面,分别在0.1 MPa下的空气和SF_6中进行了直流闪络试验,并在0.1 MPa下SF_6中进行了预置电压后试样表面有电荷积聚时的直流闪络试验。试验结果表明,在空气中各环氧树脂试样的短时闪络电压相差不大,而在SF_6气体中各试样闪络电压差异明显,其中含微米SiO_2涂层的试样中,微粒质量分数为3 wt%的试样的短时闪络电压最高,含有纳米SiO_2和纳米TiO_2涂层的试样中,均为微粒质量分数为1 wt%的试样的短时闪络电压最高。预置电压后,基体的闪络电压下降了16.7%,对于含有涂层的试样,其预压后闪络电压比预压前高且均大于未涂覆的基体。含有微米SiO_2/EP、纳米SiO_2/EP和纳米TiO_2/EP涂层的试样均在微粒质量分数为3 wt%时预压后闪络电压达到最大值,其中涂层中含微米SiO_2粒子的试样的闪络电压最高。     

BNNSs/液晶环氧纤维复合薄膜的导热性能

液晶环氧树脂导热性能较差,耐热性不够高,使得电力、电子器件运行过程中散热困难,温度升高导致环氧树脂绝缘发生劣化,大大影响了电力、电子器件的使用可靠性和寿命。该文开发了制备高取向度液晶环氧纤维薄膜的静电纺丝方法和工艺,结合真空抽滤方法向纤维薄膜中填充纳米氮化硼(nano boron nitride,BNNSs),进一步制备了填充取向型纳米氮化硼/液晶环氧纤维复合导热薄膜,研究了液晶环氧纤维直径和BNNSs填充浓度对BNNSs/液晶环氧树脂导热复合薄膜的导热性能和交流击穿强度的影响规律。结果表明:液晶环氧树脂纤维薄膜的面内热导率随着纤维直径的减小而增大,当纤维直径减小至280 nm时,热导率为0.699 W/(m·K);当填充BNNSs导热填料后,BNNSs/液晶环氧树脂导热复合薄膜的面内热导率随填料浓度增大而急剧上升,在填充量为15%时可以达到5.88 W/(m·K),比280 nm直径的纯薄膜提高了779%。同时发现,液晶环氧树脂纤维薄膜在直径较细的情况下交流击穿强度较高,280 nm纤维薄膜的击穿强度为26.55 kV/mm,BNNSs导热填料的添加可以减小薄膜复合材料的热击穿,填充...     

太阳能电池用绝缘背板的导热性能研究

将BN作为填料添加在背板内层(非空气面)的粘合剂中,制成导热背板。研究了BN偶联处理前后、不同添加量、不同粒径和不同的粒径配比对背板导热性能的影响,并测试了添加BN后背板的绝缘性能。结果表明:偶联处理的BN与基体树脂润湿性好,表现出更优异的热导率;导热背板的热导率随BN添加量的增加而增大,且添加大粒径(150μm)的BN具有更佳的热导率。在BN添加总量为20%的前提下,将5μm和150μm的BN以1∶3配合使用,导热背板的热导率达到最大值1.33 W/(m·K),约为原始热导率的5.8倍。添加BN后导热背板的体积电阻率均在1.0×1013Ω·m以上,满足背板的绝缘要求。     

聚合物纳米复合电介质的击穿性能

聚合物纳米复合电介质作为第三代绝缘材料表现出优异的电气特性,其中击穿是纳米复合电介质的关键性能之一。很多研究表明纳米复合电介质的击穿性能明显优于纯聚合物和微米复合电介质材料。针对第一代纳米复合电介质的国内外研究现状,综述了其击穿性能(包括体击穿和沿面闪络特性),讨论了纳米复合电介质击穿特性改善的机理。基于国内外研究现状和本课题组的研究积累,提出了自由体积对聚合物纳米复合电介质击穿的重要影响,指出了纳米粒子对聚合物基体自由体积参数的影响规律;研究了电荷输运微观过程对纳米复合电介质击穿的影响机制,阐述了陷阱参数与体击穿和沿面闪络性能的关系;总结了纳米改性与复合材料体和表面电荷输运参数调控的关联,指出了纳米掺杂同时改善聚合物介质体击穿和沿面闪络特性的机理。     

氟化改性石墨烯纳米片对环氧树脂复合材料沿面耐压性能的影响EI北大核心CSCD

环氧树脂(epoxy resin,EP)的氟化纳米改性是提升复合绝缘材料沿面耐压性能的重要手段。该文对石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets,GNPs)分别进行等离子体氟化、化学氟化与等离子体–化学协同氟化3种不同形式的改性处理,探究不同氟化方式对含氟界面层的影响,并揭示其对EP复合材料直流沿面耐压性能的提升机理。结果表明:3种氟化石墨烯纳米片均对EP复合材料沿面闪络电压有提升效果。进一步对EP复合材料表面电荷消散情况及陷阱分布特性进行分析,发现不同接枝形式的GNPs对EP复合材料沿面耐压性能的提升机制存在差异。填料GNPs与EP基体间有效键合作用的形成,可以促进电荷沿GNPs的输运,从而影响EP复合材料的沿面耐压性能。     

环氧基碳纳米管纳米电介质的直流真空沿面闪络特性

气-固界面的沿面闪络电压低于同等条件下同种气体的击穿电压,从而制约着特高压电力设备的发展。对固体绝缘材料进行改性可以提高气-固绝缘系统的沿面闪络性能。为此,制备了8种不同的多壁碳纳米管(MWCNTS)掺杂环氧树脂,即掺杂质量分数分别为0%、0.02%、0.05%、0.1%、0.125%、0.15%、0.2%和0.5%的8种试样,并对试样进行了显微形貌、玻璃化转变温度、介电常数、表面粗糙度、电阻率、表面电位衰减特性(SPD)、直流真空沿面闪络特性的测试。试验结果表明:随着掺杂质量分数的提高,环氧复合材料的沿面闪络电压先上升后下降,并且在掺杂质量分数为0.1%时达到极大值,环氧复合材料的闪络电压比纯环氧树脂的提升了23.1%。通过分析发现,掺杂质量分数较低时,沿面闪络电压的上升与陷阱深度的增加及介电常数的下降有关;而掺杂质量分数较高时,沿面闪络的下降与浅陷阱密度的增加及介电常数上升有关。通过分析得到,介电常数会引起电场畸变,陷阱的深度和密度会影响载流子迁移过程,二者均对沿面闪络电压产生影响。     

PMMA-g-Al2O3填充环氧树脂纳米复合材料的制备及性能研究

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)改性nano-Al2O3为填料,制备了PMMA-g-Al2O3/EP复合材料,并对其性能进行研究。结果表明:PMMA改性Al2O3纳米粉体的加入改善了环氧树脂的导热性能、冲击强度等综合性能,其冲击强度可达到18.34 kJ/m2,热导率提高率为22.9%,体积电阻率最高为14.98×1013Ω.m,且PMMA改性纳米Al2O3填充环氧树脂的综合性能优于未改性纳米Al2O3和A151改性纳米Al2O3填充环氧树脂的性能。     

环保气体下灰尘对环氧树脂闪络特性的影响

气体绝缘设备中环氧树脂绝缘子表面染污是引发其沿面闪络的重要原因,明确各类型灰尘对环氧树脂绝缘性能的影响具有重要的意义。采用3种材质粉末模拟气体封闭绝缘设备中可能出现的灰尘类型,并对各组附灰试样进行表面电荷特性测量分析,并在混合C_4F_7N-CO_2气体环境中进行了工频交流沿面闪络测试。测试结果显示,金属类附灰电荷积聚量最多,绝缘类与半导体类附灰积聚电荷量相近;金属类附灰试样电荷消散速度最快,附半导体类其次,而绝缘类附灰试样消散最慢。金属类附灰试样沿面闪络电压随附灰粒径d减小而逐渐提高,半导体类、绝缘类附灰试样沿面闪络电压随d减小而逐渐降低;与经表面充电操作后的试样相比,未充电的试样(原试样)闪络电压较低。阐述了环氧树脂绝缘表面附着不同材质、不同粒径灰尘对于其表面电荷特性及沿面闪络特性的影响及二者间关联关系。     

碳纳米管-玻璃纤维绝缘导热复合材料的制备及性能研究

为研究玻璃纤维、碳纳米管共改性环氧复合材料导热特性,制备了不同含量碳纳米管、玻纤填充的环氧复合材料试样,并测试了其体积电阻率、介电常数、介质损耗正切角、交流短时击穿电压及导热系数,分析了各填充组分对复合材料绝缘及导热特性的影响。实验发现,向环氧基体中添加少量碳纳米管,对其体积电阻的影响很小;但向玻纤增强的环氧树脂中掺杂碳纳米管,则可提高其体积电阻率和击穿电压,降低其介电常数和介质损耗,且当碳纳米管和玻纤的掺杂量分别取0.2wt%和40wt%时,材料绝缘效果最佳,能够满足母线运行绝缘要求。同时,环氧复合材料导热系数与玻纤含量呈正相关特性,单玻纤填充量为40wt%时,其导热系数可达到0.638W/(m?K),而双组分填充时则可升至1.286 W/(m?K)。研究表明,碳纳米管与玻纤在共改性环氧树脂过程中导热存在互助效应,在兼顾环氧复合材料电气绝缘的同时,可进一步改善其导热性能,从而降低母线温升。     

LED 3D封装基板用TPI/AlN纳米导热膜的制备与研究

通过原位聚合法制备了热塑性聚酰亚胺/氮化铝(TPI/Al N)纳米导热膜。研究了纳米Al N颗粒不同添加量对TPI/Al N纳米导热膜高压击穿(Hi-Pot)、热导率、剥离强度以及介电性能的影响。结果表明:TPI/Al N纳米导热膜的热导率随着纳米Al N填充量的增加而增大,并在质量分数为10%时达到最大值0.41 W/(m·K);而剥离强度随Al N填充量的增加先增大后减小;交收态的导热膜Hi-Pot在质量分数为3%时达到最大值2 k V(AC),继续添加纳米Al N到20%时,Hi-Pot值急剧下降;弯曲后的导热膜Hi-Pot在质量分数为0.5%时达到最大值1.34 k V(AC)。导热膜的介电常数(Dk)在低频范围时显著增大,在高频范围时变化不大,介质损耗(Df)随着频率的升高而显著增大。     

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。     

G/R和PTFE在液氮中的冲击沿面闪络特性

液氮环境中绝缘材料的沿面闪络特性对超导电力装置的绝缘设计具有重要意义。为此,选择玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(G/R)和挤出成型的聚四氟乙烯材料(PTFE),通过实验研究了他们在液氮中的冲击沿面闪络电压和闪络时间的变化特征。结果表明:G/R材料的冲击沿面闪络特性很差,闪络电压值愈高则闪络电压的下降率愈大,而闪络次数愈多则闪络电压值愈低;PTFE材料表现出了良好的沿面闪络电压重复性。其主要原因是高能量的沿面闪络电弧会改变G/R材料表面状况,同时也使环氧树脂基体发生分解,改变了表面电阻率。G/R材料的沿面闪络电压略低于PTFE材料,其原因是相对于PTFE,G/R的介电常数与液氮的偏离更大,电场线更加扭曲,导致其交界面的闪络电压更低。2种材料在液氮环境中服从韦伯分布的0.1%闪络概率的首次冲击闪络电压和爬电距离的关系,可以为在稍不均匀电场条件下工作的超导电力设备的外绝缘设计提供参考。     

沿面闪络用非介入式表面电位测量研究

沿面闪络是威胁气体绝缘封闭开关(GIS)安全运行的重要事故,支撑绝缘“三结合点”处的表面电场畸变易产生电荷积聚并最终演变成持续性沿面闪络。本文通过对指形电极沿面闪络装置进行非介入式表面电位测量,并通过有限元分析软件验证实验装置的可行性,在本文的仿真参数设定下,非介入式测量误差仅为2.42%。利用该实验装置对添加纳米SiO₂质量分数为2 wt%的环氧试样进行表面电位测量,升压速率为0.5 kV/5 min。当施加电压不足以引发沿面闪络时,纳米颗粒的添加引起的Maxwell-Wagner界面极化使得表面电位呈现衰减现象。当施加电压接近闪络电压时,表面电位衰减过程出现周期性回升现象,且回升现象出现的频率随施加电压升高而变快,闪络前表面电位衰减过程中的回升现象能够作为预测沿面闪络的一种信号。当施加电压为5 kV时,发生沿面闪络现象,闪络过程表现为间歇性闪络向持续性闪络的过渡。在间歇性闪络阶段,表面电位的幅值出现极性反转现象,可能与瞬间短路引起的电子沿面泄露和Maxwell-Wagner界面去极化有关。持续性闪络阶段表面电位的幅值波动相较于间歇性闪络要小且相邻闪络间期变短,说明闪络引起表面灼烧通路更易于发生沿面闪络。