碳化硅改性超疏水涂层协同增强直流沿面闪络性能及机理研究

超疏水涂层在能源电力装备防湿/污闪络方面具有潜在的应用前景,但其表面在直流电场下易积聚电荷,导致电场畸变,诱发沿面闪络。该文研制了一种兼具优异憎水性和电荷消散特性的碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层,研究了其沿面闪络特性和机理。结果表明,填充碳化硅质量分数为40%的氟碳树脂超疏水涂层沿面闪络性能最佳,与室温硫化（RTV）硅橡胶涂层相比,其干闪和湿闪电压分别提升了62.1%和90.6%。研究发现,填充40%碳化硅的氟碳树脂超疏水涂层表面以浅陷阱为主,被捕获的载流子易于脱陷,有效提升了涂层的沿面干闪电压;同时,该超疏水涂层表面粘附功低,水滴易被电场驱离,可形成较大干区,显著提升了涂层的湿闪电压。因此,碳化硅/氟碳树脂超疏水涂层表现出良好的憎水性能、电荷消散特性和直流沿面闪络性能,对提升高湿环境中能源电力装备的绝缘性能具有重要参考价值。     

氮化硼纳米片/环氧树脂复合材料的制备与热性能研究

通过十八胺改性氮化硼纳米片制备了氮化硼/环氧树脂复合材料,并对氮化硼/环氧树脂复合材料的热性能进行了研究。结果表明:加入氮化硼纳米后,复合材料的玻璃化转变温度提高了20℃,当氮化硼含量为7%时,复合材料的玻璃化转变温度最高为223.5℃,热分解温度最高,耐热性能明显提高,储能模量从纯环氧树脂的1 800 MPa增加到2 700 MPa。随着氮化硼含量的增加,复合材料的热膨胀系数逐渐减小,导热系数逐渐增加,从纯环氧树脂的0.139 W/(m·K)提高到氮化硼含量为10%时的0.23 W/(m·K)。     

粘结NdFeB磁体表面纳米TiO_2/氟碳复合涂层的耐腐蚀性能

将硅烷偶联剂KH-550改性的纳米TiO2颗粒与氟碳乳液混合涂覆于粘结NdFeB磁体表面形成复合防蚀涂层。研究了纳米TiO2/氟碳复合涂层对粘结NdFeB磁体耐腐蚀性能的影响,利用扫描电镜、接触角测定仪和电化学工作站对涂层表面形貌、疏水性和耐腐蚀性进行了表征。结果表明,经过硅烷偶联剂KH-550改性的纳米TiO2颗粒在涂层中的分散性较好,可以有效减少涂层中的微裂纹和孔洞。粘结NdFeB磁体表面为亲水性,而涂刷纳米TiO2/氟碳复合涂层后,磁体表面转变为疏水性。电化学测试表明复合疏水涂层可以有效提高磁体的耐腐蚀性能。     

功能化氮化硼纳米片/环氧树脂复合材料的制备与热性能研究

通过合成液晶与BN纳米片共混超声而制得功能化氮化硼纳米片(BN-LCP),然后采用该功能化氮化硼纳米片制备了环氧树脂/BN-LCP复合材料,并对其热性能进行研究。结果表明:加入功能化氮化硼纳米片后,环氧树脂/BN-LCP复合材料的初始储能模量比纯环氧树脂提高了748 MPa,玻璃化转变温度提高29℃;随着BN-LCP填充量的增加,复合材料的线膨胀系数逐渐减小,导热系数增大。     

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。     

化学腐蚀对超疏水涂层表面憎水性的影响研究

利用质量变化表示法评估化学腐蚀过程中超疏水涂层表面的腐蚀速率,并制备出一种在面漆中添加含氟类化合物的超疏水涂层.在室温环境下对涂覆含氟超疏水涂层、无氟超疏水涂层与RTV涂层的玻璃基板进行耐酸、碱、盐腐蚀性试验,并在试验中设置了不同的腐蚀时间、腐蚀介质浓度,研究化学腐蚀对超疏水涂层表面憎水性的影响.结果表明:超疏水涂层的耐酸、盐腐蚀性强于耐碱腐蚀性;添加含氟类化合物能够显著提升超疏水涂层的耐化学腐蚀性;含氟超疏水涂层的耐酸、碱腐蚀性与RTV涂层接近,但耐盐腐蚀性明显优于RTV涂层.     

环氧树脂/功能化氮化硼纳米片复合电介质的制备及性能研究

采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）对氮化硼纳米片（BNNS）进行表面改性,然后将其掺入环氧树脂基体中,制备了环氧树脂/功能化氮化硼纳米片（EP/BNNS-KH560）复合材料。对功能化氮化硼纳米片的结构及形貌进行测定,并对EP/BNNS-KH560复合材料的性能进行研究。结果表明：BNNS表面成功接枝KH560,在透射电子显微镜下展现出透明薄层结构;宽能级间隙的BNNS-KH560填料的加入可以保持复合材料的高电绝缘性、优异的介电性能和力学性能,使其热稳定性提高,并能在环氧树脂基体中形成良好的导热通道,有效改善复合材料的导热性能。当复合材料中BNNS-KH560质量分数为20%时,复合材料的导热系数可达到0.51 W/(m·K)。     

绝缘子的超疏水涂层覆冰特性试验研究

采用超疏水涂层是提高输电线路绝缘子防冰能力的重要方法之一。为此,提出一种通过在低表面能疏水性材料表面化学沉积纳米粒子制备绝缘子超疏水涂层的方法。扫描电镜显示涂层表面有类荷叶的微纳二元复合粗糙结构,其水滴静态接触角达到(160±0.5)°。将分别涂敷有超疏水涂层、RTV涂层以及无涂层的玻璃板试品放入人工覆冰实验室进行覆冰试验,测试了3种覆冰试品的覆冰形貌、覆冰质量以及交流闪络电压。试验与分析结果表明,涂敷RTV涂层与无涂层的试品相比,超疏水涂层试品的试品覆冰形成显著较慢,覆冰质量较低,超疏水涂层防止了连续冰膜的形成,提高了试品的覆冰闪络电压。     

硅树脂超疏水涂层的制备及湿闪特性研究

水滴在疏水涂层表面由于电场的存在易发生电晕放电,严重时会进一步发展为沿面闪络。为提高涂层的湿闪电压,通过纳米二氧化硅改性甲基硅树脂制备了超疏水涂层,测试了涂层的附着力及耐磨性能,然后对不同类型的涂层进行闪络电压测试并观察沿面闪络现象。结果表明：超疏水涂层的附着力等级达到0级,磨损后涂层依旧保持良好的疏水性,静态接触角大于155°,涂层的湿闪电压达到26.2 kV,与室温硫化硅橡胶涂层相比提高了42.4%。超疏水性有利于涂层表面水滴在电场作用下运动产生干区,因此超疏水涂层在湿润环境下依旧具有良好的绝缘性能。     

风力发电机叶片用防冰超疏水涂层的研究进展

风力发电机在冬季寒冷天气下运行时极易发生叶片覆冰现象,严重影响发电效率,甚至造成停机事故。为保障风力发电机安全高效地运行,分析超疏水涂层的防冰机理,总结其在防冰领域中应用的优势和存在的问题。结果表明：超疏水涂层是一种具有良好应用前景的风力发电机叶片防冰技术,但需要在涂层耐久性和工程化制备方面进行深入的研究。     

甲基硅树脂超疏水涂层的凝露特性及防污闪性能探讨

甲基硅树脂超疏水涂层由于独特的表面微观结构,具有良好的机械耐磨性能和自清洁功能。开展了甲基硅树脂超疏水涂层的凝露特性试验、超疏水绝缘子的人工积污试验和工频污闪特性试验,探讨了甲基硅树脂超疏水涂层受切向交流电场下的凝露过程及其防污闪性能。试验结果表明甲基硅树脂超疏水涂层具有良好的防污闪性能,对实现电力系统的安全稳定运行具有重要的参考意义。     

超疏水可逆热致变色智能感温涂层的制备及其性能的研究EI北大核心CSCD

电气设备发热往往是故障出现的预兆。因此,温度监测是设备巡检的重要部分。研究选用室温硫化硅橡胶作为基体,通过添加变色微胶囊和二氧化硅纳米颗粒构造微纳复合层级结构,简单喷涂后即可得到智能感温超疏水涂层。制备得到的涂层具有优异的稳定性,即使在紫外线照射、砂纸磨损、胶带剥离和强碱/酸溶液处理后仍保持超疏水性。此外,涂层在表面温度升高时由粉红色变为无色,降低后会变回粉红色,颜色能随温度变化可逆重复变化;单位长度沿面放电电压可达10.62kV/cm。由此,该涂层在保证机械性能、提升电气性能的同时实现了带电设备可逆示温。     

交流电晕对超疏水及普通硅橡胶憎水性的影响

复合绝缘子优异的防污闪性能主要得益于硅橡胶材料表面的憎水性及其迁移特性。在近几年有关表面和界面的研究中,超疏水材料以其优异的超级憎水性和自清洁特性引起了电力行业研究人员广泛的关注。静态接触角大于150°,滚动角小于10°的材料表面被称之为超疏水表面。以往的研究表明,电晕放电是造成硅橡胶表面憎水性下降乃至丧失的主要因素之一。文中以自制的2种超疏水表面硅橡胶和1种普通表面硅橡胶为研究对象,开展了交流电晕对其憎水性及憎水恢复特性的影响研究。考虑到电晕后硅橡胶表面的滚动角会大于90°,文中用接触角滞后取代滚动角表征表面的自清洁能力。试验结果表明:普通硅橡胶表面的静态接触角和接触角滞后分别是113.2°和11.7°,而模板法制备的2种具有微观表面结构的硅橡胶的静态接触角均大于150°,接触角滞后均小于3°,具有良好的超疏水特性及自清洁特性;在电晕处理硅橡胶表面后及电晕后恢复的过程中,普通表面硅橡胶的憎水性及自清洁特性都明显不如超疏水表面硅橡胶;而对于两种超疏水表面,封闭式结构μc表面的憎水性及其恢复特性要优于开放式结构μ_o表面。     

氮化硼纳米片取向对环氧复合材料导热及绝缘性能的影响

在BN/环氧树脂混合料的固化过程中施加不同直流电场制备了纳米BN取向程度不同的环氧复合材料,研究不同电场强度对BN纳米片取向程度的影响,同时探讨BN纳米片取向程度对环氧复合材料热导率和电性能的影响。结果表明：随着直流电场强度的增大,BN纳米片的取向与电场方向更相近,环氧复合材料的热导率得到提升,介电常数和电导率增大。通过调控BN纳米片的分布取向,实现了环氧复合材料导热性能和绝缘性能的协同提升。     

超疏水绝缘涂层在直流电场下的积污特性和闪络特性研究

超疏水绝缘涂层具有优异的自洁性、憎水性和电气绝缘特性,在减少直流输电线路绝缘子积污、降低污闪发生概率等方面有良好的应用前景。在直流电场下对比研究了超疏水绝缘涂层与玻璃、室温硫化硅橡胶(Room Temperature Vulcanized Silicon Rubber,RTV)涂层的积污特性和闪络特性。试验结果为:超疏水绝缘涂层的积污量最小,玻璃和RTV涂层的积污量分别是超疏水绝缘涂层的1.25倍和1.66倍;在超声水雾环境的直流闪络试验中,洁净条件下的超疏水绝缘涂层和RTV涂层的闪络电压相当,均约为玻璃涂层的1.7倍;与洁净状态相比,经过积污的超疏水绝缘涂层试品的闪络电压几乎不变,而RTV涂层的闪络电压值却下降了29.8%,即使经过96 h迁移后该值仍下降了15.1%。试验结果表明,超疏水绝缘涂层具有优异的防污闪性能,在直流外绝缘领域具有较大应用潜力。     

微纳掺杂对环氧/氮化硼复合绝缘热导率和击穿特性的影响

采用微米和纳米氮化硼(BN)为填料,制备了微纳掺杂环氧/BN复合绝缘材料,并对BN掺杂总量一定时,环氧/BN复合绝缘热导率和击穿特性随纳米BN掺杂量的变化进行研究.结果表明:当控制BN掺杂总质量分数为20％时,随着纳米BN含量的增加,复合绝缘的热导率略有下降,工频电气强度先上升后下降,厚度为0.2 mm的试样在8 kV、25 kHz高频双极性方波电压下的耐压时间缩短.纯微米BN掺杂的环氧复合材料热导率最大(0.83 W/(m·K)),且在高频双极性方波电压下的耐压时间最长(193 s),分别比纯环氧树脂提高了277％和408％;当纳米BN的质量分数为1％时,环氧复合绝缘的工频电气强度最高,为131 kV/mm,比纯环氧树脂提高了27％.因此,对于微/纳米共掺杂环氧复合体系而言,纳米颗粒的加入主要有助于提高复合材料的工频电气强度,但会使复合材料的热导率下降,缩短其在高频双极性方波电压下的耐压时间.     

介电导热云母/氮化硼纳米杂化聚酰亚胺薄膜的制备与性能研究

首先以六方氮化硼(h-BN)微粉及绢云母微粉(Mica)为原料,通过冻融循环结合超声工艺剥离出氮化硼纳米片(BNNS)及云母纳米片(MNS);之后以BNNS和MNS为绝缘导热填料,采用原位聚合法及二步法的水性聚酰亚胺(PI)工艺,制备了云母/氮化硼纳米杂化聚酰亚胺薄膜(简称为MNS/BNNS纳米杂化PI薄膜).研究了不同MNS/BNNS填充量对纳米杂化PI薄膜性能的影响,采用XRD、TEM、AFM对BN、BNNS、Mica、MNS的形貌、结构进行了表征,并测定了MNS/BNNS纳米杂化PI薄膜的导热系数、介电常数及电气强度等性能.结果表明:当m(MNS)∶m(BNNS)=1∶2时,纳米杂化PI薄膜具有较好的综合性能,导热性能比纯PI大幅提高,导热系数为0.743 W/(m·K),电气强度可达246 MV/m,介电常数为5.28.     

超疏水和RTV涂层表面覆冰剪切强度及其影响因素的对比分析

超疏水涂层和RTV涂层都具有防冰性能,但关于两者防冰性能的对比研究较少。文中使用覆冰剪切强度降低系数λ对比两种涂层防冰性能的差异,并通过理论模型计算了λ的理论值。在低温试验箱内对涂敷了两种涂层的4种材质基板进行覆冰剪切力实验,并在实验中设置了不同的冻冰时间、覆冰环境温度。实验结果表明,RTV涂层表面覆冰剪切强度是超疏水涂层的13～86倍,覆冰剪切强度降低系数λ理论值和实验值相符合;随冻冰时间的延长,覆冰剪切强度逐渐增大或基本不变;随覆冰环境温度的降低,覆冰剪切强度呈先增大后减小再增大的趋势;不同基板材质表面的覆冰剪切强度均是超疏水绝缘涂层小于RTV涂层。冻冰时间和覆冰环境温度对两种涂层表面覆冰剪切强度的影响规律并不完全相同。