新型可回收氮化硼/环氧树脂复合材料导热与介电性能研究

热固性环氧树脂因具有优异的导热性能与绝缘性能在电工装备领域得到广泛应用,由于其具有稳定的三维网络结构和不溶性,回收再利用存在挑战性。本文将不同质量分数的氮化硼（BN）加入到环氧（EP）/4-甲基六氢苯酐降解体系中,制备出高导热、高绝缘、可降解型BN/EP复合材料,并对BN/EP复合材料的导热性能、介电性能以及可降解性能进行研究。结果表明：以2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚作为催化剂,在乙二醇作用下该BN/EP复合材料可在200℃下实现常压降解。BN质量分数为15%的BN/EP复合材料热导率为0.335 W/(m·K),比纯EP树脂提高了34%;交流电气强度为101.7 kV/mm,比纯EP树脂提高了13%。BN/EP复合材料可经酯交换降解得到EP降解产物（EDP）,与EDP复合后,BN/EP复合材料的导热性能和电气强度基本保持不变。     

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/E...     

微米氮化硼-纳米氧化铝复合环氧材料的导热与绝缘特性

环氧树脂(epoxy resin, EP)以其粘附力强、绝缘性能好等优点,在电气领域中得到广泛应用。但环氧树脂的低热导率限制其在器件中的使用,尤其在高频条件下。文中通过多巴胺改性微米氮化硼和纳米氧化铝,将制备的微纳米二元填料填充环氧树脂,研究环氧树脂复合材料的导热性能和电气绝缘性能。结果表明,质量分数22.5%BN和7.5%Al2O3环氧树脂复合材料的导热系数可以达到1.35 W/(m·K),相比于纯EP增加了812.5%,而介电损耗维持在较低水平。高频击穿实验结果展示出复合材料击穿时间明显提高,比纯环氧树脂提高了387%。该种方法制备所得的环氧树脂复合材料,具有热导率高、介电损耗低、高频击穿强度大等优点,为开发适用于高频电力电子器件的导热绝缘材料提供参考。     

大型电机高导热主绝缘材料发展及应用状况——BN填料对环氧胶黏剂性能影响分析

大型发电机高导热主绝缘材料中最重要的成分是高导热环氧胶黏剂,BN粉体作为高导热环氧胶黏剂的重要组分,在提高环氧树脂导热性能的同时,对其他性能也会产生影响.本文对国内外关于高导热主绝缘材料的研究成果进行了分析总结,发现BN粉体能有效抑制BN/环氧复合材料内空间电荷的产生和聚集,并且降低BN/环氧复合材料的空间电荷的阈值电场;BN粉体的加入会降低环氧/BN复合材料的电气强度,相同BN质量分数下,微米BN/环氧复合材料的电气强度更低;相同BN质量分数下,纳米级BN比微米级BN能更有效地降低复合材料的电导率;对复合材料表面进行充电处理会降低材料表面闪络电压值.并提出了国内大型发电机主绝缘材料中的高导热胶黏剂的研究方向.     

中频变压器用环氧树脂/纳米BN复合介质的导热和电气性能研究

为了研究中频变压器用环氧树脂复合材料的导热和电气特性,本文选取高导热纳米氮化硼(BN)颗粒作为填料,利用盐酸多巴胺对其进行表面修饰,采用溶液法制备了环氧树脂/纳米BN复合材料试样(BN质量分数分别为1％、2％和5％),通过扫描电子显微镜对试样的微观形貌进行分析,测试了试样的热导率、体积电导率、中频击穿场强和表面电位衰减特性.结果表明:纳米BN的添加提高了环氧树脂的热导率;1 wt％和2 wt％纳米BN的添加降低了环氧树脂的电导率和载流子迁移率;随着电压频率的升高,试样的击穿场强降低;随着纳米BN浓度的增加,击穿场强呈现出先升高后降低的趋势;纳米BN能够缓解环氧树脂击穿场强随频率升高的影响,降低环氧树脂的表面电位衰减速度.上述结果表明,适量添加1 wt％和2 wt％的纳米BN能够提高中频变压器用环氧树脂复合材料的导热和电气性能.     

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.     

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。     

改性氮化硼/环氧树脂复合材料的制备及性能研究

采用多巴胺盐酸盐对氮化硼(BN)进行表面改性,然后在BN表面沉积银纳米粒子,得到复合填料Ag@BN。以Ag@BN填充环氧树脂制备复合材料,研究填料改性、含量对复合材料导热性能、介电性能的影响。结果表明:改性后的BN微粒能均匀地分散在环氧树脂体系中,当Ag@BN质量分数为50%时,Ag@BN/EP复合材料的热导率达到1.321 W/(m·K),较纯环氧树脂材料提高了275%,同时1 kHz下复合材料的介电常数提高至10.8,介质损耗因数维持在0.5以下。     

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。     

纳米AlN改性对干式变压器环氧树脂绝缘性能的影响

聚合物纳米复合材料因其优良的电气绝缘性能在电介质绝缘领域得到了广泛应用。为了获得性能优良的环氧树脂绝缘材料,将采用硅烷偶联剂进行表面处理后的纳米Al N颗粒加入环氧树脂绝缘材料中,采用溶液共混法制备了Al N质量分数分别为0%、0.5%、1%、3%、5%、7%的Al N/环氧树脂复合材料,研究了不同Al N质量分数对Al N/环氧树脂复合材料绝缘性能的影响。结果表明,树脂基体和Al N填料之间实现了有效的结合,提高了环氧树脂的热稳定性;Al N的加入一定程度上减小了复合材料的体积电阻率,并且增大了复合材料的介质损耗因数,但对复合材料电气绝缘性能的影响较小;当纳米Al N颗粒质量分数为3%时,Al N/环氧树脂复合材料的交流击穿电场强度最大。因此,添加适量纳米Al N颗粒能够提高干式变压器环氧树脂的电气绝缘性能。     

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.     

环氧树脂复合材料的制备及其导热性能研究

分别采用氮化硼(BN)、多巴胺改性BN(BN@PDA)、氮化硼与碳纳米管(CNTs)复配作为导热填料填充环氧树脂,制备了一系列导热复合材料。研究了填料种类、含量对复合材料导热性能、介电性能等的影响。结果表明:经多巴胺改性的BN微粒能均匀分散在环氧树脂体系中,当BN@PDA的质量分数为50%时,BN@PDA/EP复合材料的热导率达到1.232 W/(m·K),较纯环氧树脂的热导率提高了250%。在相同的BN@PDA含量下,采用BN@PDA/CNTs复配填料时可以制备得到高导热高介电的复合材料,热导率提高至2.147 W/(m·K),同时1 kHz下的介电常数提高至51.881,介质损耗因数仅为0.043。     

高导热环氧树脂复合绝缘材料的制备与性能研究

环氧树脂等高分子聚合物材料热导率低,长期使用时,存在热导致的故障和绝缘失效等隐患.通过向环氧树脂中填充具有高导热性和高绝缘性的微米氮化硼和纳米氧化铝填料制备高导热复合绝缘材料,研究填料填充量及配比对复合材料导热性能和绝缘性能的影响.结果表明:当总填充量为30％,微米h-BN与纳米A12O3的质量比为3∶1时,复合材料的热导率、击穿时间和复介电常数虚部ε"分别为1.182 0W/(m·K)、31.9 s和0.034,比环氧树脂分别提升了697％、21.4％和406％,且复合材料在高频高压电场下具有良好的耐受性能.     

应用频域介电谱法的变压器油纸绝缘老化状态评估

通过频域介电谱法(frequency domain dielectric spectroscopy,FDS)测试分别在110和130℃下老化不同程度的变压器油纸绝缘试品的相对介电常数(εr)和介质损耗因数(tanδ),提出利用油纸绝缘试品在特征频率处的εr、tanδ值评估油纸绝缘老化状态的新方法,建立油纸绝缘试品在特征频率处的εr、tanδ与绝缘纸老化状态的量化关系。结果表明FDS低频段对油纸绝缘老化状态反应敏感,不同老化程度油纸绝缘试品在特征频率处的εr和tanδ值与绝缘纸聚合度满足指数函数关系;研究成果为将FDS用于无损诊断变压器老化状态提供参考。     

环氧树脂/改性氮化硼导热复合材料的制备与性能研究

采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性氮化硼(BN),以此微粒为导热填料制备了环氧树脂(EP)/改性BN导热绝缘复合材料。研究了改性BN含量对复合材料导热性能、电绝缘性能及热稳定性能的影响。结果表明:改性BN能够均匀分散于环氧树脂复合材料中;随着改性BN的加入,复合材料的热导率逐渐上升,体积电阻率略有下降,当改性BN的含量为14.6%时,复合材料的热导率达到0.62 W/(m·K),较纯环氧树脂的热导率提高了169.6%,且复合材料仍保持优异的绝缘性能;随着BN含量的增加,复合材料的热分解温度呈现先升高后降低的变化趋势,当BN的含量为10.2%时,复合材料失重10%时的热分解温度(T10)上升到最高值376.4℃,较纯环氧树脂提高了18℃。     

几种复合绝缘材料长期浸水的电气物理特性

探讨了水对硅橡胶和环氧树脂的憎水性、相对重量、tanδ以及εr的影响。为加速老化过程 ,试品浸入 5 0℃蒸馏水中的试验结果表明 ,长期浸水使憎水性逐渐变差 ,而tanδ和 εr的突然增大则表明绝缘性能丧失     

纳米改性环氧树脂绝缘型封闭母线的温升特性研究

针对环氧树脂绝缘型封闭母线温升较高,本文提出利用SiO_2对母线结构中导热性较差的环氧树脂进行改性,提高环氧树脂的导热性能。在此基础上分析了填料比例、粒径以及表面粗糙度对复合材料导热性能和电性能的影响。结果表明,5%的纳米SiO_2/环氧树脂复合材料具有最优的电性能和导热性能。利用ANSYS软件仿真母线温度场,仿真结果表明,纳米改性环氧树脂绝缘型封闭母线的温升得到降低。     

多巴胺接枝的纳米氮化硼改性环氧树脂绝缘表面电荷高频消散特性

环氧树脂（EP）常用作高频变压器的主绝缘材料,因长期受高频重复电应力作用,导致表面积累的电荷密度增加,容易诱发绝缘失效。纳米改性是提升复合绝缘界面电荷消散特性的重要手段。该文采用多巴胺接枝的纳米氮化硼（h-BN）改性制备了环氧树脂复合材料,重点考察绝缘表面电荷的高频消散特性。受耗散时间、高频致热效应及深陷阱能级的影响,高频下的绝缘表面电荷不易消散,而引入多巴胺接枝的BN可有效提升环氧树脂复合绝缘的电荷消散速率。具体结果表明,掺杂质量分数为10%时,电荷消散速率达到最大值62.15%,相较于纯EP提高了19.41%,与此同时高频沿面闪络电压比纯EP提高了14.73%。其提升机理主要缘于两个方面：一是BN表面接枝的氨基增强了填料与基体的相容性,形成的三维交联网络拓宽了电荷消散路径;二是材料表层浅陷阱密度的提高,使得载流子易通过隧穿效应参与到电导过程,提高了载流子迁移率;此二者协同作用有效提高了表面电荷的高频消散速率。上述研究结果为高频变压器主绝缘系统优化设计提供了基础依据。     

高温阶梯式升压下等离子体处理纳米颗粒对环氧树脂复合材料的电荷动力学特性影响

高含量纳米掺杂易团聚会导致空间电荷积聚、电场畸变,从而降低材料的绝缘性能。为了提升高含量纳米颗粒在基体中的分散性,采用等离子体对纳米氧化铝表面进行处理,制备了纳米氧化铝质量分数为10%的环氧树脂纳米复合材料,利用扫描电子显微镜对颗粒的分散性进行表征,采用高温空间电荷测量装置和电导电流测试系统研究了不同温度阶梯式升压下试样的电荷动力学特性。结果表明,等离子体处理能有效地抑制高含量纳米氧化铝的团聚。高温下纳米氧化铝质量分数为10%的试样空间电荷输运明显,电导率提高了近3个数量级;等离子体处理后的含10%纳米氧化铝试样始终保持最低的电荷量和电导率,且电导率与电场强度呈近似线性关系。等离子处理后的纳米氧化铝能有效地抑制高温下空间电荷的注入、积聚与输运,降低载流子迁移和电导活化能,提升高温下环氧树脂复合材料的电气性能。基于结果与分析提出了高温阶梯式升压下等离子处理前后纳米颗粒对环氧树脂复合材料的电荷动力学特性的作用机理。     

环氧树脂掺杂微纳米氧化物粒子改性研究综述

随着电网电压等级提高及电气设备小型化发展,人们对环氧树脂绝缘材料的绝缘性能提出了更为苛刻的要求。添加微纳米氧化物粒子是提高环氧树脂电气性能的重要方法之一,该方法具有大量的实例且操作简便;同时,各种电力技术的不断更新换代为提升环氧树脂绝缘性能增加了更多可能性。文中介绍了环氧树脂掺杂微纳米氧化物填料复合材料制备过程,同时对掺入微纳米氧化物粒子对环氧树脂基本物理性质与主要绝缘性质的影响进行了总结。最后归纳了微纳米氧化物颗粒添加对环氧树脂绝缘性能提升的研究难点及其可能的解决方案,期望对填料掺入环氧树脂复合材料电气绝缘性质改善的学术研究与工程运用起到引领和推动作用。