纳米SiO_2/硅橡胶复合材料的陷阱特性

硅橡胶作为直流电缆附件中的主绝缘材料,存在空间电荷积聚的问题,研究硅橡胶纳米复合材料的陷阱特性对抑制聚合物材料的空间电荷积聚有重要意义。为此,以甲基乙烯基硅橡胶为基胶,制备了掺杂不同质量分数(5%、10%和20%)纳米SiO_2粒子的硅橡胶纳米复合试样,通过扫描电子显微镜观测了试样的断面形貌,采用电容探头测量了试样在正、负电晕充电条件下的电位衰减特性,并结合双陷阱能级模型和等温表面电位衰减模型,获得了各试样的空穴陷阱特性和电子陷阱特性。研究结果表明:无纳米掺杂的纯硅橡胶试样中空穴陷阱多为浅陷阱,电子陷阱多为深陷阱;与纯硅橡胶相比,掺杂纳米SiO_2粒子的质量分数为5%时,复合材料中空穴深陷阱密度增多,并且空穴陷阱和电子陷阱均以深陷阱为主;而当复合材料中纳米SiO_2粒子质量分数增大至10%和20%时,其空穴和电子深陷阱密度显著下降,材料内部大量的浅陷阱有助于其电荷的消散。研究成果可为直流电缆附件中硅橡胶材料的改性提供一定的参考。     

纳米SiO_2/环氧树脂复合材料局部放电和导热特性研究

为研究纳米二氧化硅掺杂环氧树脂的局部放电起始电压及导热性,制备了不同纳米粒子含量的纳米二氧化硅/环氧树脂复合材料试样,测试其局部放电起始电压和热导率。结果表明:在纳米粒子含量为5%时,纳米二氧化硅/环氧树脂复合材料的局部放电起始电压达到最大值,较纯环氧树脂提高了22.5%;复合材料热导率达到最大值,较纯环氧树脂提高了157%。通过对试样的微观结构分析可知,掺杂纳米粒子可以抑制复合材料内部缺陷的产生。     

表层氟化环氧树脂的直流闪络特性

绝缘电介质表面电荷积累和分布对其沿面放电和击穿行为具有重要影响。通过表层氟化调控环氧树脂表面微观形貌和表面电位衰减速率,研究电极间隙、升压速率和电场均匀程度对环氧树脂负极性直流闪络特性的影响。结果表明：氟化导致环氧树脂表面电位衰减速率加快和表面粗糙度明显增加。经较长时间氟化的环氧树脂样品,其表面粗糙度上升趋至饱和且其在准均匀电场和极不均匀电场中的沿面闪络场强均有所增加。氟化修饰对极不均匀电场下的闪络场强提升效果更为明显：电极间隙10 mm时氟化15、30和60 min使环氧树脂在极不均匀电场中的闪络场强分别增加16%、34%和47%,而在准均匀电场中的闪络场强增加幅度仅分别为9%、15%和22%。表层氟化可抑制环氧树脂表面电荷积累,阻碍放电通道形成,从而提高闪络场强。     

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MgO/环氧树脂复合材料的陷阱特性及对电树枝特性的影响研究

随着电压等级的不断提升,因电树枝老化而导致的绝缘材料失效问题日益严重。为研究纳米MgO对环氧树脂电树枝老化的影响,制备了不同MgO填充量（质量分数0～1%）的纳米MgO/环氧树脂复合材料,对其电树枝的起始和生长过程进行观测。结果表明,在微量填充下,纳米MgO/环氧树脂复合材料的耐电树枝性能随填充量的增加而提高。当纳米MgO质量分数为1%时,纳米MgO/环氧树脂复合材料的起树概率降低了45%、电树枝长度降低为纯环氧树脂的1/3、交流击穿场强提高了14.1%。由介电特性和陷阱特性分析可得,随填充量的增加,复合材料的介电常数减小,陷阱能级加深。纳米MgO的加入提高了复合材料的陷阱能级,降低了载流子的迁移率和浓度,进而提高了纳米MgO/环氧树脂复合材料的耐电树枝性能。     

环氧树脂/富勒烯纳米复合材料空间电荷注入特性

高温与强电场作用下环氧树脂绝缘空间电荷注入诱发电场畸变,加剧绝缘劣化甚至引起击穿放电故障,严重威胁电力、电子设备安全稳定运行。纳米掺杂在提升环氧树脂复合材料介电性能方面表现优异,但高温与强电场下纳米复合材料的空间电荷注入抑制效果及机理仍有待进一步证实与分析。该文制备了不同含量富勒烯(C₆₀)掺杂的环氧树脂纳米复合材料,采用改进的电声脉冲法研究其在高温(80℃、150℃)和强电场(100、150k V/mm)条件下空间电荷注入与积聚特性。结果表明,C₆₀的引入对高温、强电场下环氧树脂绝缘电荷注入和积累有明显的抑制作用。基于密度泛函理论计算分析环氧树脂和富勒烯的分子轨道能级和3D电势分布规律,发现C₆₀量子点能够调控EP/C₆₀纳米复合材料电荷输运行为,抑制载流子的注入,减少空间电荷的积累。上述试验和仿真结果证明,掺杂C₆₀可以有效改善环氧树脂绝缘高温和强电场下空间电荷注入特性。     

制备工艺对SiO_2/LDPE纳米复合材料空间电荷特性和直流击穿强度的影响

采用平行双螺杆挤出机和转矩流变仪制备了Si O2/LDPE纳米复合材料,研究了两种工艺对纳米粒子分散情况和介电性能的影响。利用电声脉冲法(PEA)比较LDPE和Si O2/LDPE纳米复合材料的空间电荷抑制能力,并测量了其室温下的直流击穿特性。结果表明:Si O2/LDPE比LDPE具有更高的空间电荷抑制能力,且两种工艺制备的Si O2/LDPE直流击穿强度分别提高了21.8%和3%。扫描电镜(SEM)分析表明,平行双螺杆制备的Si O2/LDPE纳米复合材料中的纳米粒子分散性更好,其空间电荷的抑制能力更高,直流击穿强度比转矩流变仪制备的材料高18.22%。平行双螺杆比转矩流变仪具有较高的剪切力,可提高纳米粒子在聚合物中分散性,进一步提高了Si O2/LDPE纳米复合材料的介电性能。     

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。     

MCM-41表面改性及MCM-41/环氧树脂复合材料陷阱特性

在复合材料MCM-41/环氧树脂的制备中,采用硅烷偶联剂对MCM-41颗粒进行表面改性,同时采用热失重、傅里叶红外光谱、小角X衍射、氮气吸附-脱附等手段对表面修饰前后的MCM-41颗粒表面结构进行表征。随后利用原位聚合的方法制备表面改性后不同MCM-41含量的MCM-41/环氧树脂复合材料。在复合材料性能表征中,首先利用动态热机械分析法对其玻璃化转变温度的变化趋势进行研究,实验结果显示随着MCM-41添加量增加,复合材料玻璃化转变温度呈先增加后降低的变化趋势;其次,采用热刺激去极化电流对复合材料中内部的陷阱分布变化进行研究,结果显示随着MCM-41的添加,复合材料内部陷阱深度变浅,陷阱电荷总量降低。实验结果说明在偶联剂的作用下MCM-41能够与环氧树脂基体形成有效的化学键连接,提高复合材料的动态热机械特性,减少复合材料内部的物理或者化学缺陷。     

不同电场下环氧树脂直流沿面闪络特性及其闪络电压分析

研究绝缘材料在不同条件下的沿面闪络特性对掌握绝缘子的电气强度及保证电气设备安全稳定运行具有重要意义。为此,研制了具有不同电场分布形式的沿面放电电极,通过实验研究了环氧树脂在真空及空气环境中的直流沿面闪络特性,并采用韦伯分布分析了闪络电压的变化规律。结果表明,环氧树脂在极不均匀电场下的闪络电压比稍不均匀电场下低,真空中闪络通道和闪络电压的分散性比空气中大,真空闪络受固体绝缘介质的影响大于空气闪络。不对称电场下沿面闪络电压具有明显极性效应,并且真空与空气中的极性效应相反。此外,环氧树脂直流闪络电压服从韦伯分布,可借助该方法定量评估绝缘系统对外加电压变化的敏感性。位置参数的引入有效提升了闪络电压数据的拟合效果,通过特征闪络电压、0.1%闪络概率的闪络电压进一步完善了对绝缘材料沿面电气性能的评价方法。     

SiO_2@MWCNTs/EP纳米复合材料性能研究

首先通过溶胶-凝胶法将纳米二氧化硅(Si O_2)包覆在羧基化处理后的多壁碳纳米管(MWCNTs)表面,形成具有核壳结构的Si O_2@MWCNTs纳米尺度增强体,再将Si O_2@MWCNTs核壳结构引入到环氧(EP)酸酐固化体系中制备了Si O_2@MWCNTs/EP复合材料,研究Si O_2@MWCNTs对复合材料力学性能和热性能的影响。结果表明:碳纳米管表面成功包覆了一层厚度约为24 nm的Si O_2,包覆处理后的碳纳米管在环氧树脂中的分散性显著提高;当Si O_2@MWCNTs掺杂量为0.5%和0.7%时,复合材料的冲击强度和弯曲强度分别达到最大值,比未改性的环氧树脂分别提高了101.4%和32.6%,同时复合材料的热稳定性也显著提高,说明包覆Si O_2能有效提高MWCNTs的改性效果。     

N2、SF6中环氧树脂直流沿面闪络特性研究

分别对N_2及SF_6中不同均匀度电场和不同气压下环氧树脂的沿面闪络特性进行研究,并对电极不对称时正、负极性直流电源下环氧树脂的沿面闪络特性进行对比分析。结果表明:SF_6中环氧树脂的沿面闪络电压对电场均匀度更敏感,随气体压强的变化更大;电极不对称时N_2中与SF_6中环氧树脂的沿面闪络电压有相反的极性特性。     

纳米SiO2/聚酰胺网超疏水复合材料沿面闪络特性研究

绝缘材料的沿面闪络特性受许多因素的影响,如表面粗糙度、纳米填料和化学官能团。本研究以聚酰胺网为支架,以疏水纳米二氧化硅颗粒为改性材料,基于溶解和再凝固的处理方法,将纳米填料嵌入聚酰胺网中。通过改变网孔尺寸确定微观结构,利用氟化纳米颗粒改变复合表面化学基团。研究了微结构/纳米填料对沿面闪络的耦合效应,同时赋予了材料超疏水...     

纳米SiO_2/芳纶绝缘纸复合材料的空间电荷特性和介电性能

为提高油纸绝缘系统的绝缘寿命,提出将纳米SiO_2粒子改性的芳纶绝缘纸应用于直流输变电设备的方法。在加压和去压短路条件下,测试了不同纳米SiO_2含量的芳纶绝缘纸试样的空间电荷特性、热刺激去极化电流、直流击穿强度和体积电阻率。结果表明:添加纳米SiO_2使芳纶绝缘纸的线均电荷密度明显低于纯芳纶纸试样;随纳米SiO_2含量的增加,试样平均电荷密度衰减速率呈现先减小后增大的变化趋势;SiO_2的添加增加了芳纶纸内部深陷阱和浅陷阱的密度;纳米SiO_2含量为1wt%时直流击穿强度最大;芳纶纸的体积电阻率随纳米SiO_2含量增加呈单调递增趋势。机理分析表明纳米SiO_2粒子浓度过高时,其分散性变差导致其对芳纶纸性能的改善作用变弱。     

纳米Al2O3对环氧树脂复合材料沿面闪络电压的影响

为了提高环氧树脂材料的绝缘性能,减少电气设备闪络事故的发生,利用纳米Al_2O_3对环氧树脂进行改性是一种行之有效的办法。本文研究了纳米Al_2O_3的粒径、含量以及偶联剂处理对环氧树脂绝缘材料直流闪络电压和介电常数的影响。结果表明:复合材料的闪络电压随纳米Al_2O_3粒径的减小和含量的增加呈现先增大后减小的趋势;纳米Al_2O_3的偶联剂处理使得复合材料的沿面闪络电压得到提升;复合材料介电常数的变化趋势与闪络电压相反。     

硅微粉/气相SiO_2/环氧树脂复合材料的制备与力学性能研究

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)对硅微粉、气相SiO2进行表面改性后,分别使用单一的硅微粉、气相SiO2及复配的硅微粉/气相SiO2作为填料,对环氧树脂电子灌封胶进行改性,制得二元或三元体系的复合材料,并对其力学性能进行比较分析。结果表明:与采用单一填料改性的二元体系相比,采用硅微粉和气相SiO2组合填料改性的三元体系环氧复合材料的力学性能较好;当m(环氧树脂)∶m(硅微粉)∶m(气相SiO2)=100∶120∶3时,复合材料的弯曲强度达到最大值161.44MPa。     

环氧树脂/Al2O3纳米复合材料直流电树枝及局部放电特性研究

为了研究纳米Al2O3对环氧树脂直流电树枝的影响,制备了环氧树脂及环氧树脂/Al2O3纳米复合材料,采用针-板电极对试样进行电树枝试验及局部放电检测,分析了直流电树枝的起树、生长及老化对应的局部放电情况.结果表明:添加纳米Al2O3颗粒能够降低环氧树脂中直流电树枝的起树概率和生长速度,当Al2O3的质量分数小于3.0％时,其含量越高,抑制电树枝的能力越强.此外,电压上升速度越快,环氧树脂直流电树枝的引发概率越高.试样中的电树在加压时间约为1800 s时会出现滞长现象,且电树枝均为枝状电树.局部放电是环氧树脂直流电树枝老化的一个重要原因,局部放电脉冲簇主要出现在每个周期电压上升和下降的阶段,推测原因是在这两个阶段电树枝快速生长.通过对比纯环氧树脂和Al2O3质量分数为1.0％的环氧复合材料试样的局部放电测试结果,发现纳米Al2O3能够抑制电树枝发展过程中的局部放电,导致放电脉冲幅值降低并且出现更多局部放电稀疏的区域,说明纳米颗粒可以通过抑制局部放电来抑制电树枝的发展.     

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。