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。     

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.     

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。     

环氧树脂/氮化硼微纳米复合材料的导热与电气绝缘性能研究

以环氧树脂(EP)为基体,采用行星共混法制备了不同质量分数的微米BN/EP复合材料(EPM)和纳米BN/EP复合材料(EPN),分析了BN微、纳米填料对复合材料导热性能和电气绝缘性能的影响及其机理。结果表明:相同的BN质量分数下,EPN比EPM具有更高的热导率。EPM和EPN的电气强度随BN质量分数的提高先增大后减小,在相同BN质量分数下,EPN比EPM具有更高的电气强度;EP、EPN以及EPM的介电常数(εr)和介质损耗因数(tanδ)均随温度的升高而增大;同一温度下,EPM和EPN的εr均大于EP,而tanδ均小于EP。在80℃以下,EPM和EPN与EP的电导率相差不大;而在80℃以上,EPM和EPN的电导率显著低于EP,并且相同BN质量分数的EPN电导率明显低于EPM。BN微纳米填料的填充可显著提高环氧树脂的导热性能和高温下的电气绝缘性能。     

钛酸钡填料形状对其聚合物复合材料介电性能的影响

分别以钛酸钡纳米棒、钛酸钡纳米颗粒和钛酸钡微米颗粒作为填料,以聚偏氟乙烯(PVDF)作为基体,制备了3个系列高介电复合材料,并用阻抗分析仪对复合材料的介电性能进行了分析,研究填料形状对聚合物复合材料介电性能的影响。结果表明:随着钛酸钡填料体积分数的增加,复合材料的介电常数均明显增加,同时介质损耗也保持在较低水平。当电场频率为1 kHz、填料体积分数为40%时,钛酸钡纳米棒/PVDF的介电常数在3个系列复合材料中最高,达到24.1。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

片形填料在不同排列方式下的等效磁导率计算

鉴于现有模型仅能计算片形填料在特定排列方式下的等效磁导率的不足,建立了一种计算片形填料在不同排列方式下的等效磁导率的模型。通过调控基本单元的边长比例,从理论上实现了片形填料在复合材料中的不同排列方式,进而采用磁偶极子模型得到了复合材料的等效磁导率。研究结果表明:随着片形填料体积分数的增加,复合材料的等效磁导率也随之增加;当片形填料在某方向上的间距减小时,复合材料在该方向上的等效磁导率增加。与其他经典模型相比,该模型的计算数据与实验数据更为接近,因此该模型可预测片形填料在不同排列方式下的等效磁导率,且准确度要高于其他经典模型的预测结果。     

环氧/纳米铝片复合材料的介电与导热性能研究

以环氧树脂为基体、纳米铝片为填料,通过自转-公转混合技术制备了环氧/纳米铝片复合材料。采用扫描电子显微镜、宽频介电谱仪和导热仪分别研究了复合材料的微观结构、介电性能以及导热系数。结果表明:纳米铝片在复合材料的面内方向具有一定取向;复合材料的介电常数和导热系数相对于纯环氧树脂均获得了大幅提高。当纳米铝片的体积分数为50%时,复合材料的介电常数和导热系数相对于纯环氧树脂分别提高了约36倍和15倍。     

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。     

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。     

环氧树脂/BN纳米复合材料的制备及性能研究

将偶联剂改性的纳米BN添加到环氧树脂中,制备了环氧树脂/BN纳米复合材料,并研究了纳米BN含量对纳米复合材料热性能、力学性能及电性能的影响。结果表明:随着BN添加量的增加,复合材料的热导率提高,当BN添加量为15%时,热导率为0.301 W/(m.K),是纯环氧树脂热导率的1.394倍。同时复合材料的热稳定性有所提高,当添加量为10%时,热分解温度提高了6.88℃。随着BN添加量的增加,复合材料的冲击强度和介电强度呈先升高后降低的趋势,当BN含量分别为7%和3%时,冲击强度和介电强度达到最大值15.60kJ/m2和28.94 MV/m,分别是纯环氧树脂的1.324倍和1.43倍,表明纳米BN的加入可以提高环氧树脂的综合性能。     

基于扫描热显微技术的氮化硼/低密度聚乙烯复合材料界面导热性能研究

导热高分子复合材料基体和填料形成的界面会影响复合材料整体的导热性能.然而受到传统测试技术的限制,很难从微观角度更深入地研究界面导热机理.本文利用扫描热显微镜(SThM)研究了氮化硼(BN)/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料的界面导热机制,对BN/LDPE复合材料的界面热学性质进行了定量分析,并通过有限元仿真模拟了SThM的测试过程,揭示了无机-有机界面处的界面热传导过程.结果表明:随着BN颗粒含量的增加,复合材料的热导率也随之提高.当BN的质量分数达到20％时,复合材料的热导率提高了约22％.采用SThM得到了微纳尺度样品形貌和反映热学性质的电压分布图像,发现BN/LDPE复合材料的热导界面宽度为150～200 nm.在两个BN颗粒相互接触的地方,显示高导热区间增大,热导界面宽度变化较小.通过测试标样获得了热导率与输出电压平方的拟合关系曲线,并计算得到BN/LDPE复合材料的界面热导率为0.33～39.81 W/(m·K).仿真结果表明探针针尖能够区分填料、界面以及基体,复合材料的导热性能随着界面宽度和热导率的增大而提高.     

聚酰胺酸低黏化制备导热BN/PI复合薄膜

为解决填料在高黏度聚酰胺酸（PAA）中易团聚、分散性差的问题，本研究以3,3′,4,4′-联苯四甲酸二酐（BPDA）和对苯二胺（PDA）为原料，采用酸酐水解法在较高固含量下合成了低黏度的聚酰胺酸溶液。在此基础上，通过填料的液相法超声分散预处理和高效球磨混合工艺，制备了氮化硼质量分数为0～40%的氮化硼/聚酰亚胺（BN/PI）复合薄膜，系统考察了填料的分散性以及复合薄膜的力学、耐热、导热等性能。结果表明：聚酰胺酸的低黏化及填料混合分散工艺赋予了填料良好的分散性，并对BN/PI复合薄膜的性能产生重要影响。当填料质量分数为40%时，复合薄膜的力学强度约为140 MPa，玻璃化转变温度为385.2℃，导热系数高达0.741 W/(m·K)，相比无填料添加的纯PI膜提高了338%。     

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。     

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。     

纳米粒子改性聚乙烯直流电缆绝缘材料研究(Ⅰ)

由于高压直流塑料电缆运行中温度梯度效应会引起场强畸变,选用一种特殊的纳米粒子作为填料,通过熔融共混制备出不同填料质量分数(1%,3%,5%)的低密度聚乙烯(LDPE)纳米复合材料。通过扫描电镜(SEM)观察,证明纳米粒子在聚乙烯中分散均匀。利用电声脉冲(PEA)法研究了温度梯度场下LDPE纳米复合材料中的空间电荷及场强畸变特性;并测量了不同温度下的体积电阻率和直流击穿特性。结果表明,该种纳米粒子的添加能有效改善温度梯度场下聚乙烯绝缘中电荷积聚和场强的畸变现象,并提高聚乙烯的直流击穿强度。同时发现,该聚乙烯纳米复合材料体积电阻率随着温度升高呈现先升后降趋势。