传统纤维素绝缘纸被广泛用作大型电力变压器的固体绝缘材料,其在长期的运行过程中会产生不可逆的老化现象，对电力系统的安全运行造成重大隐患。特别是在输电电压逐级攀升、用户对供电可靠性要求日趋严格、电力企业追求资产收益率杠杆的新格局下，传统变压器绝缘材料的缺点逐渐凸显，对电力变压器新型绝缘材料的需求愈加迫切。然而新型绝缘材料的开发是一个跨学科性的巨大工程，耗资巨大、周期冗长，并且单纯的实验手段无法进行相关机理层面上的研究和解释从而缺少实际借鉴和指导意义。分子模拟技术则具备宏观实验方法不可比拟的优势，它已经被应用于材料改性和新型聚合物材料的设计，被喻为化学工业从产品到过程设计完全自动化的一个关键技术。　　本文分别搭建了不同取代度的化学改性纤维素（氰乙基纤维素和乙酰基纤维素）模型及添加热稳定剂的物理改性纤维素模型。利用分子动力学研究了化学改性纤维素材料的机械性质和亲水性及物理改性纤维素材料的亲水性。利用计算量子化学对改性纤维素的化学稳定性及其与水分、小分子酸和氧气等老化因子的化学反应活性进行了研究。考察了不同改性技术对于纤维素材料理化性质的微观影响，探讨了不同改性方法的作用机理，所得到的主要结论有：　　1.利用分子动力学研究了化学改性技术对于纤维素材料机械性质的影响，验证了化学改性技术对纤维素绝缘纸机械性质的破坏作用并解释损伤机制。改性后纤维素分子链的热运动活性增强；随着取代度的增大，材料内部氢键数及材料静态力学模量减小，材料拉伸强度、硬度、断裂度等力学性质均呈现不同程度的劣化。其中，乙酰化方法对于纤维素材料机械性质的破坏作用较小。　　2.利用分子动力学研究了化学改性技术对于纤维素材料亲水性的影响。模拟结果表明化学改性技术会显著削弱纤维素材料对水分的结合作用：改性后纤维素与水分间的氢键数及互相作用能随取代度的增大而降低，这有利于降低纤维素发生水解的几率，其中氰乙化方法的改善效果更明显；改性材料中水分子的扩散系数变大，表明改性材料对水分的束缚能力变弱。　　3.利用分子动力学研究了物理改性技术对于纤维素材料亲水性的影响。模拟结果表明物理改性技术会增强纤维素材料对水分的结合作用，这归因于热稳定剂与水分间新的结合作用，纤维素本身对于水分的结合作用并未明显变化；热稳定剂与纤维素在吸附水分上的竞争效应有利于抑制纤维素和水分的进一步结合；模拟结果可以有效解释物理改性绝缘纸的相关实验现象。　　4.对化学改性纤维素的化学特性进行了基于密度泛函的量子化学计算。借助前线轨道理论从微观上解释了化学改性材料抗老化能力提升的机理：有利的方面是化学改性纤维素的电离能变大，抗氧化性增强；其与小分子酸的化学反应活性减弱；不利的方面是改性纤维素化学稳定性变差，更容易发生热解，而且与水分的化学反应活性增加，发生水解所需能量变小。总体上有利的方面强于不利的方面。仿真结果与实验现象取得了一致。　　5.量子化学模拟结果从微观上解释了物理改性材料抗老化能力提升的机理，即物理改性所用热稳定剂与水分、小分子酸和氧气的化学反应活性均强于天然纤维素与这些物质的化学反应活性，并将率先与这些物质发生化学反应从而保护纤维素。