随着高压直流输电技术的发展，新型输变电设备得到了广泛应用，这也对其绝缘材料提出了更高的要求。聚酰亚胺作为一种新型绝缘材料，由于其优越的绝缘性能、机械性能、介电性能被广泛应用于高频变压器、变频电机等电气领域。但聚酰亚胺材料的本征热导率较低，在实际应用中受到高温作用会逐渐老化裂解，从而降低其绝缘性能，不利于电气设备的安全稳定运行，因此提高聚酰亚胺材料在高温下的绝缘性能引起了学者们的广泛关注。目前，在聚合物基体中引入高导热填料是制备高导热绝缘复合材料的有效手段，氮化硼纳米片凭借其优秀的绝缘和导热性能在众多无机填料中脱颖而出。为探究填充氮化硼纳米片对聚酰亚胺复合材料综合性能的改善作用，以及对材料电、热老化过程的抑制作用，本文基于分子动力学模拟方法开展了研究工作，主要内容包括:构建纯聚酰亚胺材料和聚酰亚胺/氮化硼纳米片复合材料模型，计算其相对介电常数、热导率和力学性能指标，同时模拟材料在热场、电场、等离子体处理时的老化过程，从微观层面探究填充氮化硼对复合材料综合性能、电热老化过程的影响。主要研究结果如下:
　　(1)基于ReaxFF反应分子动力学方法建立纯聚酰亚胺材料和填充质量分数为1.25％、2.5％、5％、7.5％、10％的聚酰亚胺/氮化硼材料的关键物理性能计算模型，计算各体系的相对介电常数、热导率以及力学性能指标。结果表明:填充氮化硼纳米片可明显抑制材料介电常数随温度的升高，同时大大提升材料的热导率。随着填充质量分数的提高，对介电常数和热导率的改善作用都愈加明显。10wt％填充复合材料体系在600K温度下的介电常数较纯聚酰亚胺体系下降约34％，同时将常温下材料的热导率提升了103.4％。计算材料250～650K温度范围内的体积模量、杨氏模量、剪切模量以及泊松比，分析结果可知，填充后的复合材料保持了基体材料本身优秀的力学性能。因此，填充氮化硼纳米片可明显提升材料综合性能，改善材料表面温度分布和介电性能，缓解了材料表面局部过热和电荷积聚现象等问题的出现。
　　(2)应用分子动力学方法开展复合材料热老化过程研究。设置材料体系温度为2000K～3000K，随着温度的升高，未填充体系与填充体系的聚酰亚胺分子长链的运动和扭转程度不断加剧，材料体系的老化裂解情况愈加明显，生成小分子数不断增多。比较两体系各温度下的片段化指数，填充氮化硼纳米片可有效缓解体系的热老化程度，3000K条件下，掺杂氮化硼体系的片段化指数较未掺杂体系减少约20％，同时减少了小分子产物CO2、CN的生成数量。氮化硼纳米片的存在阻碍了聚酰亚胺分子的移动与扭转，同时提高了材料的热导率，从而抑制了复合材料的热老化趋势。
　　(3)应用分子动力学方法开展复合材料电老化过程研究。设置电场强度从起始放电强度到击穿强度电场，即5kV/mm、50kV/mm、200kV/mm，随着电场强度的增大，各体系分子数不断增多，即材料绝缘特性被逐渐破坏。10wt％氮化硼填充可有效改善材料在起始放电场强下的电老化情况，但会降低材料的击穿强度。通过降低填充比例可有效提升复合材料的击穿强度，当氮化硼的填充比例在5wt％以下时，复合材料的击穿强度要高于未填充材料，此时既保持了复合材料较高的热导率，又避免了过度填充引起的内部电场畸变。
　　(4)电晕等离子体中的活性粒子也是材料电老化的原因之一，选择正极性电晕产生的·H3O、·NO和负极性电晕产生的·O3、·OH与材料进行相互作用。结果显示正极性电晕对材料的侵蚀作用更加明显，氮化硼的填充对·OH和·NO作用下的电老化过程有明显抑制作用。综合四种等离子体活性粒子的作用情况，填充氮化硼纳米片可以一定程度上抑制活性粒子作用下的聚酰亚胺复合材料电老化。从原子层面分析不同活性粒子对材料的微观作用机理，主要存在夺取活性粒子氢原子过程和活性粒子吸附材料的过程。不同活性粒子对聚酰亚胺电老化的作用程度取决于粒子的活跃程度与自身消耗反应的剧烈程度，·NO作用时并未有过多的自我消耗反应出现，同时其生成的O2可再次氧化PI分子，因此对材料老化的作用效果最强。氮化硼纳米片有稳定的化学性质，几乎不与任何活性粒子发生反应，从而阻碍了等离子体活性粒子入侵材料，但也一定程度减少了活性粒子的自我消耗。
　　本文基于分子动力学模拟计算了聚酰亚胺/氮化硼纳米片复合材料的多种关键物理性能，从微观层面分析了填充氮化硼纳米片对材料电、热老化情况的影响，研究结果对降低聚酰亚胺绝缘材料老化损失、研发新型高导热绝缘材料提供了理论基础。