环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料电树枝特性研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:modlong
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环氧树脂具有十分优秀的电绝缘性能、良好的物理力学性能、耐酸碱腐蚀性、优秀的粘结能力,在电气绝缘、电子工业以及建筑施工等领域已经被广泛使用。在高压电气行业,固化体系为酸酐类的环氧树脂拥有较优秀的绝缘性能。然而由于其韧性差、耐冲击强度低、质脆等不足,加上绝缘材料长期在强电场下普遍会产生电树枝老化现象,所以这些都成为了对环氧树脂电绝缘材料的应用向超高压、特高压领域发展的障碍。人们已经发现,环氧树脂与无机纳米微粒通过一定的手段复合成为的新型纳米复合材料,能够显著的提高电绝缘材料的综合性能。  本文选用 E44型号的双酚 A型环氧树脂作为基体,采用长烷基季铵盐插层剂有机化处理的蒙脱土(O-MMT)作为改性填料,酸酐类固化剂选用甲基六氢邻苯二甲酸酐,并通过熔体插层复合法制备出 EP/MMT纳米复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)观测 EP断面微观结构形态,对比不同混料工艺O-MMT片层的存在状态。  采用埋针的方式制备出针板电极系统试样,通过高倍电子显微镜对针板间距、针尖曲率半径等进行了严格的筛选。采用偏光电子显微镜(PLM)对纯EP以及 EP/O-MMT针尖处内应力分布情况进行了观测,发现 O-MMT能够较大程度上削弱由于基体树脂在固化过程中与金属电极收缩率的巨大差距所导致的内应力集中现象。对电树枝起树电压进行了数据分析,随着 O-MMT含量的提高,起树电压呈现升高的趋势。采用超声分散的方式对EP基体与O-MMT的混料工艺进行了改进。根据大量实验结果证实,电树枝的起树率随着含量的提高而明显下降。并且实时测量不同阶段电树枝纵向的生长长度,发现当 O-MMT含量为3%、5%时,相比于1%含量而言,对电树枝的生长速度抑制作用更加明显。采用脉冲电流法局部放电检测了室温下纯 EP以及 EP/O-MMT纳米复合材料的电树枝生长各个阶段的局部放电现象。由于 O-MMT对电树枝的生长产生了较大的阻碍作用,相比于纯 EP的局部放电放电量为10-20pC而言,纳米复合材料电树枝局部放电量很小,很长时间内维持在1pC以下,只有通过灵敏度很高的检测系统才能够精确测量,并且放电相位变窄,聚集在50°附近。对EP以及不同含量 O-MMT/EP纳米复合材料的玻璃化温度进行了测量,O-MMT片层提高了EP树脂基体的玻璃化温度,从EP基体的110℃提高到了5%含量O-MMT复合材料的125℃。最后观察了2h实验时间内,纯EP试样与3%含量O-MMT纳米复合材料在60℃、90℃、120℃以及150℃温度下的电树枝形态,得出结论是 O-MMT/EP纳米复合材料各个温度条件下其耐电树枝化性能都要好于纯 EP,而且耐树枝老化性能更加稳定。
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