纳米结构颗粒对硅橡胶电气性能的影响研究

发布时间：2025-05-05 01:45

　　硅橡胶复合材料的电绝缘性能、耐电老化性能优异,广泛应用于复合绝缘子、防污闪涂料和电缆应力锥等高电压绝缘领域。但随着国家“三纵三横一环”特高压能源安全输电战略的实施,大容量、长距离输电线路的安全问题再次突显。其中,硅橡胶绝缘防护性能提升的要求日益迫切。利用纳米材料提高聚合物基复合材料性能的研究由来已久。研究表明,传统微米颗粒添加量大、功能单一,而少量纳米颗粒便可以显著提高电介质的电气性能,如降低复合材料的介电常数、提高体积电阻率、提高击穿强度。但纳米颗粒的均匀分散和有机/无机界面,始终是影响硅橡胶性能提升的难点。本论文针对上述问题,使用两种方法进行改进:首先,对纳米颗粒进行表面改性设计,以提高其分散性;使用亚微米或者微米级的纳米结构颗粒,结合大尺寸颗粒容易分散的特点,并保留纳米颗粒的优点。探索了颗粒的纳米尺度、纳米形貌和多级结构对硅橡胶电气性能的影响,主要研究内容和结果如下:（1）纳米氧化镁对硅橡胶电气性能的影响通过溶胶-凝胶法及高温煅烧过程（800℃和1000℃）,制备了两种表面活性的纳米氧化镁（分别标记为Mg0800和MgO1000）,并用十二烷基三乙氧基硅烷（标记为C12）对其进行改...

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２硅橡胶的表面疏水性??Ｆｉ．?１．２?Ｈｄｒｏｈｏｂｉｃ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｂｅｈａｖｉｏｒ?ｏｆ?ｓｉｌｉｃｅ?ｒｕｒ??

１．２．２硅橡胶的性质??硅橡胶分子链主链骨架为Ｓｉ－０－Ｓｉ键，以端羟基聚二甲基硅氧烷为例，其结??构如图１．１所示。Ｓｉ－０的键能高达１０１４．２?ｋＪ／ｍｏｌ，因此硅氧烷的热稳定性很好；??Ｓｉ－Ｃ键的热稳定性也较高，苯基取代可提高其耐热性，如Ｐｈ４?Ｓｉ在４２５?°Ｃ下可....

图１．４复合绝缘子的伞裙撕裂破坏—??Ｆｉ．１．４?Ｓｈｅｄｒａｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｃｏｍｏｓｉｔｅ?ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ１２３１??

大雾等高湿度天气，湿气会进入护套与芯棒表面，使暴露处产生电弧放电，继而??造成芯棒脆断的恶性事故［２２］。另外，还有大风引起的伞裙撕裂问题。乌吐线７５０??ｋＶ使用的复合绝缘子，运行２－３年后，一些复合绝缘子出现如图１．４所示的伞裙??撕裂、变形的现象［２３］。伞裙撕裂破坏使得绝....

图１．１１电介质极化示意图：（ａ）电子位移极化，（ｂ）离子位移极化，（ｃ）偶极子转向极??化和（ｄ）界面极化??Ｆｉｇ．?１．１１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍｓ?ｏｆ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ｉｎ?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ：?（ａ）?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ?ｐｏｌａｒｉｚａｉｔｏｎ，?（ｂ）??ｉｏｎｉｃ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ，?（ｃ）?ｄｉｐｏｌａｒ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ?ａｎｄ?（ｄ）?ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ?ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ??

Ｃ?［ＰＤＭＳ］?ｊ??图１．８?ＰＤＭＳ分子链降解机理１１训??Ｆｉｇ．?１．８?ＰＤＭＳ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｄｅｐｏｌｙｍｅｒｉｓａｔｉｏｎ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?１１３０１??对于羟基封端的ＰＤＭＳ，端羟基会在较低的温度下引发主链的降解反应，生??成小分子环状硅氧烷［３１］....

图１．１２电介质的介电常数随频率的变化关系??Ｆｉｇ．?１．１２?Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｃｏｎｓｔａｎｔ?ｏｆ?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ??

子中以电导损耗为主，如聚乙烯、硅橡胶；在极性分子中以极化损耗为主，如环??氧树脂。??图１．１３为介电损耗（ｅ＂）和频率的变化关系。在低频区，或者恒定电场中，??各种松弛极化均有充足的时间建立，极化损耗很小；随着频率的增大，电介质中??的界面极化开始慢慢跟不上电场的变化，极化损耗....

本文编号：4042925