基于填料表面改性的环氧复合材料电热特性研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:decet
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为了有效地改善环氧复合材料的性能问题,已将多种具有高热导率和良好电绝缘性的无机颗粒应用于热固性或热塑性聚合物以提高复合材料的导热绝缘性能。近年来,许多科研人员热衷于研究构建填料的有序网络。目前对于碳化硅颗粒磁化处理对环氧复合材料击穿、介电和导热性能的影响探究极少,因此该研究具有重要意义。由于碳化硅有若干晶型,而不同晶型的理化性质存在一定差异。本文选用最常见的α-SiC、β-SiC进行不同比例不同填充量的复配,对制备得到的复合材料进行击穿、介电和导热性能测试。结果表明,β-SiC击穿强度优于α-SiC,介电常数和介电损耗均低于α-SiC,而且由于β-SiC导热率高于α-SiC,当填充30vol%β-SiC时,复合材料的导热率达到了 0.9019W/(m·K),比同量填充的α-SiC/环氧复合材料热导率高48.58%,比纯环氧树脂高360.15%。根据不同晶型复配制备得到的复合材料实验结果,选择了综合性能更加优异的β-SiC进行下一步实验。已知β-SiC本身不具有顺磁性,无法在外磁场作用下取向。于是,本文对SiC颗粒和SiC晶须进行了磁化处理,在SiC粒子与Fe2+、Fe3+混合的溶液中滴加碱液,通过化学反应在SiC表面生成一层纳米Fe3O4磁性微粒。然后进行了三种方式的磁化处理,成功制备了有序复合材料。研究发现:“M-SiC/EP固”复合材料比原始SiC/环氧复合材料具有更好的电热性能。与SiC/环氧复合材料相比,包覆有Fe3O4后具有核壳结构的M-SiC/环氧复合材料的击穿强度有一定程度的提高。在外磁场的作用下,磁化处理后的SiC粒子取向排列,限制了环氧树脂大分子链的运动与极化,所以“M-SiC/EP固”复合材料的介电常数和介电损耗有所下降。同时,“M-SiC/EP固”复合材料中的有序网络也充当了优越的导热路径,Fe3O4包覆的SiC填料在外部磁场作用下垂直排列,搭建了颗粒-晶须通路,与“M-SiC/EP预”复合材料相比,磁场对材料内部的磁化粒子取向程度和成链作用更为显著,固化中磁化处理得到的复合材料导热率明显提升。综上所述,本论文研究了复配复合材料和有序复合材料的电热性能受填料晶型、填充量和取向影响的变化规律,并实现了对更优综合性能碳化硅的选型及综合提升SiC/环氧复合材料的电热性能。这些结果表明磁化取向的SiC基聚合物复合材料在电工装备用导热绝缘材料中的应用前景广阔。
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