界面改性纳米SiO2/环氧树脂的电树枝生长特性研究

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在聚合物中填充纳米颗粒是抑制电树枝生长的有效手段,而界面区域是影响纳米复合电介质性能的主要因素。本文基于化学接枝与等离子体辅助接枝两种表面改性方法,得到超支化聚酯改性纳米SiO2/环氧树脂复合材料,并研究了两种改性方法对于电树枝生长的影响规律。首先采用化学接枝法与等离子体辅助接枝法,分别对纳米SiO2表面进行端竣基超支化聚酯(CHBP)接枝处理,并制备不同填充量的KH550-CHBP与CHBP/DBD改性纳米SiO2/EP复合材料。采用SEM与TEM分析了复合材料及改性纳米SiO2的微观特性。随后通过热刺激去极化电流(TSDC)测量了不同改性复合材料的陷阱能级。建立局部放电测试和电树枝实验系统,研究了不同界面改性对于纳米SiO2/环氧树脂复合材料局部放电特性与电树枝生长特性的影响。实验结果表明,CHBP/DBD表面接枝处理在纳米SiO2表面形成了厚度为2.2 nm的CHBP功能层,并显著改善了纳米SiO2在环氧树脂基体中的分散性。经低温等离子体辅助CHBP修饰纳米SiO2表面后,纳米SiO2/EP复合材料出现0.99~1.53 eV深陷阱;当改性纳米SiO2填充至3wt%时,复合材料的局部放电起始电压达到峰值14.5 kV,较纯EP提高了 55.9%。此外,相比于KH550-CHBP改性,CHBP/DBD改性有效提高了纳米SiO2/EP复合材料的耐电树枝特性。当填充5wt%时,CHBP/DBD改性复合材料的耐电树枝性能达到最优,此时电树枝通道的延伸与碳化程度均达到最小值,并且电树枝通道主要沿垂直电场方向扩展,而电树枝的劣化区域面积以及形态结构的复杂程度相对较高。分析发现,相比于传统化学接枝CHBP,长链CHBP经低温等离子体处理后,形成大量短链CHBP接枝于纳米SiO2表面,提高了纳米SiO2与EP基体之间的结合强度,并引入了大量深陷阱,显著改善了纳米SiO2/EP复合材料的电树枝生长特性。
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