纳米金刚石对环氧树脂复合材料机械性能与电绝缘性能影响的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sophia_je
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随着我国特高压的迅速发展,特高压盆式绝缘子需承担更大的机械与电气应力。环氧树脂复合材料由环氧树脂、无机填料及固化剂混合固化而成,是制备盆式绝缘子的关键材料,直接影响盆式绝缘子的性能。研究表明通过添加无机纳米粒子作为填料,可有效提高环氧树脂复合材料的性能。纳米金刚石不仅具有高的机械强度、优良的绝缘性能、优异的导热性、负的电子亲和势及低的场发射阈值,且制备工艺成熟、成本低,适合作为无机纳米填料增强环氧树脂复合材料性能。研究纳米金刚石对环氧树脂复合材料机械性能与电绝缘性能的影响,制备出机械强度高、韧性好且电绝缘能力强的环氧树脂复合材料,契合我国特高压发展的需求。为此,本文开展了如下工作:(1)为了降低环氧复合材料性能分散度对纳米金刚石研究的影响,本文采用复配固化剂的方式降低环氧树脂复合材料性能的分散度。本文将PA与HHPA复配,制备了环氧树脂/复配固化剂复合材料固化试样并对其进行了机械强度与击穿强度测试。研究结果表明,固化剂复配可以降低酸酐的熔点,从而使环氧树脂固化时的混料温度窗口扩大,降低了固化工艺的控制难度,使环氧树脂复合材料在几乎不降低机械强度与击穿强度最大值的同时,极大的降低了材料性能的分散度。(2)为了探究纳米金刚石对环氧树脂复合材料固化特性及机械性能的影响,本文对环氧树脂/纳米金刚石复合材料的固化放热、粘度变化及拉伸、弯曲性能进行了测试。研究结果表明,添加纳米金刚石可以减小环氧树脂的固化放热峰、降低粘度增长的速度,使环氧树脂复合材料的机械强度提高,当纳米金刚石添加量为6phr时,环氧树脂复合材料的拉伸强度与弯曲强度获得最大提升,其中拉伸强度提升了11%,弯曲强度提升了7.8%。同时在其应力-应变曲线中发现了屈服点,表明添加纳米金刚石后,增强了环氧树脂复合材料的韧性。(3)为了探究纳米金刚石对环氧树脂复合材料电绝缘性能的影响,对环氧树脂/纳米金刚石复合材料进行了电绝缘性能相关试验。研究结果表明添加纳米金刚石后,环氧树脂复合材料的浅陷阱能级密度增加,表面电阻率降低,表面电荷消散速度增加,使沿面闪络电压提高,当纳米金刚石添加量为8phr时,沿面闪络电压最高提升了17.6%;而体积电阻率与击穿电压先增加后降低,在纳米金刚石添加量时为4phr时击穿电压最高提升了15.6%;耐电弧性能则随纳米金刚石添加量增加而提高,当纳米金刚石添加量为8phr时,耐电弧性能最大提升了211.25%。
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