油纸组合体系作为经典的复合绝缘结构,广泛应用于油浸式变压器中。降低绝缘纸的介电常数可改善油纸组合体系的介电配合,从而提高油纸组合体系的绝缘性能;增强绝缘纸热稳定性可延长变压器使用寿命。因此,降低介电常数、提升热稳定性一直以来都是绝缘纸改性的研究热点。工程上尝试将天然纤维与合成纤维复合,以制备性能优异的复合绝缘纸,但已有的研究并未充分考虑两相纤维的复合结构及界面特性,大多以牺牲绝缘纸机械性能为代价,并未得到推广应用。此外,现有绝缘纸研发仍然在采用“尝试性”重复实验的方法,直接的科学理论或仿真指导不足。因此,采用科学的材料研发方法,从分子结合方式及复合结构入手设计并制备出一种具有低介电常数、高热稳定性的天然纤维基新型复合绝缘纸具有重要的工程价值和理论意义。本文首先利用分子动力学模拟计算得到的参量构建了纤维性能的综合量化评价方法,对作为复合增强相的合成高分子进行选型,再研究分子结合方式、复合比例及结构对纤维复合体系极性、力学等性能的影响,制定了具有低介电常数、高热稳定性的合成高分子/天然纤维复合体系的设计方案;依据该设计方案指导实验探索,制备出与设计方案组成及结构相吻合的新型复合绝缘纸;并研究该绝缘纸浸油后的绝缘、放电特性及运行稳定性,评估其作为油浸式绝缘材料应用于变压器的优异性能。论文取得的主要研究成果如下:（1）建立了采用分子动力学模拟获得的参量对纤维极性、相容性及力学性能、热稳定性分别进行表征并进而实现纤维性能综合量化评价的方法,并将该方法应用于指导新型复合绝缘纸的组成与微观结构设计中。采用分子动力学模拟计算获得的极化强度、介电常数实现表征纤维体系极性;Flory-Huggins相互作用参数,拉伸模量、K/G值实现表征纤维体系相容性及力学性能;玻璃化转变温度、分子均方位移、氢键及内聚能密度参数实现表征纤维体系热稳定性能。根据以上分子动力学模拟得到参量表征的三种性能建立了纤维性能综合量化评价方法,并用于指导新型复合绝缘纸组成、分子结合方式及复合结构的设计。（2）设计得到一种高性能低介电常数芳纶1414（PPTA）/天然纤维复合材料的分子结构。利用基于分子动力学模拟的纤维性能量化评价方法,对复合材料的高分子增强相种类、与天然纤维分子间的结合方式、复合比例及结构进行了优化设计,确定了该新型复合纤维材料的分子结构特点:采用上下层均为10 wt.%PPTA+23.3wt.%纤维素的混合,中间层为33.3 wt.%纤维素的三层结构,分子间通过丁烷四羧酸（BTCA）酯化形成交联“网络”。（3）研究提出了实验室制备PPTA与天然纤维的分子交联及三层结构复合绝缘纸的工艺流程:PPTA浆粕接枝羟基后,与木质纤维按照PPTA纤维占总质量20wt.%的比例,构造上下层含10 wt.%PPTA+23.3 wt.%纤维素,中间层含33.3 wt.%纯木质纤维的三层结构,采用0.2 mol/L的BTCA/Na H2PO2溶液在180℃下反应处理15 min。在实验室中制备出与设计结构吻合的PPTA/天然纤维新型复合绝缘纸。油浸新型复合绝缘纸介电常数为3.21,介电损耗为0.392%,分别相较纯木质纤维绝缘纸降低19.4%、33.2%,抗张强度保留率达到纯木质纤维纸的94.3%。（4）开展PPTA/天然纤维新型复合绝缘纸与矿物绝缘油复合后的电气性能与加速热老化试验研究,证实了该新型油纸绝缘具有优异的电气强度、局部放电特性及电、热寿命,且与矿物绝缘油具有良好的兼容性。油隙宽度为0.5～3 mm的油纸组合结构中,油-新型复合绝缘纸的短时击穿强度相较于油-纯木质纤维绝缘纸提升了24.6%,局部放电起始场强提升了62.5%。相较于纯木质纤维绝缘纸,油浸新型复合绝缘纸在60～90 k V/mm电场条件下的电寿命指数提升了42.3%,在130℃加速热老化过程中,热寿命延长至纯木质纤维绝缘纸的2.13倍;老化过程中,新型复合绝缘纸各项性能退化更慢,与之配合的矿物绝缘油的老化进程更缓,新型复合绝缘纸与矿物绝缘油兼容性良好。