环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料电导与击穿性能研究

摘要

环氧树脂在电气绝缘领域的应用越来越广泛。但是，随着电力设备向着大容量、高电压方向的发展，对设备的安全和运行可靠性要求更加的严格，对绝缘材料的电气性能要求也越来越高。普通的环氧树脂无法满足对其介电性能的要求，通过纳米粒子改性环氧树脂以获得高介电性能的绝缘材料成为当今相关学者研究的热点。
　　 本文以双酚A型环氧树脂为基体树脂，蒙脱土为无机填料，十八烷基三甲基氯化铵为表面修饰剂，甲基六氢邻苯二甲酸酐为固化剂，制备了经过表面修饰的有机蒙脱土，并采用熔融插层法制备了不同蒙脱土含量的环氧树脂/蒙脱土复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)对表面修饰前后的蒙脱土层间距及组分进行分析。通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对不同蒙脱土含量的环氧树脂/蒙脱土复合材料的微观结构进行表征。用高阻计测量了复合材料的电导率的温度特性，分析了表面修饰剂、蒙脱土含量和实验温度对复合材料电导特性的影响。通过对复合材料介电强度的测试，重点讨论了表面修饰剂、蒙脱土含量、试样厚度和实验温度对复合材料击穿性能的影响。
　　 通过XRD和FTIR表征结果表明，经表面修饰的蒙脱土的层间距提高为原来的1.9倍。复合材料的微观结构表征结果表明，适量的有机蒙脱土的加入有利于剥离型环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的形成。电导率的测试结果表明，蒙脱土的加入使复合材料的电导率增加，但适量的有机蒙脱土的加入能够有效的降低其电导率随温度升高而升高的幅度。击穿实验结果表明，有机蒙脱土的加入能够提高环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的击穿场强，添加的有机蒙脱土含量的不同，复合材料击穿场强为纯坏氧树脂的1.13到1.47倍。不仅试样厚度对复合材料的击穿强度有影响，实验温度对复合材料的击穿强度也有一定程度的影响，但是适量的有机蒙脱土的加入能够很好的延缓复合材料的击穿场强随温度的升高而降低的趋势。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 环氧树脂的改性研究

1．2 环氧树脂纳米复合材料的介电性能研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 课题主要研究背景、内容及意义

第2章 电导与击穿机理研究

2．1 界面结构模型

2．1．1 多核模型的结构

2．1．2 基于多核模型的低场电导现象解释

2．1．3 基于多核模型的击穿现象解释

2．2 电导率的Arrhenius分析

2．3 击穿场强的Weibull分析

2．4 本章小结

第3章 材料制备与结构表征

3．1 实验材料及仪器

3．1．1 实验材料

3．1．2 实验仪器

3．2 实验流程

3．2．1 蒙脱土表面修饰的流程

3．2．2 熔融插层法制备环氧树脂／蒙脱土纳米复合材料

3．3 结构表征

3．3．1 蒙脱土层间距的XRD测试

3．3．2 蒙脱土的FTIR分析

3．3．3 复合材料的SEM表征

3．3．4 复合材料的TEM表征

3．4 本章小结

第4章 环氧树脂／蒙脱土纳米复合材料电导与击穿性能分析

4．1 环氧树脂／蒙脱土纳米复合材料的电导特性分析

4．1．1 复合材料电导率测试

4．1．2 蒙脱土的表面修饰对复合材料电导率的影响

4．1．3 蒙脱土含量对复合材料电导率的影响

4．1．4 温度对复合材料电导率的影响

4．2 环氧树脂／蒙脱土纳米复合材料的击穿性能分析

4．2．1 复合材料工频交流击穿测试

4．2．2 蒙脱土的表面修饰对复合材料击穿强度的影响

4．2．3 蒙脱土含量对复合材料击穿场强的影晌

4．2．4 试样厚度对复合材料击穿性能的影响

4．2．5 温度对复合材料击穿场强的影响

4．2．6 击穿孔洞的SEM表征

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢