白云母类矿物绝缘灌注胶的电阻率和抗压强度特征与机理研究

摘要

白云母类矿物通常具有着极高的绝缘性能和较低的电介质损耗而被广泛应用于绝缘材料之中。为了克服现有绝缘灌注胶用非金属矿物填料存在的不足,为新型绝缘灌注胶的制备与应用提供科学依据,采用PC68型数字高阻计、WE-100型液压万能试验机、日本理学5530扫描电镜和Spetrum One型傅里叶红外光谱仪等仪器,侧重研究了微晶白云母、碎云母、白云母、绢云母等白云母类矿物新型绝缘灌注胶功能材料的电阻率和抗压强度特征与机理,并对矿物及其它固体绝缘材料小块样品电阻率测试方法及其影响因素进行了研究,得到以下研究结果:
　　 (1)矿物及固体绝缘材料电阻率测量的小型电极实验装置与应用:根据国家标准GB/T1410-2006和数字高阻计特点,研制了一种与通用高阻计配套使用的小型电极实验装置,将试样直径由标准电极的100mm减小到18mm,试样面积减少了30.86倍；该装置采用两个直径60mmx高20mm的绝缘基座对三电极系统进行支撑和精确定位,以实现装置结构的精准性和测量结果的可靠性,其关键技术参数是高压电极和测量电极的直径分别为18mm和14.6mm,保护电极内径和外径分别为16mm和18mm,保护电极与测量电极间隙尺寸为0.6mm,适用于直径φ=18mm的矿物及固体绝缘材料平板试样电阻率测量；体积电阻率和表面电阻率验证实验结果表明,采用小型电极实验装置与标准电极测量结果一致。
　　 (2)影响矿物及其它绝缘材料块状样品电阻率测试的基本因素:块状样品干燥清洁的微晶白云母放置在空气中会不断吸附空气中的水分和杂质,从而导致绝缘电阻大幅度下降,体积电阻率从2.35×1012Ω·cm下降到7.50x1010Ω·cm,表面电阻率从4.79×109Ω下降到5.93×108Ω,而当放置时间继续增加,下降趋势变缓,最后体积电阻率稳定在3.49x1010Ω·cm左右,下降了约两个数量级,表面电阻率稳定在3.49x108Ω,下降了一个数量级；未经处理的微晶白云母的绝缘电阻开始时随烘干时间的增加而增加,而当烘干时间延长到2h后,绝缘电阻趋于稳定,体积电阻率从2.38x1011Ω·cm增加到2.25×1012Ω·cm；表面电阻率从2.11×108Ω增加到2.10×109Ω,均增加了一个数量级；表面粗糙度对微晶白云母的绝缘电阻基本没有影响,在测试一般样品的电阻率时可以使用80＃以上的砂纸进行抛光处理。
　　 (3)固化剂对环氧树脂灌注胶电阻率和抗压强度的影响:当593固化剂用量为25phr时,固化产物的抗压强度、体积电阻率和表面电阻率均达到最大,分别为128.42Mpa,8.93 x1015Ω·cm,1.21 x1015Ω；当650聚酰胺用量为120phr时,固化产物的抗压强度、体积电阻率和表面电阻率均达到最大,分别为56.77Mpa,1.04 x1016Ω·cm,2.96 x1015Ω；当Methpa固化剂用量为70phr时,固化产物的抗压强度、体积电阻率和表面电阻率均达到最大,分别为113.45Mpa,1.78 x1016Ω·cm,8.55 x1015Ω。
　　 (4)微晶白云母对绝缘灌注胶电阻率和抗压强度的影响:微晶白云母对绝缘灌注胶体积电阻率基本上没有不利影响,而对绝缘灌注胶表面电阻率有一定改善作用。结果表明:当用量为40phr(质量份数)时,其表面电阻率可达7.53 x1014Ω；微晶白云母用量<100phr时,绝缘灌注胶的抗压强度会随用量的增加而增大,而用量>100phr时,抗压强度则迅速降低；从绝缘灌注胶绝缘性能、力学性能和胶液黏度等因素考虑,微晶白云母的优化用量为80phr。
　　 (5)白云母类矿物种类对绝缘灌注胶电阻率和抗压强度的影响:初步研究结果表明,当以白云母用量为40phr进行比较时,白云母、碎云母、微晶白云母矿物作为填料时比硅微粉、刚玉粉等传统矿物具有更好绝缘性能,其中白云母体系的综合性能(体积电阻率9.81 x1015Ω·cm,表面电阻率2.35 x1015Ω,抗压强度113.24Mpa)较为优异。但由于其比较前提不是相应矿物的优化用量,该问题研究有待进一步深化。
　　 (6)微晶白云母表面改性对绝缘灌注胶电阻率和抗压强度的影响:初步研究结果表明,当以微晶白云母优化用量80phr为试验条件时,经3#改性后固化体系的绝缘性能(体积电阻率1.90 x1015Ω·cm,表面电阻率2.78 x1015Ω)与抗压强度(110.58Mpa)较为优异；当微晶白云母粉体在空气中吸附达到饱和后,未改性固化产物的体积电阻率(8.53 x1014Ω·cm)和表面电阻率(4.33 x1014Ω)相对于改性固化产物的体积电阻率(7.65 x1015Ω·cm)和表面电阻率(3.55 x1015Ω)均下降一个数量级,但该问题研究有待进一步深化。