高导热硅橡胶复合绝缘材料制备与电气性能的研究

摘要

无机填料／硅橡胶复合材料由于其具有优异的耐候性、抗腐蚀性、电绝缘性等性能被广泛的应用于高电压绝缘领域,又因其质量轻,易于加工,具有较好的柔性、憎水迁移性等被用做户外复合绝缘子。硅橡胶基体自身的导热性能较低,抗撕裂性能差,需要与其它无机填料复合才能使用,提高硅橡胶复合材料的导热性能广泛被关注,因为提高硅橡胶复合材料的导热性能就能有效降低复合材料由高电压局部放电引起的局部过热而导致的材料老化,具有较实际的应用价值。
　　 为了制备高导热硅橡胶复合材料,本研究制备了通过分别添加不同含量的微米Al2O3(0.5～3μm)、微米Si3N4(0.3～3μm)、纳米氧化铝(13nm)和纳米AlN(30nm),利用共混法制备了具有不同导热性的无机填料／硅橡胶复合材料。在填料体积分数固定为30％时,通过改变微米氮化硅和纳米氧化铝体积比,发现所有组成的微米Si3N4和纳米Al2O3共填充的硅橡胶复合材料的热导率较微米Si3N4(30％)／硅橡胶复合材料的热导率有显著提高,其中在微米Si3N4与纳米Al2O3体积比为26／4时,硅橡胶复合材料的热导率(1.64W／m.K)是单一微米Si3N4填充的硅橡胶复合材料热导率(0.52W／m.K)的3倍。同时发现微米Si3N4-纳米Al2O3／硅橡胶复合材料中随着纳米Al2O3填料含量的增加,力学性能提高(当微纳配比达到26／4时其硬度、拉伸强度和断裂伸长率均能达到绝缘子标准的力学性能要求),并且所得复合材料的电绝缘性能相对于微米Si3N4／硅橡胶复合材料的绝缘性能优异并且稳定性好。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及研究意义

1.2 国内外研究水平及存在的主要问题

1.3 高分子复合绝缘子发展历史

1.4 无机填料/高分子复合材料的制备工艺

1.4.1 溶胶.凝胶法(Sol-gel)

1.4.2 共混法

1.4.3 原位聚合法

1.5 导热机理及导热模型

1.5.1 导热机理

1.5.2 导热理论模型

1.6 无机填料/聚合物复合材料的击穿场强

第二章 样品的制备及表征方法

2.1 材料的选择

2.1.1 硅橡胶基体的选择

2.1.2 无机填料的选择

2.2 原材料的性能

2.2.1 硅橡胶的性能

2.2.2 氮化硅的物理性能

2.2.3 氧化铝的物理性能

2.2.4 氮化铝的物理性能

2.3 无机填料/硅橡胶复合材料的制备

2.4 复合材料的表征

2.4.1 实验仪器列表

2.4.2 样品测试方法

第三章 微米填料/硅橡胶复合材料的表征及性能分析

3.1 扫描电镜结果及分析

3.2.导热性能分析

3.2.1.微米填料/硅橡胶复合材料导热分析

3.2.2 Maxwell模型及Lewis-Nielsen模型模拟及分析

3.2.3 Agari模型分析

3.3 硫化剂用量对复合材料热导率的影响

3.4 微米Al2O3/硅橡胶复合材料和微米Si3N4/硅橡胶复合材料热重分析

3.5 电性能分析

3.5.1 微米填料填充硅橡胶复合材料的介电性能分析

3.5.2 微米填料/硅橡胶复合材料的电气性能分析

3.6 微米氧化铝及微米氮化硅填充硅橡胶复合材料的力学性能

3.7 单组份硅橡胶复合材料的憎水性分析

3.8 本章小结

第四章 纳米填料填充硅橡胶复合材料的表征及性能分析

4.1 引言

4.2 扫描电镜图分析

4.2.1 纳米填料颗粒扫描电镜分析

4.2.2 纳米复合材料扫描电镜图

4.3 纳米Al2O3-硅橡胶和纳米AlN-硅橡胶复合材料的导热性分析

4.4 热重分析

4.5 介电性能分析

4.6 纳米填料/硅橡胶复合材料的电气强度分析

4.7 纳米氧化铝填充硅橡胶复合材料的力学性能

4.8 憎水性分析

4.9 本章小结

第五章 双组份填料/硅橡胶复合材料的表征及性能分析

5.1 引言

5.2 双组份填料/硅橡胶复合材料的断面结构图

5.3 导热性能分析

5.4 电性能分析

5.5 力学性能分析

5.6 热重分析

5.7 僧水性分析

5.8 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

作者简介和攻读硕士学位期间发表的学术论文

导师简介及决议书