直流GIL绝缘子环氧树脂/碳纳米管复合涂层关键物理性能的分子动力学模拟

摘要

盆式绝缘子表面电荷积聚是导致直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)无法长期稳定运行的主要原因,对绝缘子表面覆以涂层以改善电场分布是一种有效的措施.由于复合涂层材料制备工作存在重复性和试探性,本文基于分子动力学模拟方法,进行有针对性的纳米颗粒设计与掺杂,建立了纯交联环氧树脂和掺杂了四种碳纳米管(未封端、半封端、全封端和氨基胺功能化)的环氧树脂复合材料模型.基于上述模型,在LAMMPS下计算了介电常数、热扩散系数(热导率、比热容)、力学性能以及玻璃转化温度.结果表明:掺杂了上述四种碳纳米管的环氧树脂复合材料性能均有所提升,但提升程度有所不同.其中,掺杂了氨基胺功能化碳纳米管的复合材料在力学性能、介电常数以及热扩散系数上提升最明显,包括抑制温升对力学性能的破坏,减小介电常数24.8％,提高热扩散系数96.98％;掺杂了金封端碳纳米管的复合材料仅可最大程度提升玻璃转化温度为25.7K,其余关键物理性能提升不明显.综合模拟计算结果,认为选用氨基胺功能化碳纳米管作为环氧树脂的掺杂颗粒更加符合对表面电荷积聚抑制的需求.