SiO_2粒径对环氧树脂复合材料介电性能的影响_邬瑞文.pdf

第 15卷第3 期 过 程 工 程 学 报 Vol.15 No.3 2015 年 6 月 The Chinese Journal of Process Engineering June 2015 SiO 粒径对环氧树脂复合材料介电性能的影响 2 1,2 1 1 1,2 1,2 1 邬瑞文 ， 张冬海 ， 王好盛 ， 陈 赟 ， 李文辉 ， 陈运法 (1. 中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室，北京 100190 ；2. 中国科学院大学，北京 100049) 摘 要：将不同粒径的 SiO2 微球与环氧树脂复合，制备用于直流特高压关键设备的高性能环氧绝缘复合材料，分析 了其体积电阻率、介电常数与损耗，考察了 SiO2 微球对复合材料主要电气性能的影响；通过扫描电镜、动态热分析 SiO 微球与环氧树脂的界面作用. 结果表明，不同粒径的 SiO 微球均对环氧树脂复合材料性能有改善作用，添加 100 2 2 nm SiO2 的复合材料提升效果最显著，体积电阻率从 1.871017 cm 提至 3.241017 cm，介电常数实部从 10.99 降至 4.92 ，玻璃化转变温度从 104.9 ℃升至 106.4 ℃，这是因为 100 nm SiO 微球表面吸附水分少、与树脂作用力强. 2 关键词：环氧树脂；SiO2 微球；复合材料；介电性能 中图分类号：TQ322.4+ 1 文献标识码：A 文章编号：1009606X(2015)03053006 1 前 言 合材料的介电常数均高于纯环氧树脂. Wang 等[14]制备 了纳米 SiO 和 Al O /环氧树脂复合材料，发现随频率增 2 2 3 我国经济持续快速发展，而电力供需形势和能源分 加，复合材料及纯环氧树脂的介电常数均降低，两种复 布状况极不平衡，对建设电力高效输送的特高压电网提 合材料的损耗角的正切值tan均小于纯环氧树脂. 出了迫切要求[1]. 目前，我国直流特高压关键绝缘设备 纳米颗粒虽然对环氧树脂的电性能有更积极的影 制造处于国际领先水平，但重要的环氧绝缘复合材料尚 响[15,16] ，但其较大的表面积及界面特性使环氧树脂粘度 无自己的核心技术，基本采用传统工艺通过 20~40 m 大幅增加，在真空浇注工艺中气泡难以脱除，产生气孔， SiO 或 Al O 颗粒与环氧树脂复合制备，无机颗粒添加 恶化材料性能；微米颗粒对材料粘度影响较小，但较大 2 2 3 量大、缺陷多，体系体积电阻率仅为 10151016 Ωcm， 的颗粒与环氧树脂界面结合不紧密，易产生自由体积而 难以满足直流特高压 1017 Ωcm 绝缘等级需求[24] . 与传 降低颗粒对树脂电性能的增幅[17]. 尽管已有大量关于 统微米级填料相比，添加少量纳米颗粒会对复合材料的 纳米颗粒增强环氧树脂复合材料电