无机粒子的改性及其对光固化复合绝缘材料性能的影响研究.pdfVIP

摘要

随着社会经济与科学技术的发展，国民用电需求持续攀升，对供电稳定性的要求越

来越高，电气设备的绝缘性能是影响其稳定运行的重要因素。树脂作为电气设备定子线

棒的绝缘主体，其绝缘性能直接决定了供/用电安全。目前热固化技术制备的树脂存在

固化速率慢、不环保的问题，而光固化技术因固化速率快、绿色环保而备受关注，广泛

应用于各行各业。但是光固化树脂存在绝缘性能不佳的问题，难以满足电气设备所需的

绝缘性能。常用于提高绝缘性能的无机材料如云母带、玻璃纤维带等对于电气设备上因

裂纹及孔洞造成的绝缘失效，在现场操作时存在困难。因此，本文以二氧化硅、氧化铝、

氧化镁、云母粉作为填料来提高光固化树脂的绝缘性能，研究无机粒子的添加量对复合

材料绝缘性能的影响。

由于无机粒子的表面能高，导致其在基体中分散性差、易发生团聚现象，会影响对

光固化树脂性能提升的效果，所以本文首先对无机粒子进行表面改性来改善分散性。分

别将不同浓度的KH550和KH570硅烷偶联剂水解30min后，在三口烧瓶中按一定比例

放入乙醇、纯水以及干燥后的无机粒子，置于80℃水浴锅反应1h完成改性，抽滤去除

多余的乙醇，研磨、过筛。通过对比改性无机粒子在有机相中沉降体积的大小来判断改

性效果，沉降体积越小，在有机相中分散性越好；借助红外光谱分析、接触角测试、扫

描电镜验证结论，并测试改性后粒子的粒径，筛选粒子改性效果最佳的反应条件。结果

表明：经KH550、KH570硅烷偶联剂改性后的无机粒子出现了相应的特征吸收峰，表明

硅烷偶联剂通过脱水缩合反应可能包裹住了四种无机粒子，改性成功；经过改性后的无

机粒子接触角增大，亲油性增强；当SiO粒子改性条件为8%KH570硅烷偶联剂时，沉

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降体积为最小值5.6mL，改性的效果最佳，粒径为11.048μm；当AlO粒子改性条件为

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4%KH570硅烷偶联剂时，沉降体积为最小值6.2mL，改性效果最佳，粒径为9.377μm；

当MgO粒子改性条件为6%KH550硅烷偶联剂时，最小沉降体积为4.0mL，改性效果

最佳，粒径为25.077μm；当云母粉粒子改性条件为6%KH550硅烷偶联剂时，改性的效

果最佳，沉降体积为最小值1.7mL，粒径为2.655μm。

本文为提高光固化树脂的绝缘性能，将经筛选后改性效果最佳的8%KH570-SiO、

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4%KH570-AlO、6%KH550-MgO、6%KH550-云母粉作为填料，以质量比为3:1的环氧

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丙烯酸酯与聚氨酯丙烯酸酯为基体，3%1173（2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮）作为光引

发剂，在紫外光设备15s的照射下完成固化，制备添加量不同的光固化树脂复合绝缘材

料。通过接触角测试、扫描电镜观察、热失重分析以及电气性能测试，研究粒子添加量

的不同对复合材料润湿性、断面表面形貌、热稳定性以及绝缘性能的影响。实验表明：

与未改性无机粒子在树脂基体中的情况相比，经过表面改性后的无机粒子分散得更加均

匀，说明表面改性能够改善无机粒子的团聚现象；当8%KH570-SiO为15%时复合材料

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的接触角增大了33.6%，绝缘性能最佳，此时击穿场强为27.79kV/mm，体积电阻率达

到5.15×1015Ω·m，介质损耗为0.038；当4%KH570-AlO为15%时复合材料的接触角

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增大23.89%，绝缘性能最佳，此时击穿场强为24.37kV/mm，体积电阻率达到4.77×1015

Ω·m，介质损耗为0.032；当6%KH550-MgO为15%时接触角