摘要
环氧树脂(Epoxy, EP)广泛应用于电气设备绝缘领域，但特高压输电工程中电压等级的不断提高，对其性能提出了更高的要求，单一复合材料的性能难以满足使用要求。因此，本文以无机微、纳米填料为分散相加入到环氧基体中，对环氧树脂及其复合材料的介电性能进行研究，对于开发出介电性能优异的的新型电介质材料具有十分重要的意义。 基于目前聚合物基复合电介质的研究现状，本文以探索环氧树脂基复合材料的宏观介电性能为目标，选用双酚A环氧树脂为基体聚合物，以经过表面修饰的层状硅酸盐蒙脱土和煅烧过的碳化硅为纳米和微米分散相，采用熔融共混法并配合超声分散制备了环氧树脂基微米、纳米和微-纳米复合材料。本文利用插层剂对蒙脱土(MMT)进行有机化改性，并配合超声振荡使其预分散，并利用X射线衍射(XRD)对蒙脱土有机化改性前后的片层间距进行了表征；通过扫描电子显微镜(SEM)观察填料周围的形貌特征及其在基体中的分散情况；利用直流高压电源，皮安表，高阻计、工频交流击穿试验平台、高压西林电桥配合高低温试验箱和宽频介电谱仪对材料的电导参数、击穿参数、相对介电常数以及损耗参数进行测试，对比研究了纯环氧树脂、纳米复合材料、微米复合材料以及微-纳米复合材料介电性能的差异。 实验结果表明：经有机化改性后蒙脱土的片层间距由1.24nm扩大到2.13nm，层间距扩大了71.8%；无机填料在EP基体中分散均匀，无明显团聚现象；微米SiC和纳米MMT无机粒子的引入均能使复合材料电导率及非线性系数较纯EP都有不同程度的提高，且阈值场强有所降低。当SiC/MMT的比例增大时，复合材料的电导率随之而增大，而非线性电导特性减弱。低温时SiC/EP复合材料和MMT/EP复合材料的电导率低于纯EP，但在高温区EP的电导率增加最明显，其电导率高于复合材料；SiC/MMT比例的变化，对复合材料电导率的影响缺少明显的规律性。纳米MMT粒子的引入，又可以很大程度上提升环氧树脂基复合材料的击穿强度，单一填料复合材料中5N组分试样较纯EP的击穿强度提高了43.05%，在环氧树脂基微-纳米复合材料中，当MMT与SiC的质量分数之比为3∶2时达到最大值，53.46kV/mm，较纯EP的击穿强度提高了45.67%。介电温谱的测试结果表明，无机填料的引入使得εr和tanδ值较纯EP增大，以120℃为分界，各试样εr和tanδ值随温度变化规律存在阶段性，在20℃~120℃范围内，各试样εr和tanδ值基本保持不变，当温度达到120℃后，εr和tanδ开始迅速增大。介电频谱的测试结果表明，无机填料的引入使得εr和tan值较纯EP增大，各试样εr均随频率升高而降低，tanδ均随频率呈现先降低后升高的变化规律。
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