基于胺类化合物与纳米氧化铝复合的新型抗热老化绝缘纸的制备与性能研究

发布时间：2020-11-10 18:25

　　 随着变压器的电压等级提升,容量增大,变压器运行的可靠性面临着巨大挑战。目前,影响变压器运行可靠性的主要因素是由于油纸绝缘热老化引起的绝缘性能下降。而绝缘油的劣化可通过滤油或者换油改善,但对于决定变压器寿命的绝缘纸却无法更换。因此,提升绝缘纸的抗热老化性能逐渐成为研究热点。工程实际上一般采用胺类化合物改性绝缘纸(俗称热稳定纸),是通过添加胺类热稳定剂来实现提高抗热老化能力。但相关研究表明,热稳定纸虽然具有良好的抗热老化能力,但在老化过程会导致绝缘油劣化加速。因此,如何进一步提升绝缘纸的抗热老化性能的同时减缓胺类化合物对绝缘油劣化速率的影响成为了一个亟待解决的问题。首先,本文通过现有实验室绝缘纸抄造平台,将不同种类胺类化合物添加到绝缘纸中,制备出抗热老化的绝缘纸,通过加速热老化实验研究不同的胺类化合物对绝缘纸抗热老化性能及其与绝缘油兼容性,并结合理化特性和分子模拟探究其影响机理;然后,通过研究胺类化合物不同配比对绝缘纸抗热老化性能及其与绝缘油兼容性,得到复合胺类化合物的优化配方。然后,在抄造绝缘纸手抄片的抄造过程中掺杂纳米氧化铝提升绝缘纸和绝缘油的抗热老化性能,并研究获得其抗热老化机理。最终,将复合胺类化合物与纳米氧化铝共同添加制备出新型抗热老化绝缘纸,并研究其与绝缘油兼容性。本文的创新性研究成果为:(1)研究得到了绝缘纸抗热老化性能和绝缘油兼容性提高的绝缘纸配方。添加0.75 wt%双氰胺+2.25 wt%三聚氰胺+0.2 wt%聚丙烯酰胺+2 wt%纳米氧化铝的绝缘纸的抗热老化性能较好同时与绝缘油兼容性也高于其它配方。这种抗热老化绝缘纸在130℃下老化56天后,其抗张强度保留率高出普通纸53%,聚合度高出普通纸160%,此外,该配方改性的绝缘纸对应的绝缘油颜色、酸值、水分、击穿强度均优于其它配方绝缘纸对应的绝缘油;(2)结合胺类化合物的理化特性与分子模拟,获得了胺类化合物对影响绝缘油性能的机理:胺类化合物在老化过程中水解产生氨,而氨与模拟变压器铜绕组而添加的铜会发生络合反应,导致油中铜类化合物浓度增加,从而加速绝缘油劣化;(3)结合纳米氧化铝的理化特性分析,揭示了添加纳米氧化铝同步提升绝缘纸和绝缘油抗热老化性能的机理:对绝缘油而言,铜类化合物会加速绝缘油劣化,而绝缘纸中的纳米氧化铝可以吸附绝缘油中存在的铜类化合物,降低绝缘油中铜类化合物浓度从而减缓绝缘油的老化;对绝缘纸而言,由于绝缘油老化速率降低,绝缘油中加速绝缘纸老化的过氧自由基等老化产物减少,同时纳米氧化铝通过和小分子酸、水的物理吸附和化学反应减少参与老化反应的酸和水的总量,从而达到抑制绝缘纸老化的效果。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM855
【部分图文】：

为更为稳定的基团，这种处理方式称为氰乙化。使用氰乙基化维，会降低绝缘纸亲水性并提升绝缘纸抗老化性。纸的乙酰化和氰乙化可以降低绝缘纸中的水分含量并降低亲水纸纤维间的链接氢键，特别是羟基含量较低的纤维素，造成较方式会导致绝缘纸的机械强度大大降低，对变压器的稳定运行因此氰乙化、乙酰化在绝缘纸改性技术中的应用受到争议。处种化学废物带来的环境污染问题也导致这种改进技术的应用逐加热稳定剂制备即保持良好的机械性能，又能提升抗老化能力的绝缘纸，者进行了很多试验研究，现有研究表明，胺类化合物以与纤维酸以及水分等发生反应。因此胺类化合物可以同时消耗已经存成的酸和水，缓解水分和酸对绝缘纸降解的加速作用[50]。常用胺类化合物有三聚氰胺、双氰胺、尿素、聚丙烯酰胺、对氨基苯示。

技术路线

纤维素绝缘纸的实验室制备流程主要包括打浆、解离、抄造成纸和轧光四个环节。本文采用俄罗斯进口未漂针叶木硫酸盐木浆作为木浆原料，使用陕西科技大学机械厂生产的打浆机、纤维解离器及手抄片生产设备进行绝缘纸手抄片的制备，并通过成都航发液压工程有限公司对绝缘纸压光，得到实验用绝缘纸手抄片。2.3.1 绝缘纸制备① 打浆实验所采用的原料为俄罗斯进口未漂针叶木硫酸盐木浆浆板，是经过硫酸盐法处理后得到的初制商品浆板。接下来需要打浆来获取能够用于造纸的纤维素纤维。打浆是指通过打浆机飞刀、底刀的机械力作用，使纸浆中纤维被切断、压溃、润胀及细化的过程。实验室打浆设备种类较多，常用的有单球磨（标准 JJG71-2000）、六罐磨（标准 GB/T 12659-2008）、瓦利式（标准 GB/T 24325-2009）和PFI 磨（标准 GB/T 29287-2012）等。本文采用陕西科技大学机械厂的 ZQS-23 型瓦利打浆机对浆料进行打浆，瓦利打浆机可以有效的切断纤维，且杠杆臂负荷可调，操作简便。该打浆机如图 2.1 所示。
【参考文献】

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本文编号：2878220