聚倍半硅氧烷对间位芳纶绝缘纸性能影响的研究
发布时间：2021-10-22 10:51
随着输电网络开始转向“超高压、大容量、远距离”方向发展,作为超、特高压直/交流输电的核心设备,变压器内部油/纸绝缘系统将面临更加艰难的挑战。间位芳纶（poly-m-phenyleneisophthalamide,PMIA）绝缘纸因其具有良好的热稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、阻燃性等性能优点而逐渐成为替代变压器内部传统植物纤维绝缘纸的重要材料,所以研究综合性能优异的PMIA绝缘纸具有重要的应用前景。然而,由于技术保密和市场垄断等原因,我国制造的PMIA绝缘纸与国外同类型绝缘纸还存在性能差距,而纳米科技的蓬勃发展为电气绝缘与材料领域的交叉融合提供了更加广阔的发展空间,绝缘材料微观理论的探索与宏观性能的表征具有重要的科学研究意义和工程实用价值。本文首先选取甲基和苯基两种不同官能团的聚倍半硅氧烷（polyhedral oligonmeric silsesquioxane,POSS）通过微观参数和宏观实验结果综合分析不同官能团POSS提升PMIA绝缘纸热稳定性的机制。其次,基于上一步的研究结果,利用分子动力学模拟和宏观表征结合的方式研究笼型和半笼型两种不同结构的POSS对PMIA绝缘纸热、力学、电...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
油浸式变压器Fig.1.1Oil-immersedtransformer
多变，已知的构造结构有无规结构、梯形结构、笼形结构和半笼形结构等，现阶段针对POSS的应用主要以笼形结构和半笼形结构为主[74-76]。其结构式为(RSiO1.5)n，其中，R可以是甲基、苯基、烷基、亚烷基、芳香基或其衍生物等等，也可以是其他有机聚合物单体；n=6，8，10等等，以n=8最常见，POSS具体结构详见图1.2所示。POSS是作为一种合成的有机-无机复合物，并且具有有机高聚物和无机化合物双重优异性能，R基团的协同效应产生新性能的能力与基团本身活性无关，POSS出现填补了两类完全不同材料间的性能需求的空白。图1.2POSS分子结构示意图Fig.1.2SchematicdiagramofPOSSmolecularstructure因其分子结构的特殊性，POSS被赋予了诸多优良的理化特性，具体表现在如下几个方面：（1）优良的热稳定性：无机内核主骨架会有较强的耐热性，POSS结构中存在着Si-O-Si键组成无机内核；当温度达到分子出现熔融时，有机高分子表面在高温下逐渐氧化，POSS分子结构仍可以保持不变，POSS的分子尺寸比SiO2、Al2O3等无机纳米粒子大，添加到聚合物中能够有效限制或阻碍长链分子的运动，利用其稳定的无机内核保持自身不发生氧化，固定已经被氧化有机高分子提供空间结构支撑形成耐火层。（2）良好的光电性能，由于POSS的纳米多孔结构和较低的分子密度低，气体渗透性好，具有良好的光学性能，在应用中可
西南大学工程硕士学位论文10以提高材料的气体透过率。POSS加入到高聚物基体中能够引入纳米尺度的气隙，对复合材料的介电常数有重要影响。（3）出色的相容性，POSS上Si原子侧端上的有机基团使得其可以很好的相容于高分子基体中，POSS可溶于常用的树脂及有机溶剂，作用到聚合物中形成纳米尺度分散的有机-无机纳米杂化材料。POSS是分子角上有一个或多个有机基团结构，这种结构使得POSS具有较强的可修饰性，以共价键或自组装的形式与基体材料表面结合，改善材料表面状况和提高表面性能。性能变化示意图如图1.3所示。图1.3性能变化示意图Fig.1.3Schematicofperformancechanges现阶段为提高聚合物材料的性能将POSS通过共混、共聚、接枝、交联等物理或化学手段引入到高分子链上以实现对聚合物材料的改性。材料制备方法灵活，不存分散相容问题状况，便于对于分子进行主观设计，具有较强的应用前景，在航天、化工、生物、医药、力学、光学、电磁学等多个领域都受到了广泛关注[77-80]。由POSS改性聚合物制备的有机-无机纳米杂化结构材料体系与传统的纳米复合材料相比有四大优点：（1）合成制备工艺简单实用：（2）Si-O无机主骨架和中空结构在体系中分散度较为均匀；（3）合成过程涉及物化反应共同参与，微粒与基体间形成的表面结合力远强于传统物理机械掺混的表面结合力；（4）可以通过控制外部反应环境以实现对颗粒尺寸的控制，对分子可进行主动的组装，以实现宏观角度控制材料制备的目的。1.5分子动力学简介分子动力学模拟是20世纪90年代迅速发展起来的一种普遍应用于生物、化
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiO2表面改性对间位芳纶绝缘纸性能的影响[J]. 李亚莎,孟凡强,章小彬,周筱,梅益明. 绝缘材料. 2019(07)
[2]纳米Al2O3掺杂对绝缘纸的空间电荷及陷阱能级分布特征的影响[J]. 廖瑞金,项敏,袁媛,高步林,朱同年,李网明. 高电压技术. 2019(03)
[3]绝缘纸板表面微纳结构Al2O3功能膜的构筑及其抑制空间电荷注入的机制[J]. 郝建,李彦青,廖瑞金,李剑,廖强,王连鹏. 中国电机工程学报. 2019(18)
[4]芳纶纤维材料在电气绝缘和电子领域中的应用进展[J]. 陈磊,宋欢,李正胜,刘含茂,杨军. 绝缘材料. 2018(10)
[5]掺杂纳米Al2O3对纤维绝缘纸电寿命的影响及机理[J]. 莫洋,杨丽君,鄢水强,廖瑞金,袁媛. 电工技术学报. 2018(19)
[6]聚酰亚胺/功能化石墨烯复合材料力学性能及玻璃化转变温度的分子动力学模拟[J]. 杨文龙,韩浚生,王宇,林家齐,何国强,孙洪国. 物理学报. 2017(22)
[7]纳米蒙脱土改性绝缘纸板的介电特性[J]. 池明赫,陶可鹏,陈庆国,刘贺千,高鹏,高自伟. 高电压技术. 2017(09)
[8]AlN纳米改性变压器油的电热性能及其应用研究[J]. 王琪,周远翔,杨颖,刘东霖,寇晓适,任欢. 绝缘材料. 2017(08)
[9]纳米Al2O3掺杂对油纸绝缘热老化特性的影响[J]. 廖瑞金,何利华,吕彦冬,赵学童,袁媛. 电工技术学报. 2017(15)
[10]纳米氧化铝改性绝缘纸板的介电特性分析[J]. 刘贺千,池明赫,陈庆国,高自伟,朱学成,魏新劳. 中国电机工程学报. 2017(14)
本文编号：3450948
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
油浸式变压器Fig.1.1Oil-immersedtransformer
多变，已知的构造结构有无规结构、梯形结构、笼形结构和半笼形结构等，现阶段针对POSS的应用主要以笼形结构和半笼形结构为主[74-76]。其结构式为(RSiO1.5)n，其中，R可以是甲基、苯基、烷基、亚烷基、芳香基或其衍生物等等，也可以是其他有机聚合物单体；n=6，8，10等等，以n=8最常见，POSS具体结构详见图1.2所示。POSS是作为一种合成的有机-无机复合物，并且具有有机高聚物和无机化合物双重优异性能，R基团的协同效应产生新性能的能力与基团本身活性无关，POSS出现填补了两类完全不同材料间的性能需求的空白。图1.2POSS分子结构示意图Fig.1.2SchematicdiagramofPOSSmolecularstructure因其分子结构的特殊性，POSS被赋予了诸多优良的理化特性，具体表现在如下几个方面：（1）优良的热稳定性：无机内核主骨架会有较强的耐热性，POSS结构中存在着Si-O-Si键组成无机内核；当温度达到分子出现熔融时，有机高分子表面在高温下逐渐氧化，POSS分子结构仍可以保持不变，POSS的分子尺寸比SiO2、Al2O3等无机纳米粒子大，添加到聚合物中能够有效限制或阻碍长链分子的运动，利用其稳定的无机内核保持自身不发生氧化，固定已经被氧化有机高分子提供空间结构支撑形成耐火层。（2）良好的光电性能，由于POSS的纳米多孔结构和较低的分子密度低，气体渗透性好，具有良好的光学性能，在应用中可
西南大学工程硕士学位论文10以提高材料的气体透过率。POSS加入到高聚物基体中能够引入纳米尺度的气隙，对复合材料的介电常数有重要影响。（3）出色的相容性，POSS上Si原子侧端上的有机基团使得其可以很好的相容于高分子基体中，POSS可溶于常用的树脂及有机溶剂，作用到聚合物中形成纳米尺度分散的有机-无机纳米杂化材料。POSS是分子角上有一个或多个有机基团结构，这种结构使得POSS具有较强的可修饰性，以共价键或自组装的形式与基体材料表面结合，改善材料表面状况和提高表面性能。性能变化示意图如图1.3所示。图1.3性能变化示意图Fig.1.3Schematicofperformancechanges现阶段为提高聚合物材料的性能将POSS通过共混、共聚、接枝、交联等物理或化学手段引入到高分子链上以实现对聚合物材料的改性。材料制备方法灵活，不存分散相容问题状况，便于对于分子进行主观设计，具有较强的应用前景，在航天、化工、生物、医药、力学、光学、电磁学等多个领域都受到了广泛关注[77-80]。由POSS改性聚合物制备的有机-无机纳米杂化结构材料体系与传统的纳米复合材料相比有四大优点：（1）合成制备工艺简单实用：（2）Si-O无机主骨架和中空结构在体系中分散度较为均匀；（3）合成过程涉及物化反应共同参与，微粒与基体间形成的表面结合力远强于传统物理机械掺混的表面结合力；（4）可以通过控制外部反应环境以实现对颗粒尺寸的控制，对分子可进行主动的组装，以实现宏观角度控制材料制备的目的。1.5分子动力学简介分子动力学模拟是20世纪90年代迅速发展起来的一种普遍应用于生物、化
【参考文献】：
期刊论文
[1]SiO2表面改性对间位芳纶绝缘纸性能的影响[J]. 李亚莎,孟凡强,章小彬,周筱,梅益明. 绝缘材料. 2019(07)
[2]纳米Al2O3掺杂对绝缘纸的空间电荷及陷阱能级分布特征的影响[J]. 廖瑞金,项敏,袁媛,高步林,朱同年,李网明. 高电压技术. 2019(03)
[3]绝缘纸板表面微纳结构Al2O3功能膜的构筑及其抑制空间电荷注入的机制[J]. 郝建,李彦青,廖瑞金,李剑,廖强,王连鹏. 中国电机工程学报. 2019(18)
[4]芳纶纤维材料在电气绝缘和电子领域中的应用进展[J]. 陈磊,宋欢,李正胜,刘含茂,杨军. 绝缘材料. 2018(10)
[5]掺杂纳米Al2O3对纤维绝缘纸电寿命的影响及机理[J]. 莫洋,杨丽君,鄢水强,廖瑞金,袁媛. 电工技术学报. 2018(19)
[6]聚酰亚胺/功能化石墨烯复合材料力学性能及玻璃化转变温度的分子动力学模拟[J]. 杨文龙,韩浚生,王宇,林家齐,何国强,孙洪国. 物理学报. 2017(22)
[7]纳米蒙脱土改性绝缘纸板的介电特性[J]. 池明赫,陶可鹏,陈庆国,刘贺千,高鹏,高自伟. 高电压技术. 2017(09)
[8]AlN纳米改性变压器油的电热性能及其应用研究[J]. 王琪,周远翔,杨颖,刘东霖,寇晓适,任欢. 绝缘材料. 2017(08)
[9]纳米Al2O3掺杂对油纸绝缘热老化特性的影响[J]. 廖瑞金,何利华,吕彦冬,赵学童,袁媛. 电工技术学报. 2017(15)
[10]纳米氧化铝改性绝缘纸板的介电特性分析[J]. 刘贺千,池明赫,陈庆国,高自伟,朱学成,魏新劳. 中国电机工程学报. 2017(14)
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