納米SiO2對PMIA絕緣紙力學性能和熱穩(wěn)定性的提升研究.pdf

1、特高壓的時代使得電網(wǎng)的安全運行面臨著更高的要求和更嚴峻的挑戰(zhàn)。作為電網(wǎng)核心設(shè)備之一的大型電力變壓器，其內(nèi)部的主要絕緣材料是油紙絕緣。在變壓器運行過程中，油紙絕緣逐漸老化，由于絕緣紙包裹在繞組上，很難通過更換的方式來解決其老化問題。因此，增強絕緣紙的性能對于提高變壓器的使用壽命，保障特高壓電網(wǎng)的安全運行有著重要意義。近年來，利用納米粒子改性絕緣材料逐漸成為具有重大理論及實際意義的研究熱點。目前，國內(nèi)外主要通過宏觀試驗對納米粒子改性絕緣紙的

2、效果進行分析，由于宏觀試驗的局限性，無法對宏觀現(xiàn)象背后的微觀機理進行探究，而分子模擬技術(shù)卻能深入到微觀層面揭示微觀機理。
　　因此，本文以變壓器用間位芳綸（PMIA）絕緣紙為研究對象，通過添加納米SiO2粒子對其進行改性，以分子動力學模擬為工具，針對改性和未改性間位芳綸絕緣紙的力學性能和熱穩(wěn)定性進行研究，得到的主要結(jié)論如下：
　?。?）針對力場選擇的研究表明，相較于PCFF力場，在COMPASS力場下得到的各力學參數(shù)的偏差值

3、波動較小，說明在 COMPASS力場下所得到的模擬結(jié)果更加穩(wěn)定、可靠。
　　（2）針對 SiO2粒子的半徑對間位芳綸力學性能和熱穩(wěn)定性的影響研究表明，納米 SiO2粒子與間位芳綸纖維分子間的結(jié)合能隨著納米粒子半徑的增加而增大，誘導力是二者結(jié)合的主要作用形式。溫度的升高使改性與未改性模型的剛性減弱，而延展性和韌性得到增強。納米 SiO2粒子的加入不僅能有效改善芳綸纖維的力學性能，增加材料的剛性和抗壓縮性，還能降低間位芳綸纖維鏈運動的

4、劇烈程度，提升芳綸纖維的熱穩(wěn)定性。在本文研究的模型中，半徑為6 的納米 SiO2粒子對間位芳綸纖維的力學性能和熱穩(wěn)定性的提升效果最好。
　?。?）通過分子動力學模擬和試驗相結(jié)合的方式，對SiO2粒子的含量對間位芳綸力學性能和熱穩(wěn)定性的影響研究表明，隨著溫度的增加，納米 SiO2和間位芳綸纖維之間的相互作用減弱。納米SiO2粒子的加入能有效改善芳綸纖維的力學性能，添加量為1wt.%的納米 SiO2對模型整體的力學性能的提升效果相對最

5、好。納米粒子的加入降低了模型鏈運動的劇烈程度，有效提升了模型的熱穩(wěn)定性。通過宏觀試驗對紙張抗張強度的測試結(jié)果表明，當納米 SiO2粒子的添加量為1wt.%時，紙張的抗張強度達到最大值，相較于未改性間位芳綸紙?zhí)岣吡?.9%。
　?。?）針對水分對改性和未改性間位芳綸力學性能和熱穩(wěn)定性的影響研究表明，隨著水分含量的增加，間位芳綸纖維抗形變的能力減弱，而可塑性和延展性得到增強。同時，間位芳綸纖維的均方位移和自由體積隨水分含量的增加呈現(xiàn)增