納米SiO2對(duì)PMIA絕緣紙力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性的提升研究.pdf

1、特高壓的時(shí)代使得電網(wǎng)的安全運(yùn)行面臨著更高的要求和更嚴(yán)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(yùn)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(qiáng)絕緣紙的性能對(duì)于提高變壓器的使用壽命，保障特高壓電網(wǎng)的安全運(yùn)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(shí)際意義的研究熱點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外主要通過宏觀試驗(yàn)對(duì)納米粒子改性絕緣紙的

2、效果進(jìn)行分析，由于宏觀試驗(yàn)的局限性，無法對(duì)宏觀現(xiàn)象背后的微觀機(jī)理進(jìn)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(jī)理。
　　因此，本文以變壓器用間位芳綸（PMIA）絕緣紙為研究對(duì)象，通過添加納米SiO2粒子對(duì)其進(jìn)行改性，以分子動(dòng)力學(xué)模擬為工具，針對(duì)改性和未改性間位芳綸絕緣紙的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性進(jìn)行研究，得到的主要結(jié)論如下：
　　（1）針對(duì)力場(chǎng)選擇的研究表明，相較于PCFF力場(chǎng)，在COMPASS力場(chǎng)下得到的各力學(xué)參數(shù)的偏差值

3、波動(dòng)較小，說明在 COMPASS力場(chǎng)下所得到的模擬結(jié)果更加穩(wěn)定、可靠。
　?。?）針對(duì) SiO2粒子的半徑對(duì)間位芳綸力學(xué)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(dǎo)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(qiáng)。納米 SiO2粒子的加入不僅能有效改善芳綸纖維的力學(xué)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(yùn)動(dòng)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(duì)間位芳綸纖維的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性的提升效果最好。
　　（3）通過分子動(dòng)力學(xué)模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的方式，對(duì)SiO2粒子的含量對(duì)間位芳綸力學(xué)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(xué)性能，添加量為1wt.%的納米 SiO2對(duì)模型整體的力學(xué)性能的提升效果相對(duì)最

5、好。納米粒子的加入降低了模型鏈運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，有效提升了模型的熱穩(wěn)定性。通過宏觀試驗(yàn)對(duì)紙張抗張強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)納米 SiO2粒子的添加量為1wt.%時(shí)，紙張的抗張強(qiáng)度達(dá)到最大值，相較于未改性間位芳綸紙?zhí)岣吡?.9%。
　?。?）針對(duì)水分對(duì)改性和未改性間位芳綸力學(xué)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(qiáng)。同時(shí)，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