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环氧树脂是当前输变电浇注绝缘设备的主要品种,在高压开关、真空浇注干式变压器、电力互感器、断路器及组合电器、复合绝缘子等领域得到了广泛应用。对于这些工作在高压甚至特高压环境下的绝缘设备来说,电晕的产生不可避免,电晕会引发绝缘老化,降低材料的使用寿命。 为满足高压电气设备对材料性能越来越高的要求,研究人员发现将具有小尺寸效应、表面能极高的无机纳米颗粒填充到环氧树脂等有机材料中,可以制备出介电性能更为优异的复合材料。本文在环氧树脂基体中填充 SiO2、Al2O3、MgO、ZnO、TiO2五种纳米颗粒,制备了纳米分散性良好的无机纳米复合环氧树脂材料并进行了介电谱实验、高场电导实验和电晕老化实验。 介电谱实验可以用来分析材料内部的界面作用。结果表明,纳米复合物的介电常数要低于纯环氧树脂介电常数,说明纳米填充会限制材料内部的极化过程。随纳米填充物含量从3wt%增加到5wt%,试样的介电常数均有不同程度增加,表明试样介电常数受填料浓度的影响。五种纳米粒子中,SiO2填充试样的介电常数均为同含量下的最小值。 高场电导实验结果表明高场强下材料电导行为接近空间电荷限制电流机制,且纳米复合物电导电流均低于纯环氧树脂,说明纳米填充限制了内部载流子输运过程。五种纳米复合物中,SiO2填充试样的电导电流均低于同含量下其他试样的电导电流,且电老化阈值较高,表现出了更优异性能。 进行了电晕老化实验,通过表面光洁度仪测量不同纳米复合材料电晕老化腐蚀后表面的最大腐蚀深度,结果表明:3wt%和5wt%纳米填充含量时, ZnO、SiO2填充试样电晕腐蚀深度较浅,表现出了良好的耐电晕性能,而 TiO2填充试样的电晕腐蚀深度最深,耐电晕性最差。随着纳米填充含量增加,纳米填充试样电晕腐蚀深度变浅,说明纳米含量的增加能改善材料的耐电晕性能。 将电晕腐蚀结果结合介电谱实验结果以及高场电导实验结果分析后发现:纳米复合物两方面的微观实验结果与宏观电晕老化实验结果较吻合:一是界面强度,二是电老化阈值,但这还需要更多的实验来验证。