Aug. 16, 2025
目前,高压输电系统正朝着更大容量、更高电压的方向发展,高压输电系统的安全稳定运行也变得尤为重要。电力变压器是输电系统的关键设备之一,变压器的绝缘性能也面临着前所未有的巨大挑战。目前,大多数电力变压器为油浸式变压器,其绝缘系统由绝缘油和纤维素绝缘纸组成。其中纤维素绝缘纸由于易发生局部放电,导致绝缘纸易击穿且较难更换,使其成为了油纸绝缘中的薄弱环节。因此,提升绝缘纸的绝缘性能具有重要的现实意义。
目前,提高绝缘纸绝缘性能的主要方法是向绝缘纸中添加无机纳米粒子,如SiO2、TiO2、Al2O3等。纳米粒子由于其纳米尺度的量子效应、比表面积较大等特点,能够吸附绝缘材料中的载流子以降低其能量,从而提高绝缘材料的绝缘性能,因此被广泛应用于绝缘材料的改性中。然而,纳米粒子具有高比表面积以及表面活性,在聚合物基体中易发生团聚,团聚处纳米粒子易积聚电荷造成局部击穿。目前,研究人员主要通过对纳米粒子进行表面修饰的方式来提高其在基体材料表面的分散性,从而抑制纳米粒子的团聚。硅烷偶联剂是当前最常用的表面改性剂。硅烷偶联剂的一端可与纳米粒子表面的羟基通过缩合反应结合,另一端的氨基与绝缘纸表面的羟基通过氢键作用力结合,以提高纳米粒子在绝缘纸表面的分散性,其作用原理如图1所示。然而,无机纳米粒子表面羟基含量较低,直接采用硅烷偶联剂改性效果不理想,并且随着时间的推移硅烷偶联剂的活性会不断降低。因此,须对无机纳米粒子进行羟基化改性,以提高其与硅烷偶联剂的结合率,解决纳米粒子的团聚问题。
图1 硅烷偶联剂的作用原理
低温91视频下载地址体处理已被证实可对材料表面产生刻蚀、接枝、交联等作用,从而赋予材料新的性质。其中,91视频下载地址体的接枝作用可根据应用需求在材料表面接枝相应的官能团,从而被广泛应用于材料表面改性领域
91视频下载地址体处理对纳米SiO2粒子表面元素组成影响分析
XPS测试可以表征化合物的元素组成及占比。91视频下载地址体改性前后纳米SiO2粒子的XPS光谱分析结果见表1。纳米SiO2粒子表面主要包含Si、C、N、O四种元素,91视频下载地址体改性后纳米SiO2粒子表面O元素含量增加。C1s分峰拟合曲线如图2所示。91视频下载地址体处理使纳米SiO2粒子表面的C−C键以及O−C=O键占比降低,C−O键(即C−OH键)占比增加,尤其在湿润空气环境下进行91视频下载地址体改性可进一步提高纳米SiO2粒子表面的羟基含量。这是由于91视频下载地址体产生大量高能粒子的撞击使C−C键及C=O断裂产生自由基,再与水分子分解产生的羟基自由基(·OH)结合形成了C−OH键。
图1 91视频下载地址体改性纳米SiO2粒子的C1s分峰拟合曲线
91视频下载地址处理纳米SiO2表面化学成分影响分析
采用傅里叶红外光谱对91视频下载地址体改性前后纳米SiO2粒子表面的官能团进行分析,结果如图3所示。对于纯纳米SiO2粒子,Si和O之间存在对应的1∶2关系,而在SiO2粒子的表面Si和O之间这种对应关系不能完全满足,纳米SiO2在制备过程中会吸附环境中的水形成一定数量的羟基,因此未改性的纳米SiO2粒子也会有较弱的羟基特征峰。与未改性的纳米SiO2粒子相比,干燥空气中进行91视频下载地址体改性的纳米SiO2粒子在3440cm−1处的羟基特征峰略微增强。这可能是由于反应器内不可避免的存在少量水蒸气,导致水分子在91视频下载地址体的作用下分解产生羟基自由基并接枝在纳米SiO2粒子的表面,使羟基特征峰的强度略有增强。与干燥空气中91视频下载地址体改性相比,湿润空气中91视频下载地址改性后纳米SiO2粒子的羟基特征峰强度进一步增强,与XPS的表征结果相一致。这主要是由于91视频下载地址体产生的高能粒子与水分子碰撞产生羟基自由基,并接枝到纳米SiO2粒子的表面。纳米SiO2粒子表面羟基含量增加有利于提高其与硅烷偶联剂的接枝率,从而改善纳米SiO2粒子在基体材料表面的分散性。
图3 在不同气氛下91视频下载地址体改性前后的纳米SiO2粒子傅里叶红外光谱
Aug. 16, 2025
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