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作者：

付可欣

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摘要：

环氧树脂与固化剂反应形成的三维交联网络,具有绝缘性能优良,力学性能好,易加工,收缩率小和成本低廉的优点,在电力系统中有广泛的应用.随着特高压输电的快速发展,国产环氧树脂绝缘材料性能已经难以满足特高压电气设备的使用需求.特别是如何兼顾良好热机械性能则是高压绝缘用环氧树脂材料研发和改性亟待解决的难题,环氧树脂的热机械性能已经成为制约特高压电气设备可靠性进一步提升的瓶颈.论文为了提升高压绝缘用环氧树脂综合性能,探索环氧树脂微观结构与宏观性能间的关联关系,从而为制备综合性能优异的高压绝缘用环氧树脂提供理论依据和方法指导.采用分子动力学(Molecular dynamics,MD)模拟方法,设计了2套8组高压绝缘用环氧树脂交联结构,并对文中设计的环氧体系性能进行了综合评价及筛选体系有效性论证和应用分析.论文的主要工作如下:对于高压绝缘用的环氧-酸酐体系,设计了通用交联模型自动交联程序,以高压绝缘领域常用的环氧-酸酐体系为例,构建了一组环氧-酸酐交联体系,并通过实验验证了环氧-酸酐体系通用交联方法的准确性.然后,基于构建的环氧-酸酐交联模型,分别研究了交联度,分子数和降温速率对交联体系宏观性能的影响.最后,确定了后续模型构建所选择的交联度为89%,降温速率为20K/100ps,分子数的选择根据实际分析情况的不同选择不同.研究结果表明:在确定交联度后,通过合理的选择分子数和降温速率,可以进一步提升了环氧-酸酐体系交联模型的准确性.选择合理的交联度,分子数和降温速率,采用环氧-酸酐体系交联模型通用构建方法,分别以环氧树脂单体和固化剂单体为变量,构建了六组环氧-酸酐交联模型.然后研究了环氧树脂单体和固化剂单体对环氧树脂固化物微观结构和宏观性能的影响,分析了环氧-酸酐体系微观结构与宏观性能的关联关系.最后确定了两种脂环族类环氧树脂和一种酸酐类固化剂,用于高压绝缘用环氧树脂交联网络设计.基于聚合物共混改性机理,将优选出的环氧树脂单体和固化剂单体与目前高压绝缘领域常用的环氧-酸酐体系中的单体分子一起进行建模.以两种环氧树脂间摩尔比(配比)分别是9:1,8:2,7:3和6:4,同时保证环氧基与酸酐基摩尔比是1:1为高压绝缘用环氧树脂交联结构的设计原则,共设计了 2套8组高压绝缘用环氧树脂交联网络.然后分别以目前高压绝缘领域常用的环氧-酸酐体系为对照组,研究了配比对文中设计的高压绝缘用环氧树脂交联网络结构和性能的影响规律.最后,采用实验研究方法,依据设计方案合成了测试样片并测试了关键性能,论证了设计方案的实验可行性.构建了高压绝缘用环氧树脂性能评估指标体系,建立了基于模糊综合评价法的高压绝缘用环氧树脂性能评估模型.然后,以高压绝缘用领域常用的环氧-酸酐体系为对照体系,和文中设计的8组高压绝缘用环氧树脂交联体系一起进行了了性能评估的实例分析,分别筛选出两套设计方案中综合性能最优的环氧树脂体系.然后,采用MD模拟方法,对筛选出的综合性能优异的环氧树脂基材进行了Nano-SiO2改性,并对复合材料性能进行了预测和分析,从而对筛选体系进行了有效性论证和应用分析.

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