氧化鋁填充量對(duì)盆式絕緣子用環(huán)氧復(fù)合材料力學(xué)、熱學(xué)性能的影響

羅沙 柯艷國(guó) 田宇 李賓賓

摘? ? ? 要：微米Al2O3是特高壓盆式絕緣子用環(huán)氧復(fù)合材料的關(guān)鍵無(wú)機(jī)填料，為探究微米Al2O3填充量對(duì)特高壓盆式絕緣子用環(huán)氧復(fù)合材料力學(xué)、熱學(xué)性能的影響，制備了不同微米Al2O3填充量的環(huán)氧復(fù)合絕緣材料。通過(guò)測(cè)試試樣的拉伸、彎曲強(qiáng)度，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并采用SEM掃描電鏡對(duì)復(fù)合材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀(guān)測(cè)，分析了試樣力學(xué)性能變化的原因。研究結(jié)果表明，隨著Al2O3填充量的增加，固化試樣的拉伸、彎曲強(qiáng)度先增加后降低，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度逐漸增加。

關(guān)? 鍵? 詞：微米氧化鋁;環(huán)氧樹(shù)脂;拉伸強(qiáng)度;彎曲強(qiáng)度;玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

中圖分類(lèi)號(hào)：TM216+.3? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2019）09-1917-04

Abstract： Micro-Al2O3 is the key inorganic filler for epoxy composites for UHV basin-type insulator. In order to study the effect of the addition amount of micro-Al2O3 on the mechanical and thermal properties of epoxy composites for UHV basin-type insulator， epoxy composite insulation materials with different micro-Al2O3 addition amounts were prepared. The tensile strength， bending strength， glass transition temperature of the sample were measured， and the microstructure of the composite was observed by SEM scanning electron microscopy to analyze the reasons for the change of mechanical properties of the sample. The results showed that with the increase of the adding amount of micro-Al2O3， the tensile and bending strength of the cured sample first increased and then decreased， and the glass transition temperature gradually increased.

Key words： Micro-alumina; Epoxy resin; Tensile strength; Bending strength; Glass transition temperature

特高壓盆式絕緣子[1，2]作為氣體絕緣全封閉組合電器（GIS）[3，4]的重要組成部件，不僅需要具有良好的電性能，而且需要具有較強(qiáng)的機(jī)械性能和較高的耐熱性能。環(huán)氧樹(shù)脂以其絕緣性能優(yōu)良，易于加工，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的用于盆式絕緣子的生產(chǎn)制造。然而，純環(huán)氧樹(shù)脂制備的環(huán)氧復(fù)合材料存在力學(xué)、熱性能較差等不足之處[5-8]，很難滿(mǎn)足高壓電氣絕緣件的性能要求。國(guó)內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過(guò)大量研究表明，在環(huán)氧樹(shù)脂中加入微米Al2O3可以提升環(huán)氧復(fù)合材料的的力學(xué)、熱學(xué)性能。王旗等[9]指出，微米Al2O3填充量越高，可使環(huán)氧基體的熱導(dǎo)率越高，添加20%的微米Al2O3可使環(huán)氧的熱導(dǎo)率由0.2 W/（m·K）增加到0.33 W/（m·K），提升65%;王蓉蓉等[10]指出，微米Al2O3粉體加入量在250～400 phr內(nèi)增加，可有效提高固化環(huán)氧試樣的彎曲強(qiáng)度等力學(xué)性能。然而，對(duì)于微米Al2O3的研究大多數(shù)是在低黏度環(huán)氧樹(shù)脂中進(jìn)行，對(duì)于盆式絕緣子澆注用固態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂中微米Al2O3的研究較少。

本文通過(guò)在特高壓盆式絕緣子用環(huán)氧樹(shù)脂中添加不同含量的微米Al2O3，測(cè)試了環(huán)氧復(fù)合材料的拉伸、彎曲強(qiáng)度，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，獲得了微米Al2O3填充量對(duì)環(huán)氧復(fù)合材料拉伸、彎曲強(qiáng)度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響規(guī)律。

1? 實(shí)驗(yàn)部分

1.1? 實(shí)驗(yàn)材料

（1） 環(huán)氧樹(shù)脂：雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂（牌號(hào)：CT-5531），環(huán)氧值為0.26 eq/100 g，密度為1.2 g/cm3，黏度為450 mPa·s（120 ℃）;

（2）固化劑：酸酐固化劑，酸值為697 mg/g，密度為1.2 g/cm3，黏度為93 mPa·s（25 ℃）;

（3）無(wú)機(jī)填料：微米Al2O3，中值粒徑為10.5μm，密度為3.96 g/cm3。表1為微米Al2O3的雜質(zhì)含量;圖1為微米Al2O3的微觀(guān)形貌;圖2為微米Al2O3的粒度分布。

1.2? 試樣制備

實(shí)驗(yàn)制備了微米Al2O3填充量分別為 100、150、200、250、300 phr的5組試樣，每組試樣的環(huán)氧樹(shù)脂含量為100 phr，固化劑含量為50 phr。試樣的具體制備步驟如下：

（1） 原料的預(yù)處理：稱(chēng)取100 phr環(huán)氧樹(shù)脂，在150 ℃的烘箱中預(yù)熱2 h;稱(chēng)取50 phr固化劑，在130 ℃烘箱中預(yù)熱2 h;稱(chēng)取相應(yīng)質(zhì)量份的Al2O3，在140 ℃烘箱中干燥4 h。

（2） 環(huán)氧母料的制備：將環(huán)氧樹(shù)脂和Al2O3填料投入到真空攪拌罐中，在130 ℃條件下高速共混30 min;