氧化鋁填充量對盆式絕緣子用環氧復合材料力學、熱學性能的影響

羅沙 柯艷國 田宇 李賓賓

摘? ? ? 要：微米Al2O3是特高壓盆式絕緣子用環氧復合材料的關鍵無機填料，為探究微米Al2O3填充量對特高壓盆式絕緣子用環氧復合材料力學、熱學性能的影響，制備了不同微米Al2O3填充量的環氧復合絕緣材料。通過測試試樣的拉伸、彎曲強度，玻璃化轉變溫度，并采用SEM掃描電鏡對復合材料的微觀結構進行觀測，分析了試樣力學性能變化的原因。研究結果表明，隨著Al2O3填充量的增加，固化試樣的拉伸、彎曲強度先增加后降低，玻璃化轉變溫度逐漸增加。

關? 鍵? 詞：微米氧化鋁;環氧樹脂;拉伸強度;彎曲強度;玻璃化轉變溫度

中圖分類號：TM216+.3? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 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，而且需要具有較強的機械性能和較高的耐熱性能。環氧樹脂以其絕緣性能優良，易于加工，價格低廉等優點，被廣泛的用于盆式絕緣子的生產制造。然而，純環氧樹脂制備的環氧復合材料存在力學、熱性能較差等不足之處[5-8]，很難滿足高壓電氣絕緣件的性能要求。國內外學者經過大量研究表明，在環氧樹脂中加入微米Al2O3可以提升環氧復合材料的的力學、熱學性能。王旗等[9]指出，微米Al2O3填充量越高，可使環氧基體的熱導率越高，添加20%的微米Al2O3可使環氧的熱導率由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內增加，可有效提高固化環氧試樣的彎曲強度等力學性能。然而，對于微米Al2O3的研究大多數是在低黏度環氧樹脂中進行，對于盆式絕緣子澆注用固態環氧樹脂中微米Al2O3的研究較少。

本文通過在特高壓盆式絕緣子用環氧樹脂中添加不同含量的微米Al2O3，測試了環氧復合材料的拉伸、彎曲強度，玻璃化轉變溫度，獲得了微米Al2O3填充量對環氧復合材料拉伸、彎曲強度和玻璃化轉變溫度的影響規律。

1? 實驗部分

1.1? 實驗材料

（1） 環氧樹脂：雙酚A型環氧樹脂（牌號：CT-5531），環氧值為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）無機填料：微米Al2O3，中值粒徑為10.5μm，密度為3.96 g/cm3。表1為微米Al2O3的雜質含量;圖1為微米Al2O3的微觀形貌;圖2為微米Al2O3的粒度分布。

1.2? 試樣制備

實驗制備了微米Al2O3填充量分別為 100、150、200、250、300 phr的5組試樣，每組試樣的環氧樹脂含量為100 phr，固化劑含量為50 phr。試樣的具體制備步驟如下：

（1） 原料的預處理：稱取100 phr環氧樹脂，在150 ℃的烘箱中預熱2 h;稱取50 phr固化劑，在130 ℃烘箱中預熱2 h;稱取相應質量份的Al2O3，在140 ℃烘箱中干燥4 h。

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