面向双碳目标的环保型电力设备 | 更新时间:2024-01-10
    • 高导热BNNS/ANF复合绝缘纸的结构设计及性能分析

    • Structure Design and Performance Analysis of High Thermal Conductivity BNNS/ANF Composite Insulation Paper

    • 赵莉华

      ,  

      滕富莉

      ,  

      卓然

      ,  

      高萌

      ,  

      任俊文

      ,  
    • 工程科学与技术   2023年55卷第4期 页码:30-37
    • DOI:10.15961/j.jsuese.202200967    

      中图分类号: TM215
    • 纸质出版日期:2023-7-20

      网络出版日期:2023-6-19

      收稿日期:2022-9-7

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  • 赵莉华,滕富莉,卓然,等.高导热BNNS/ANF复合绝缘纸的结构设计及性能分析[J].工程科学与技术,2023,55(4):30–37 DOI: 10.15961/j.jsuese.202200967.

    Zhao Lihua,Teng Fuli,Zhuo Ran,et al.Structure design and performance analysis of high thermal conductivity BNNS/ANF composite insulation paper[J].Advanced Engineering Sciences,2023,55(4):30–37 DOI: 10.15961/j.jsuese.202200967.

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    1. 讨论了高耐热绝缘系统对电介质材料的导热性能提出的要求。

    2. 介绍了芳纶纤维在耐高温、热稳定性、抗老化性以及力学性能方面的优势,以及其在电气设备中的应用。

    3. 指出了芳纶纤维热导率低,无法满足高绝缘等级中电气设备的散热需求。

    4. 介绍了提高芳纶绝缘纸性能的方法,包括制纸工艺参数调控、AF表面改性、纸张内部的结构设计以及纳米增强等方法。

    5. 强调了向聚合物基体中加入高热导率的纳米颗粒是提高其导热性能的常用手段。

    6. 介绍了BNNS/ANF复合绝缘纸的结构设计以及BNNS与ANF纳米尺度基元之间的热传导性能的研究还不够完善。

    7. 提出了将1维ANF与2维BNNS相结合,从微纳米结构调控优化绝缘纸的综合性能,制备具有砖泥结构的BNNS/ANF复合绝缘纸的方法。

    1 BNNS/ANF复合绝缘纸的制备

    BNNS/ANF复合绝缘纸的制备流程,包括原材料的选择、制备过程的操作细节等。重点内容包括:1)BNNS的制备过程;2)ANF的制备方法;3)混合材料制备BNNS/ANF复合绝缘纸的方法。此外,还介绍了真空辅助抽滤过程中,BNNS和ANF的均匀堆积和层层叠加的过程。

    2 微观形貌结构分析

    BNNS纳米材料的微观形貌结构对其性能的影响,并利用SEM和TEM观察了BNNS的微观形貌结构。同时,对AF和ANF的微观形貌结构进行了表征,并观察了不同BNNS填充质量分数的复合绝缘纸截断面的微观形貌结构。

    3 复合绝缘纸的性能测试及分析

    复合绝缘纸的导热性能、力学性能以及击穿性能。导热性能方面,测试了复合绝缘纸的热扩散系数和热导率,发现BNNS/ANF复合绝缘纸的热导率高于纯ANF绝缘纸,这得益于BNNS在ANF基体中均匀沉积,呈现出致密的砖泥结构。力学性能方面,测试了复合绝缘纸的应力–应变关系、断裂伸长率、弹性模量、抗拉强度等,发现随着BNNS填充质量分数的增加,复合绝缘纸的力学性能得到提高。击穿性能方面,通过球–球电极实验,测试了复合绝缘纸的击穿场强,发现当BNNS填充质量分数为20%时,复合绝缘纸的标准击穿场强Eb较高,而当填充质量分数为30%时,击穿场强显著降低。同时发现BNNS填充质量分数为30%的复合绝缘纸出现了密度减小的情况。

    4 结 论

    1. 制备了具有砖泥结构的高导热BNNS/ANF复合绝缘纸。

    2. BNNS和ANF均匀堆积形成了致密的砖泥结构,改善了复合绝缘纸的力学性能和击穿特性。

    3. BNNS在ANF网络中定向分布形成连续导热的桥联,显著提高了复合绝缘纸的热导率。

    4. 低填充质量分数下,BNNS/ANF复合绝缘纸的导热性能、击穿强度及力学强度均快速提升。

    5. 然而,随着BNNS浓度的持续增加,性能开始退化。

    6. 形成致密且高度有序的砖泥结构是提升复合绝缘纸导热、力学以及击穿特性的有效方法。

    7. 未来可通过表面功能化等手段优化BNNS的表面特性,提升其分散性能以及促进BNNS与ANF之间的界面作用,实现复合绝缘纸性能的进一步优化。

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