氧化铝填充量对盆式绝缘子用环氧复合材料力学、热学性能的影响

罗沙 柯艳国 田宇 李宾宾

摘      要：微米Al2O3是特高压盆式绝缘子用环氧复合材料的关键无机填料，为探究微米Al2O3填充量对特高压盆式绝缘子用环氧复合材料力学、热学性能的影响，制备了不同微米Al2O3填充量的环氧复合绝缘材料。通过测试试样的拉伸、弯曲强度，玻璃化转变温度，并采用SEM扫描电镜对复合材料的微观结构进行观测，分析了试样力学性能变化的原因。研究结果表明，随着Al2O3填充量的增加，固化试样的拉伸、弯曲强度先增加后降低，玻璃化转变温度逐渐增加。

关  键  词：微米氧化铝;环氧树脂;拉伸强度;弯曲强度;玻璃化转变温度

中图分类号：TM216+.3       文献标识码： A       文章编号： 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

特高压盆式绝缘子[1，2]作为气体绝缘全封闭组合电器（GIS）[3，4]的重要组成部件，不仅需要具有良好的电性能，而且需要具有较强的机械性能和较高的耐熱性能。环氧树脂以其绝缘性能优良，易于加工，价格低廉等优点，被广泛的用于盆式绝缘子的生产制造。然而，纯环氧树脂制备的环氧复合材料存在力学、热性能较差等不足之处[5-8]，很难满足高压电气绝缘件的性能要求。国内外学者经过大量研究表明，在环氧树脂中加入微米Al2O3可以提升环氧复合材料的的力学、热学性能。王旗等[9]指出，微米Al2O3填充量越高，可使环氧基体的热导率越高，添加20%的微米Al2O3可使环氧的热导率由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粉体加入量在250～400 phr内增加，可有效提高固化环氧试样的弯曲强度等力学性能。然而，对于微米Al2O3的研究大多数是在低黏度环氧树脂中进行，对于盆式绝缘子浇注用固态环氧树脂中微米Al2O3的研究较少。

本文通过在特高压盆式绝缘子用环氧树脂中添加不同含量的微米Al2O3，测试了环氧复合材料的拉伸、弯曲强度，玻璃化转变温度，获得了微米Al2O3填充量对环氧复合材料拉伸、弯曲强度和玻璃化转变温度的影响规律。

1  实验部分

1.1  实验材料

（1） 环氧树脂：双酚A型环氧树脂（牌号：CT-5531），环氧值为0.26 eq/100 g，密度为1.2 g/cm3，黏度为450 mPa·s（120 ℃）;

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

（3）无机填料：微米Al2O3，中值粒径为10.5μm，密度为3.96 g/cm3。表1为微米Al2O3的杂质含量;图1为微米Al2O3的微观形貌;图2为微米Al2O3的粒度分布。

1.2  试样制备

实验制备了微米Al2O3填充量分别为 100、150、200、250、300 phr的5组试样，每组试样的环氧树脂含量为100 phr，固化剂含量为50 phr。试样的具体制备步骤如下：

（1） 原料的预处理：称取100 phr环氧树脂，在150 ℃的烘箱中预热2 h;称取50 phr固化剂，在130 ℃烘箱中预热2 h;称取相应质量份的Al2O3，在140 ℃烘箱中干燥4 h。

（2） 环氧母料的制备：将环氧树脂和Al2O3填料投入到真空搅拌罐中，在130 ℃条件下高速共混30 min;