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氟化改性纳米SiO2/环氧树脂复合材料电气及老化特性研究

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氟化改性纳米SiO2/环氧树脂复合材料电气及老化特性研究

作者：戚相成西安理工大学

学位级别：硕士

随着电力系统容量和电压等级的提升,对长期运行环氧浇筑高压母线的电气性能提出更高要求,特别是绝缘封装会受到热氧老化作用危害了电气设备长期稳定运行。将无机填料掺杂到高聚物基体,以提升复合材料的性能,是绝缘电介质领域研究热点。... 详细信息

随着电力系统容量和电压等级的提升,对长期运行环氧浇筑高压母线的电气性能提出更高要求,特别是绝缘封装会受到热氧老化作用危害了电气设备长期稳定运行。将无机填料掺杂到高聚物基体,以提升复合材料的性能,是绝缘电介质领域研究热点。但纳米SiO2与环氧树脂基界面效应差,限制了复合材料电气性能提升。采取有效界面调控方法,可以显著增强介质绝缘性能。等离子体氟化是一种有效的界面调控方法,然而等离子体协同化学接枝改性填料对环氧复合材料电气性能影响尚不清楚,为此论文对氟化改性纳米SiO2环氧树脂复合材料电气及复合材料老化特性进行了较深入的研究。首先,论文选用硅烷偶联剂(KH550)及端羧基超支化聚酯(CHBP)分别对纳米SiO2进行化学接枝,并采用CF4/N2等离子体协同改性纳米SiO2填料,以调控其在基体中界面性能,制备了不同掺杂质量分数的纳米SiO2/环氧树脂复合材料。其次,对改性填料及改性后环氧复合材料进行化学组分、微观形貌、热分析及电气性能测试,其中电气性能测试包括:局放及击穿特性、闪络特性、空间电荷特性、体积电阻率及介电频谱。然后,筛选电气性能较优的环氧复合材料进行热氧老化实验,定期对环氧复合材料进行微观形貌、交流击穿场强、介电性能及理化表征测试,进一步研究氟化协同改性环氧复合材料在热氧积累作用下所产生的绝缘劣化问题。实验结果表明,高能粒子在等离子体作用下集聚在介质表面,与CF4分子碰撞电离生成含氟自由基,并与SiO2表面接枝预处理分子链段反应,以CF2为主要形式接枝于改性SiO2表面,等离子体氟化后,纳米SiO2平均粒径降低,团聚现象得到有效抑制;在界面区接枝含氟侧基,引入深陷阱并抑制载流子迁移,使得氟化协同改性试样绝缘性能、电荷积聚效应及闪络电压等均得到有效改善。相比于传统化学接枝CHBP,长链CHBP经低温等离子体氟化处理后,形成大量短链CHBP分子接枝于纳米SiO2表面,在CHBP侧基处接枝少量氟化官能团同时,也提高了纳米SiO2与环氧基体间结合强度。SiO2质量分数3%的CHBP/氟化改性复合材料交流击穿场强达到40.88kV/mm,比氟化改性前提高了 12.34%,平均电荷密度有效降低,沿面闪络受到有效抑制。随着热氧老化时间增加,环氧复合材料玻璃化转变温度、击穿场强显著降低,介电常数呈分段式增长趋势,老化使复合材料表面元素含量发生显著改变,形成疏松的碳化层,并导致环氧分子主、侧链氧化断裂,老化后试样分裂形成颗粒状物质,微观形貌出现了明显裂隙。在环氧基体中掺杂氟化协同改性SiO2填料,相当于在高聚物基体内引入良性抗老化母粒,且等离子体氟化协同改性工艺加强试样无机-有机界面相容性,有效抑制热氧老化对环氧分子链的破坏,在一定程度有效提高了复合材料抗热氧老化性能。等离子体氟化协同化学接枝改性填料提升环氧复合材料电气及抗热氧老化性能的可行性,为无机填料改性高分子绝缘材料提供了新思路。

关键词：等离子体氟化纳米复合材料环氧树脂电气性能热氧老化

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中国吉祥图说第1版

氟化协同高分子助剂调控环氧复合材料绝缘性能机制

1990年

作者：王庆丰陈素戚相成

本书对中国吉祥图饰表现方法作了详实的解说。

ISBN: (纸本)7561009054

本书对中国吉祥图饰表现方法作了详实的解说。

关键词：风俗画地点:中国图案

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高电压技术 2023年第11期49卷 4517-4526页

作者：戚相成同向前任鹏荣杨国清西安理工大学电气工程学院西安710048 西安理工大学材料科学与工程学院西安710048

偶联剂作为常用小分子界面改性助剂,在等离子体作用下,其界面相容性易受影响。为进一步调控填料与环氧树脂基界面特性,采用端羧基超支化聚酯(carboxyl-terminated hyperbranched polyester,CHBP)对纳米SiO_(2)进行大分子链包覆,再协同... 详细信息

偶联剂作为常用小分子界面改性助剂,在等离子体作用下,其界面相容性易受影响。为进一步调控填料与环氧树脂基界面特性,采用端羧基超支化聚酯(carboxyl-terminated hyperbranched polyester,CHBP)对纳米SiO_(2)进行大分子链包覆,再协同等低温离子体对填料进行氟化接枝。对比分析不同改性方式下环氧复合材料化学组分、微观形貌、电荷特性及沿面闪络特性。实验结果表明:相比偶联剂预处理,经超支化表面接枝改性的纳米SiO_(2)与环氧基体间界面相容性更好,氟化协同改性后,其在基体内团聚尺寸较KH550/氟化改性显著减少。掺杂质量分数3%的CHBP/氟化改性填料,可有效减少高压电场下环氧复合材料的平均电荷密度,抑制空间电荷积聚及跨界面输运,其沿面闪络发展得到有效抑制,闪络电压分散性有所降低。其击穿场强最大值达到40.88 kV/mm,相较于同质量分数的CHBP改性,KH550/氟化改性试样分别提高了12.34%、20.13%。氟化协同高分子助剂接枝改性作为可行有效方法,为填料改性提供了新研究思路。

关键词：超支化聚酯等离子体氟化界面改性空间电荷绝缘性能

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辽海景物诗选

辽海景物诗选

等离子体氟化协同偶联剂改性纳米SiO_(2)/环氧树脂电气性能

1988年

作者：王庆丰陈素戚相成

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高电压技术 2022年第2期48卷 689-697页

作者：杨国清戚相成高青青王德意西安理工大学电气工程学院西安710048 西北旱区生态水利工程国家重点实验室(西安理工大学) 西安710048

纳米SiO_(2)填料与环氧树脂基体界面效应差,限制了复合材料电气性能提升。为此采用CF_(2)/N;等离子体协同偶联剂改性纳米SiO_(2)填料,改变其在基体中界面特性,制备了不同质量分数的纳米SiO_(2)/环氧树脂复合材料。对复合材料的化学组分... 详细信息

纳米SiO_(2)填料与环氧树脂基体界面效应差,限制了复合材料电气性能提升。为此采用CF_(2)/N;等离子体协同偶联剂改性纳米SiO_(2)填料,改变其在基体中界面特性,制备了不同质量分数的纳米SiO_(2)/环氧树脂复合材料。对复合材料的化学组分、表面形貌、闪络电压和击穿场强等进行测试。测试表明:氟元素以CF_(2)为主要形式存在改性SiO_(2)表面;纳米SiO_(2)平均粒径降低27.9%,团聚现象得到有效抑制。SiO_(2)质量分数3%的复合材料闪络电压比纯环氧树脂增高了10.58%;击穿场强达到33.7 k V/mm,体积电阻率达到2.5×10^(15)Ω·cm,分别比未改性试样提高11.6%和34.61%。等离子体氟化可有效在颗粒表面接枝氟元素,阻碍材料内部载流子迁移,改善复合材料电气性能。

关键词：等离子体氟化环氧树脂纳米复合材料介电特性击穿强度热老化

低气压介质阻挡放电条件下纳米SiO_(2)表面氟化研究

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高电压技术 2021年第9期47卷 3144-3152页

作者：杨国清刘阳戚相成王德意王闯曾庆文西安理工大学智慧能源重点实验室西安710048 西安理工大学电气工程学院西安710048

为改善纳米颗粒的团聚问题,有效提升复合材料的绝缘性能,首先对低气压下基于介质阻挡放电的纳米SiO_(2)表面氟化过程展开研究,重点讨论了SiO_(2)表面氟化过程及其主导放电条件。然后基于等离子体放电特性和发射光谱诊断,分析了CF4/N_(2... 详细信息

为改善纳米颗粒的团聚问题,有效提升复合材料的绝缘性能,首先对低气压下基于介质阻挡放电的纳米SiO_(2)表面氟化过程展开研究,重点讨论了SiO_(2)表面氟化过程及其主导放电条件。然后基于等离子体放电特性和发射光谱诊断,分析了CF4/N_(2)混合气体等离子体的放电及分布特性,并对表面氟化处理纳米SiO_(2)进行微观表征。最后初步分析了该氟化技术对环氧基体电气性能的影响。研究结果表明:气压为10~13.5 k Pa、电压为5~7 k V的CF4/N_(2)低温等离子体在放电空间内呈现均匀分布;研究范围内的CF4/N_(2)低温等离子体的电子温度最低为0.497 e V,可实现CF4中C—F断键,为SiO_(2)表面氟化创造条件;对纳米SiO_(2)进行10 min等离子体有效氟化,F元素质量分数达到10.05%,且以CF2主要形式存在;纳米SiO_(2)团聚现象得到有效改善,在环氧基体中的分散更加均匀。掺杂SiO_(2)质量分数为5%的氟化填料后,环氧树脂局放起始电压提升最明显,较同掺杂含量未氟化试样提高17.21%。结果证明等离子体填料氟化处理SiO_(2)填料的的可行性,为氟化改性纳米填料提供新的研究思路。

关键词：低气压介质阻挡放电发射光谱诊断纳米SiO_(2) 表面氟化

超支化聚酯改性纳米BN/TiO₂环氧树脂的电气特性研究

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电气工程 2020年第3期8卷 109-122页

作者：刘菁杨国清王德意杨泽楷戚相成西安理工大学电气工程学院陕西西安

为研究BN/TiO2填充环氧树脂复合材料的介电性能和绝缘性能,制备了不同填充量和混合比例的BN/TiO2环氧树脂复合材料,并分别测试了其介质损耗因数、介电常数、体积电阻率、表面电阻率、局部放电起始电场强度及交流击穿场强,研究了超支化C... 详细信息

为研究BN/TiO2填充环氧树脂复合材料的介电性能和绝缘性能,制备了不同填充量和混合比例的BN/TiO2环氧树脂复合材料,并分别测试了其介质损耗因数、介电常数、体积电阻率、表面电阻率、局部放电起始电场强度及交流击穿场强,研究了超支化CHBP处理对复合材料介电性能和绝缘性能的影响。研究发现CHBP处理后BN:TiO2 (3:7)在1wt%质量分数时介质损耗因数达到最小值0.076%,CHBP处理后BN在5wt%质量分数介电常数达到最小值1.11;BN质量分数1wt%时达到局部放电起始电场强度最大值22.435 kV/mm;BN:TiO2 (1:1)质量分数7wt%时经CHBP处理后击穿电场强度达到峰值88.405 kV/mm。研究表明,TiO2的引入降低了质损耗因数但提高了介电常数,提高了体积电阻率和表面电阻率,降低了局部放电起始电场强度但提高了击穿电压。CHBP处理可以弥补TiO2引入后的缺点。

关键词：纳米二氧化钛纳米氮化硼超支化聚酯环氧树脂绝缘性能

氟化协同偶联剂改性纳米SiO_(2)/环氧树脂的热氧老化特性研究

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大电机技术 2021年第6期 1-9页

作者：戚相成杨国清王德意西安理工大学电气工程学院西安710048 西北旱区生态水利工程国家重点实验室(西安理工大学) 西安710048

环氧树脂在电机定子主绝缘中具有广泛应用,热老化是电机绝缘劣化的重要因素之一。氟化改性纳米SiO_(2)填料可显著改善环氧复合材料的电气性能,然而氟化协同改性技术对环氧复合材料抗热氧老化的机制尚不清楚,限制了其在电机主绝缘中的应... 详细信息

环氧树脂在电机定子主绝缘中具有广泛应用,热老化是电机绝缘劣化的重要因素之一。氟化改性纳米SiO_(2)填料可显著改善环氧复合材料的电气性能,然而氟化协同改性技术对环氧复合材料抗热氧老化的机制尚不清楚,限制了其在电机主绝缘中的应用。为此,论文对氟化协同偶联剂改性环氧复合材料的热氧老化特性进行研究,对不同老化时间下复合材料的表面形貌、玻璃化温度、击穿场强、介电特性及空间电荷特性等进行了测试。结果表明:与未改性环氧试样及单一偶联剂改性试样相比,随着老化时间推移,协同改性试样的玻璃化温度、击穿场强、介电常数、介质损耗因数等退化量显著减少。协同改性试样结构相对稳定,老化后材料表面分裂形成颗粒状物质受到有效抑制,具有更好的抗热氧老化特性。

关键词：环氧树脂等离子体氟化热氧老化纳米复合材料击穿强度空间电荷

基于BP-AHP风机状态评估的超短期风电功率动态预测研究

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大电机技术 2024年第1期 29-39页

作者：杨国清王文坤王德意刘世林戚相成西安理工大学电气工程学院西安710048 西安市智慧能源重点实验室(西安理工大学) 西安710048

针对传统风电功率预测仅考虑气象因素,且无法计及风电机组真实出力状态导致预测精度较差问题,本文提出一种计及风机状态的超短期风电功率动态预测方法。首先,为能够精确评估风机状态,将BP(error back propagation, BP)算法引入层次分析... 详细信息

针对传统风电功率预测仅考虑气象因素,且无法计及风电机组真实出力状态导致预测精度较差问题,本文提出一种计及风机状态的超短期风电功率动态预测方法。首先,为能够精确评估风机状态,将BP(error back propagation, BP)算法引入层次分析法(analytic hierarchy process, AHP)的评估结构中,构建BP-AHP风机状态评估模型,实现单台风机状态评估;然后,综合考虑地形及机组排布等因素,将风电场所有风机的状态取均值作为风电场状态,利用皮尔逊相关系数衡量所评估状态与功率之间的相关性以验证评估模型合理性,并采用XGBoost构建计及风机状态的动态预测模型;最后,以陕西地区某风电场实测数据进行算例分析,验证了所提方法的可行性及有效性。

关键词：风电机组状态评估风电功率预测超短期预测

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