【摘 要】
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酸酐固化BPA型环氧树脂绝缘材料广泛应用于电力装备绝缘,研究设计具有优异耐热和力学性能的环氧树脂绝缘材料,是满足电力装备高功率密度发展要求的关键。环氧绝缘材料的热学和力学性能显著受到环氧交联体系分子结构的影响。论文基于分子动力学计算方法,研究了酸酐固化剂和环氧树脂的分子结构对交联产物力学和热学性能的影响规律,进一步研究了添加脂环族环氧对酸酐固化环氧树脂体系的力学和热学性能的影响,主要研究内容如下:
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酸酐固化BPA型环氧树脂绝缘材料广泛应用于电力装备绝缘,研究设计具有优异耐热和力学性能的环氧树脂绝缘材料,是满足电力装备高功率密度发展要求的关键。环氧绝缘材料的热学和力学性能显著受到环氧交联体系分子结构的影响。论文基于分子动力学计算方法,研究了酸酐固化剂和环氧树脂的分子结构对交联产物力学和热学性能的影响规律,进一步研究了添加脂环族环氧对酸酐固化环氧树脂体系的力学和热学性能的影响,主要研究内容如下:（1）研究了不同分子结构酸酐固化的BPA型环氧交联体系微观结构特征及热、力学性能,研究发现:随着PA的不断增多,固化体系的FFV与MSD总体呈下降趋势,这主要由于MTHPA分子结构上的甲基对分子间的堆砌起到限制。PA分子结构上的苯环刚性基团的增多使得交联体系的模量值呈上升趋势,其中当MTHPA:PA为7:3时,环氧交联体系的力学性能整体最佳。当MTHPA和PA为9:1时,环氧交联体系的Tg最高。随着体系交联度的提高,FFV呈先下降后上升的趋势;网状结构的不断形成使分子结构堆积紧密,分子链段运动能力逐渐下降。（2）研究了不同环氧树脂分子结构下环氧交联体系的微观结构特征及热、力学性能,研究发现:随着环氧树脂聚合度的增大,交联模型的杨氏模量和剪切模量呈现逐渐增长的趋势,体积模量和韧性总体呈现先升高后降低的趋势。玻璃化转变温度在DGEBA聚合度为1.67时达到411.3K,玻璃态下CTE随聚合度的增大而减小,在聚合度为1.67时趋于稳定。DGEBA交联模型的自由体积分数（FFV）和均方位移（MSD）在聚合度为1.33时达到最小,此时分子链在高温下的膨胀和热运动行为得到抑制。温度的升高会使得环氧绝缘材料的模量值出现下降,这与温度升高引起交联体系的FFV和MSD增大有关。（3）研究了引入OSC分子结构后环氧交联体系的微观结构及热、力学性能参数变化规律,研究发现:随着OSC分子含量的提高,交联体系的模量值、玻璃化转变温度均出现了先增大后减小的趋势,当DGEBA:OSC比例为7:3时,模量值和玻璃化转变温度最大。交联体系的FFV与MSD随OSC比例的增大均呈先降低后升高的趋势,引入OSC后的交联网络对分子链运动能力抑制更强,提高了复合体系的热学和力学性能。试验数据与分子模拟结果保持较好一致性,验证了分子模拟结果的有效性。
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