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哈尔滨理工大学能源动力硕士学位论文

SiC/EP复合材料的固化特性与电气性能研究

摘要

大型发电机定子端部存在电场分布不均现象，易发生电场畸变，从而导致

设备发生电晕放电和击穿等绝缘事故。通过在环氧树脂（EpoxyResin，EP）

中加入高含量的微米碳化硅（SiliconCarbide，SiC）制备SiC/EP复合材料是现

阶段均化电机定子线棒电场，保证其正常运行的有效手段。当外加电场强度达

到一定值时，SiC/EP复合材料的电导率有很强的电场依赖性，能随着外加电场

的变化而变化，具有良好的非线性电导特性。目前对SiC/EP复合材料的研究

多集中在电性能，然而考虑到实际应用，此复合材料固化前的粘度和固化特性

不仅会影响工程操作而且影响固化后产物性能。因此，在研究不同因素对复合

材料各类性能的影响同时，需建立固化特性与电气性能的联系，探究固化特性

与复合材料电气性能的相关性。

本研究以环氧树脂为基体，通过改变稀释剂和固化剂种类、SiC粒径制备

SiC/EP微米复合材料；通过红外光谱测试仪表征了不同固化剂与环氧树脂的反

应情况；通过扫描电子显微镜和能谱图表征了不同粒径SiC颗粒在基体树脂中

的分散和接触情况；通过旋转粘度计和差示扫描量热仪测试了不同复合体系的

粘度和等温固化进程；利用皮安表、介电频谱仪等实验装置测试了各类复合材

料的非线性电导、相对介电常数、损耗角正切和击穿场强等电性能参数。

结果表明：丁基缩水甘油醚稀释剂对复合体系的稀释效果更优，比加入苄

基缩水甘油醚的粘度降低约7.45%，粘度的降低会加快分子链的移动速度进而

提高复合体系的固化速度；酚醛胺固化剂相较于低分子聚酰胺有更高的反应活

性，能较大程度提高复合体系的固化速度和程度；随着SiC粒径的减小，SiC

颗粒接触次数增间隔距离减小，复合体系的粘度增大、固化程度提高，SiC粒

径为1000目时，环氧树脂/酚醛胺体系（BT-S10）的固化程度最高，固化放热

量为152.66J/g；复合材料固化程度的提高和无机填料的相互接触均有利于材

料内部载流子的迁移和导电通路的形成，BT-S10试样具有最高的非线性系数

8.21，是最低试样的6.13倍；随着SiC粒径的减小，复合材料的界面极化增

强，偶极子转向极化因固化程度的提高而降低，导致复合材料的相对介电常数

和损耗角正切值呈现先增大后减小趋势。击穿场强随碳化硅粒径减小呈先减小

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后增大规律，与介电损耗呈负相关，BT-S10试样的击穿性能最佳，击穿场强

为9.65kV/mm。SiC/EP复合材料的固化特性与电气性能受固化剂和稀释剂种

类、碳化硅粒径的影响，固化程度的提高会提升复合材料的电性能，本文制备

出的BT-S10试样具有最高的固化程度和优异的电性能，为SiC/EP复合防晕材

料的研制提供了理论依据。

关键词环氧树脂；非线性特性；等温固化；介电特性；击穿特性

-II-

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ResearchonCuringCharacteristicsandElectrical

PropertiesofSiC/EPComposites