低碳环保先进绝缘材料专题

• 基于希夫碱动态共价键的生物基环氧树脂设计及性能研究

  张阳;张文业;周伟杰;万宝全;任俊文;查俊伟;

  “双碳”目标下，依赖于石油化工原料且不可回收的传统环氧树脂严重阻碍了当前电力系统转型，发展低碳环保型环氧树脂已成为当前研究的热点。本文采用刚柔并济的策略制备了一种由醛基封端的生物基环氧交联剂与二胺直接固化的含希夫碱动态共价键生物基环氧树脂，并研究其力学性能、绝缘性能和多次回收再利用前后的性能变化。结果表明：新型环氧树脂的拉伸强度可达70.1 MPa，电气强度可达130 kV/mm。该动态交联环氧树脂可以有效实现再加工与溶剂回收，多次再加工后仍然保持58.8 MPa的拉伸强度和111 kV/mm的电气强度。

  2026年03期 v.59 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 2003K]
  

• 800 kVA环氧浇注干式变压器碳足迹与环境影响评估

  田双双;吴影宇;伍云健;高超;余家赫;张晓星;

  温室气体对环境的影响已引起全球关注，而电力装备的低碳化转型对于实现“双碳”目标具有重要意义。本文基于全生命周期评估（life cycle assessment,LCA）方法，聚焦于800 kVA环氧浇注干式变压器的原材料获取、产品制造及废弃物处理阶段，重点从材料视角评价其碳足迹与环境影响。采用基于三角分布和Sobol序列的蒙特卡洛模拟方法对碳足迹结果进行不确定性分析，以评估关键资源碳排放的不确定性。基于CML-IA baseline 2001和ReCiPe 2016两种环境影响评估方法，对变压器各阶段的环境影响程度进行综合评估。结果表明：该变压器总碳足迹为8 996.25 kgCO_2e，其中原材料获取阶段对产品碳足迹贡献最大，达到7 186.51 kgCO_2e，铜、硅钢片以及环氧树脂为主要碳源，在该阶段分别有着42.87%、31.17%、23.93%的占比；两种敏感性分析方法均与实际情况相符，但Sobol序列方法得出的95%置信区间显著宽于三角分布的[8 691.92,9 311.68] kgCO_2e，具备更充分的不确定性表达能力；两种方法计算出环氧树脂和电力消耗两种关键资源的一阶敏感性指数分别为0.460和0.499，说明二者对变压器碳足迹的影响最为明显；CML-IA baseline 2001与ReCipe 2016两种环境影响评估结果均表明原材料获取阶段在所有环境损害类别中均占据主导地位，其中对海水生态毒性影响最为明显，其核心诱因是铜与硅钢片开采加工过程中的重金属排放，以及环氧树脂合成阶段释放的有机污染物。

  2026年03期 v.59 9-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 1957K]
  

• 含“双峰”尺寸分布弹性体的聚丙烯电缆绝缘材料体系设计与性能研究

  展云鹏;侯帅;曹亚杰;傅明利;李艳飞;樊灵孟;

  本文旨在制备高性能的聚丙烯（PP）绝缘材料，并研究其性能提升机制。通过结合釜内合金技术和共混改性技术，制备了弹性体质量分数为20%～30%的高压电缆用PP绝缘材料，研究了弹性体与PP基体之间的界面相容性及其对PP绝缘材料性能的影响。结果表明：丙烯基弹性体能够有效提高弹性体与PP基体的界面相容性，减少界面缺陷；采用“双峰”分布的弹性体粒子尺寸设计，成功平衡了弹性体对PP绝缘材料力学韧性和耐电强度的双重影响，从而实现力学韧性、电气强度、热稳定性等性能参数的协同提升，展现了优异的综合性能。此外，所制备的PP电缆材料具有良好的加工适应性。

  2026年03期 v.59 19-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 2837K]
  

• 基于EBA添加的LLDPE非交联半导电屏蔽料性能优化

  余欣;李博闻;范亚洲;吴吉;张宏;李银格;高景晖;

  本文系统研究了乙烯-丙烯酸丁酯共聚物（EBA）的类型与含量对线性低密度聚乙烯（LLDPE）基非交联半导电屏蔽料性能的影响。制备了一系列屏蔽料样品，并测试了其理化性能、体积电阻率及力学性能。结果表明：EBA的引入显著改善了屏蔽料的加工性与导电性，当基体树脂中的EBA质量分数从0增至15%时，屏蔽料的熔融指数从0.95 g/10 min提升至1.15 g/10 min，体积电阻率从11.68Ω·cm降至8.69Ω·cm。然而，EBA的加入会导致屏蔽料的结晶度和力学性能下降。在添加不同类型EBA的屏蔽料的样品中，添加35BA40的样品表现出最优的导电性和加工流动性，而添加E2770的样品在力学性能方面更具优势。

  2026年03期 v.59 31-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 2095K]
  

• 环保可回收型超疏水防冰材料的制备与性能研究

  孙建文;聂永杰;彭晶;马御棠;王一帆;曹占国;郑子恒;王鹏;

  为应对绝缘子覆冰引发的绝缘与力学性能劣化及雷击风险，本研究开发了环保可回收超疏水材料（DGEAC/SiO_2-POTS）。首先通过溶胶凝胶法水解得到SiO_2，经正辛基三乙氧基硅烷（POTS）改性SiO_2颗粒，再与多官能团聚酯（DGEAC）混合，经相分离技术在绝缘子表面构建微米/微米/纳米三层分级结构的超疏水涂层。结果表明：超疏水涂层接触角为162.2°、滚动角小于5°；分别经400次砂纸磨损、100次胶带剥离、酸/碱溶液腐蚀后涂层仍保持超疏水性；经15次高低温循环交变测试后涂层仍具有疏水效果。相比裸露绝缘子，超疏水涂层-20℃下结冰时间延长5.6倍，覆冰粘附力降至28.7 kPa。创新引入动态共价键酯交换机制，借助乙二醇实现了SiO_2-POTS颗粒高效回收且颗粒性能稳定。超疏水涂层体积电阻率大于2.8×10~(14)Ω·cm，闪络电压最高达到22.94 kV。该材料兼具防冰性、耐久性、可回收性与电气安全性，为输电设备提供绿色防冰方案。

  2026年03期 v.59 40-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 2164K]
  

• 基于硼酸酯键的松香基环氧Vitrimer综合性能研究

  胡倚搏;孙长海;陈百通;仇怡涛;厉玮;李智轩;

  为解决传统石油基环氧树脂在电力设备应用中面临的资源依赖与回收难题，本研究以可再生松香为原料，通过Diels-Alder加成反应合成富马海松酸环氧基体（FPAE），并利用含硼酸酯动态键的固化剂（BDB）经硫醇-环氧点击化学构建交联网络，成功制备松香基环氧Vitrimer材料（FPAE-BDB）。通过动态热机械分析、热重分析、拉伸试验、介电谱与击穿强度测试以及降解/再加工实验，系统表征了材料的热性能、力学性能、电气性能以及降解与回收特性。结果表明：该材料热性能优异，玻璃化转变温度（131.8℃）较商用DGEBA-MHHPA体系（121.6℃）提升8.3%，初始分解温度（T_(d5%)=332.4℃）与50%热失重温度（T_(d50%)=408.6℃）与之相当。电气性能方面，特征击穿强度（44.38 kV/mm）较DGEBAMHHPA体系（41.35 kV/mm）提高7.3%，介电常数稳定于3.5～3.8，介质损耗因数略高于DGEBA-MHHPA体系。此外，该材料具备良好的化学降解及可回收性能，可在室温酸性H_2O_2溶液中高效降解，经粉碎后在160℃下热压再成型，击穿强度保持率达92.5%。但由于刚性菲环结构导致脆性较大，该材料力学性能存在短板，拉伸强度（38.9 MPa）低于DGEBA-MHHPA体系（72.1 MPa）。综上所述，相比于DGEBA-MHHPA体系，FPAE-BDB体系热性能、电气性能和回收性能良好，后续可通过增韧改性以提升其力学性能。

  2026年03期 v.59 50-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 2439K]
  

• 微水对C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体热分解特性影响的作用机制

  宋思齐;陶加贵;赵恒;朱金炜;楚奕天;肖峰;叶凡超;

  C_4F_7N/CO_2/O_2三元混合气体具有优异的环保性与绝缘性能，但目前针对含微量水分条件下C_4F_7N/CO_2/O_2在设备长期运行中的稳定性研究仍较为缺乏。本研究开展了不同微量水分浓度下的C_4F_7N/CO_2/O_2热分解实验，同时采用基于ReaxFF力场的反应分子动力学模拟方法，从微观层面探究了水分对C_4F_7N/CO_2/O_2热分解特性的影响规律，解析分解产物与微量水分的关联机制。结果表明：混合气体的主要热分解产物为CF_4、C_3F_8、C_3F_6、C_2F_6和CHF_3。微水浓度的增大会促进C_4F_7N的分解，导致分解产物浓度增大，而当微水浓度进一步增大时，主要分解产物的反应路径受到抑制，使体系的分解路径发生转变，使得主要分解产物的浓度呈现下降的趋势，并推动更多副产物和复杂组分的形成。

  2026年03期 v.59 60-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 2791K]
  

• 电场对环保冷却介质C₆F₁₂O沸腾换热过程中气泡运动特性的影响

  田双双;聂栋钦;杨润龙;王家浩;

  相变冷却技术冷却效率高，是实现高功率、大容量电工装备高效散热的新途径。本文深入讨论C_6F_(12)O作为相变冷却介质的可行性，结合基于Cahn-Hilliard方程的相场法与电流体动力学理论，考虑电-流-热-相场的耦合作用，针对C_6F_(12)O介质在不同温度、电场条件下的相变演化过程进行数值模拟仿真研究，并与现有冷却介质C_6F_(14)中的气泡运动特性进行对比。结果表明：与C_6F_(14)相比，无电场作用时，温度的变化对C_6F_(12)O中气泡运动特性的影响更加显著，温度的上升使其气泡统计学速度提高了75.75%；适当的均匀电场会促进介质中的气泡演化，在相同的过热度（??T=0.056）下，C_6F_(12)O较高的介电常数使得电场引起的极化效果更明显，在较低的场强下即可过渡到膜态沸腾；在水平均匀电场作用下，对于不同的电邦德数B_(oE),C_6F_(12)O中气泡的统计学速度整体比C_6F_(14)中的低，但气泡释放周期更短、频率更高；竖直均匀电场作用下，C_6F_(12)O中的气泡统计学速度从4.131提高至4.760、释放周期从3.889 s~(-1)缩短至2.059 s~(-1)，气泡运动比C_6F_(14)中的更加剧烈。

  2026年03期 v.59 68-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 2129K]
  

• 高气压洁净空气雷电冲击与直流作用下的击穿场强研究

  王流火;孙强;祁含;贾晨昊;张博雅;

  鉴于SF_6绝缘气体的强温室效应，寻找其替代介质已成为行业共识，洁净空气作为一种环境友好型绝缘介质，被认为是直流GIS设备中极具应用前景的候选者。为了研究高气压洁净空气的绝缘特性，测量了10 mm间隙的均匀电场与稍不均匀电场中，不同气压（0.6～0.9 MPa）的空气在正、负极性雷电冲击电压与直流电压作用下的击穿特性，并介绍了时间体积理论，基于该理论建立了击穿场强预测模型，最后将模型预测结果与实验结果进行了对比。结果表明：均匀电场中，负极性下的击穿场强具有更强的分散性。稍不均匀电场中，4种情况中负极性雷电冲击下的击穿场强最低，且击穿场强随着气压的升高出现了饱和效应。时间体积理论能够准确捕捉击穿场强随气压变化的趋势，该模型考虑了电极表面微突起引起的电极表面电场增强，预测结果与实验结果较为吻合。

  2026年03期 v.59 77-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 2538K]
  

综述

• 硅橡胶憎水迁移性的研究进展

  陈云;韩钰;王晓芳;卢壹梁;张翀;杨丙坤;赵悦菊;张强;高嵩;石金彪;

  硅橡胶由于优异的抗污闪性能，广泛应用于高压电力设备外绝缘。硅橡胶的抗污闪性能来源于其独特的憎水迁移性，即当表面被污秽颗粒覆盖，内部憎水物质会迁移至污染层表面，使污染层具有憎水性。硅橡胶憎水迁移性的好坏直接关系到其防污闪性能，了解其憎水迁移机理和影响因素可为硅橡胶的开发和使用提供指导。本文综述了硅橡胶的憎水迁移机理，以及不溶污秽、可溶污秽、温度、湿度、配方工艺和电场环境方面对硅橡胶憎水迁移性的影响，并对今后的发展方向提出了展望。

  2026年03期 v.59 88-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1409K]
  

• 敷设过程中机械应力对电缆性能的影响研究进展

  贾世伟;李俊树;孙丁;赵全来;张磊;李华强;

  电缆在敷设过程中，如侧压力与牵引力过大，会使电缆遭受机械损伤，在运行过程中会导致电缆发生护套接地、过热、绝缘击穿、燃烧等严重故障。本文综述了陆地电缆牵引力及侧压力的研究进展，包括牵引力及侧压力的产生过程及对电缆绝缘结构及绝缘材料的性能影响，牵引力及侧压力的计算方法、监测与在线控制方法。详细探讨了机械应力对电缆绝缘材料结晶尺寸、结晶度、陷阱数量及深度等微观特性的影响，分析了机械应力对电缆材料的破坏机理。针对机械应力的计算方法，总结了当前机械应力计算方法的不足，论述了电缆机械应力的未来研究方向。

  2026年03期 v.59 99-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 1608K]
  

• 电机用高导热绝缘材料研究进展

  马红亮;刘嬿;郑瑞娟;樊洁心;刘冠芳;

  高导热绝缘材料是实现电机高效散热的关键功能材料，对提升电机运行稳定性、延长使用寿命具有重要意义。本文简述了绝缘材料的导热改性机制，综述了近年来电机用高导热绝缘漆、云母带、薄膜及灌封胶等绝缘材料的研究进展，探讨了其在电机领域的应用现状，并对未来研究方向进行了展望。

  2026年03期 v.59 110-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 1055K]
  

材料研究

• 基于等离子体改性Al₂O₃的芳纶复合纳米绝缘纸界面性能增强研究

  孙凯旋;张佳瑞;汝艺;张文琦;杨瑞;樊思迪;庾翔;律方成;

  为提升聚间苯二甲酰间苯二胺（间位芳纶，PMIA）纳米纸基材料的电气绝缘与力学性能，本研究采用空气等离子体处理制备了表面接枝极性基团的改性氧化铝（A-Al_2O_3），并将其作为增强相引入PMIA纸中，系统研究了不同AAl_2O_3掺杂量对复合纸性能的影响。结果表明：当A-Al_2O_3质量分数为3%时，复合纸获得最优的综合性能，其击穿强度提升至255.7 kV/mm，体积电阻率达3.48×10~(15)Ω·m，同时介电常数提高且介质损耗保持在较低水平。这归因于A-Al_2O_3的高绝缘性及其对电场畸变的抑制作用。在该掺杂量下，PMIA/A-Al_2O_3复合纸界面陷阱深度和密度最大，有效抑制了电荷传输，从而提升了绝缘强度。同时，该复合纸杨氏模量为3.65 GPa，拉伸强度为24.6 MPa，断裂伸长率为1.5%。这归因于A-Al_2O_3在绝缘纸中承担了更多的局部应力。然而，当A-Al_2O_3质量分数超过3%时A-Al_2O_3发生团聚，导致其在基体中的分散性下降，有效界面面积减少，陷阱密度降低，并引发更多应力集中区域，从而导致复合纸的电气与力学性能下降。

  2026年03期 v.59 117-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 2072K]
  

• 臭氧氧化处理提升电气绝缘用环氧树脂直流击穿强度研究

  董倩;司英莲;古玺玉;苏宏伟;何文钦;

  为满足新一代电工装备对高性能绝缘介质的迫切需求，本研究制备了环氧树脂，采用不同浓度臭氧气体对其进行氧化处理，并测试表征臭氧氧化处理前后环氧树脂的化学结构、陷阱特性及直流击穿强度。结果表明：臭氧氧化后，环氧树脂表面C=O和C-OH基团含量显著增加。经浓度为120 mg/L的臭氧气体在80℃下氧化2 h后，环氧树脂的深陷阱能级由0.97 eV增至1.04 eV，直流击穿强度由311.94 kV/mm提升至395.96 kV/mm。

  2026年03期 v.59 126-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 1609K]
  

• 不同接枝率改性聚丙烯薄膜的性能研究

  陈宇飞;余姝颖;肖翔;廖建平;吴永利;黄桂发;张镱议;

  随着电力电子设备向高频化、小型化和集成化方向发展，传统聚丙烯薄膜材料的性能逐渐难以满足现代电容器对高电气强度、低介质损耗和长寿命的要求。为此，本文通过水相悬浮接枝法利用4-甲基苯乙烯接枝聚丙烯（PP）制备不同接枝率改性PP薄膜材料，系统研究不同接枝率对PP综合性能的影响。结果表明：接枝改性的最佳工艺溶胀时间和反应时间分别为120 min和150 min。随着接枝率的增加，升温熔融曲线出现向低温方向移动趋势，降温结晶曲线出现向高温方向移动趋势。当接枝率为0.88%时，改性PP的拉伸强度和断裂伸长率最高，电气强度达到最大值400.8kV/mm，陷阱密度最大值为9.52×10~(19) m~(-3)·eV~(-1)，相较于纯PP材料的陷阱密度最大值提升将近3.8倍。

  2026年03期 v.59 132-139页 [查看摘要][在线阅读][下载 2243K]
  

• 大气压等离子体射流改性聚乙烯隔膜提高亲水性研究

  李牧洋;谢竟成;周国平;万薇薇;黎华敏;

  聚乙烯作为锂电池隔膜的首选材料，其亲水性直接决定了电解液离子传输效率和电池的界面稳定性。为了提高聚乙烯隔膜的亲水性，本文以3-氨基丙基三乙氧基硅烷为反应媒质，采用大气压等离子体射流对其活化后改性隔膜表面。通过实验研究了改性时间和改性距离对隔膜表面亲水性的影响规律，进而获得最优改性条件和效果。通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪对隔膜的表面形貌和化学结构能进行表征，分析等离子体改性对隔膜表面微观物化特性的影响，进而分析其性能提升的机制。结果表明：隔膜亲水性随改性时间和改性距离的增加均呈先提升后降低趋势，在改性时间为6 min、改性距离为20 mm时效果最优，隔膜的水接触角接近0°，达到超亲水效果。改性后隔膜趋于变硬而脆，热收缩率减小了51%。等离子体射流在隔膜表面引入-NH~(3+)亲水性基团，并通过刻蚀、交联、聚合、沉积等作用在材料表面形成较大孔隙的纳米硅氧薄膜，实现了隔膜表面亲水性与抗热收缩性能的显著提升。

  2026年03期 v.59 140-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 2113K]
  

• 液晶改性环氧树脂的制备及其热-力学性能协同提升研究

  慎志勇;李利华;李茂;陈锋;李汶珈;黄正勇;汪瀚湘;

  本文旨在协同提升环氧树脂的热-力学性能，以应对长期电-热-力多场耦合工况下的绝缘失效风险。向双酚A型环氧树脂（E-51）基体引入联苯型液晶环氧树脂（BLCER），通过熔融共混后固化得到液晶改性环氧树脂。测试改性树脂的热-力学性能，并分析BLCER对树脂基体的增韧和导热改性原理。结果表明：BLCER的添加能增强改性树脂的热稳定性和导热性能，当BLCER质量分数达到20%时，改性树脂的热导率提升至0.382 W/(m·K)，为纯E-51的2.26倍；材料的力学性能随BLCER含量的增加而增强，当BLCER质量分数达到20%时，改性树脂的拉伸和弯曲强度分别达90 MPa和120.9 MPa，冲击强度达40.1 kJ/m~2，均远高于纯环氧树脂。

  2026年03期 v.59 148-154页 [查看摘要][在线阅读][下载 1691K]
  
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