日本早稻田大学的T anaka T [ 19] 等基于化学、电学和形态学理论, 提出了多核模型, 用于解释纳米层状材料在提高聚合物耐电晕性能方面所起的作用。他们通过比较聚酰胺和聚酰胺/ 层状硅酸盐纳米复合材料在相同局部放电条件下的耐电晕性能, 发现复合材料表面的电晕腐蚀深度是纯聚合物的五分之一, 肯定了耐电晕性能的提高与层状硅酸盐的高耐局部放电性有密切关系。
该复合材料由许多聚酰胺包覆的纳米尺寸的球形粒子组成, 球形粒子的结构从内到外可分为三层, 即内层, 中间层和外层。由于离子键与共价键的存在, 内层聚合物与纳米粒子之间有较强的作用, 具有较强的耐电晕能力。中间层聚合物处于高度有序状态, 且或多或少地存在结晶现象, 两相邻颗粒之间的距离约为1 nm, 耐电晕性能次之。第三层主要是非晶态聚合物, 耐电晕性能较差。当局部放电作用于复合材料表面时, 在电、热、机械以及环境等因素的共同作用下, 表层的聚合物首先遭到破坏而分解。之后, 由于第三层及其外层的聚合物耐电晕性能较弱而被破坏, 当局部放电遇到球形粒子的中间层或内层时, 由于其较强的耐电晕性能, 破坏通道将沿着中间层与聚合物的界面继续生长。这样破坏通道在材料内部形成之字形路径, 从而延长了耐电晕寿命。
材料在电晕条件下的老化是光、热、电以及化学等多种因素共同作用的结果。相应地, 纳米粒子在提高材料耐电晕性能方面所起的作用也不是单一的, 而是多方面的。T Okamoto 等[ 20]曾研究了云母、Fe3O填充的聚酰亚胺以及未填充聚酰亚胺的耐电晕寿命,对比了它们的放电量和体积电阻。发现Fe 3O 4 / 聚酰亚胺体系的局部放电量*小, 而纯聚酰亚胺的局部放电量*大, 因此, T Okamoto 认为填料的加入造成聚酰亚胺电阻率的降低, 使局部放电能量降低, 从而延缓了材料的老化速度。何恩广等[21 ] 研究认为纳米T iO 2 微粉填充改性绝缘的新型复合电磁线经过电晕放电破坏后, 析出的纳米TiO 2 微粉层改善了间隙中的电场分布特性, 并通过电动力的作用自适应迁移使间隙的电场分布趋于均匀化; 纳米TiO 2 层在绝缘表面形成电子屏蔽障, 可捕获来自放电的电荷, 并通过高电导率的纳米TiO 2 微粉层使积聚的电荷沿表面扩散; 此外纳米T iO 2微粉层还能够吸收来自电晕放电且对绝缘有光化学降解作用的紫外线, 将光能转化为热能后通过良好的导热性扩散掉, 从而起到屏蔽紫外线的作用。Yin W认为, 纳米粒子在提高耐电晕性能方面的作用不是单一的, 而是电场均化、热稳定等多种效应共同作用的结果。
我国研究人员采用不同的方法开发新型耐电晕材料, 解决变频电机绝缘的过早破坏问题。但迄今为止, 国内外提出的技术路线仍不能令人满意, 主要存在以下问题：
( 1) 在无机纳米材料改性聚合物的耐电晕机理方面, 不同的学者从某一角度对纳米粒子在提高聚合物的耐电晕性能方面提出了不同观点, 仍然缺乏一致的认识。全面研究无机纳米粒子在提高聚合物耐电晕性能方面的机理, 确定填料的种类、粒度、颗粒形状、填充量等因素对聚合物耐电晕性能的影响, 才能对耐电晕机理形成深刻的认识。
( 2) 在耐电晕材料的制备方法上, 一般采用共混法向传统的耐高温聚合物中填充一定量无机纳米粒子, 但由于纳米粒子具有高表面能和强极性表面, 多数情况下是以团聚体的形式存在于聚合物中, 加之聚合物黏度大、极性较弱, 难以使纳米粒子达到纳米化分散状态, 造成产品耐电晕性能差, 耐电晕性能分散性大。原位聚合法是实现纳米粒子均匀分散、适合工业化生产的有效途径, 需要对该工艺进行详细的研究。
( 3) 目前, 国内外还没有出现公认的耐电晕绝缘材料生产标准, 这不利于此类材料的产业化生产。尽快建立耐电晕材料的国家标准, 促进工业化生产进程。为了尽快促使耐电晕绝缘材料产业化, 需要在纳米复合材料的制备、耐电晕机理以及国家标准的制备方面进行系统的研究。
