采用冰模板法构筑具有层状结构的Al2O3三维网络骨架, 并通过真空浸渍工艺制备出Al2O3/环氧树脂(EP)复合材料。研究了楔形硅橡胶角度、浆料固相含量、冷冻温度对层状Al2O3三维网络骨架微观结构的影响, 分析了片层间距对Al2O3/EP复合材料导热、介电和绝缘性能的影响。结果表明: 楔形硅橡胶角度为10°和15°时Al2O3三维网络骨架的层状有序性最佳, 固相含量的增加和冷冻温度的降低均会使片层间距减小; Al2O3/EP复合材料的热导率和介电常数随着片层间距的减小而增大, 但体积电阻率呈降低趋势; 当片层间距为45 μm时, 热导率达到0.52 W/(m·K), 体积电阻率为1012 Ω·cm。

为了提高石墨固废利用率, 本文以石墨开采废石为细骨料, 添加球形石墨尾料以及不同质量分数的废石石粉进行电热板材配方试验, 探究了石墨开采废石取代量、石粉掺量对电热板材性能的影响。结果表明: 在100%(质量分数)使用石墨开采废石作为细骨料时, 养护28 d的水泥板材抗折强度及抗压强度分别达到11.09 MPa和50.90 MPa, 虽然略低于使用标准砂的水泥板材的强度指标, 但是仍可满足相关要求, 说明石墨开采废石可以作为细骨料使用; 在废石石粉掺量为7%(质量分数)时, 电热板材的抗折强度和抗压强度最高分别达到6.21 MPa和33.00 MPa, 虽然强度有所降低, 但是仍可满足低强度板材的要求; 在球形石墨尾料掺量为9%(质量分数)时, 电热板材体积电阻率为1.94 Ω·m, 发热温度为71 ℃, 具有良好的电热效果。

利用艾奇逊炉分别在3 000 ℃和2 800 ℃下进行碳纳米管的提纯实验。利用ICP、EDS、TGA检测了提纯碳纳米管的主要催化金属含量、灼烧残余物含量; 用四探针薄膜电阻仪检测其电阻率; 利用SEM、XRD、FT-IR研究了不同温度提纯碳纳米管的组织结构变化和表面特点。研究结果表明, 艾奇逊炉在不同温度下提纯的碳纳米管都可以有效降低碳纳米管粉体中的催化金属含量和灼烧残余物含量, 满足动力电池导电剂要求。与原生碳纳米管比较, 3 000 ℃提纯的碳纳米管的电阻率显著下降, 石墨晶化程度提高; 而2 800 ℃提纯的碳纳米管的电阻率略有提高, 石墨晶化程度变化不大, 表面官能团数量减少。

高温硫化(HTV)硅橡胶复合绝缘子广泛应用于特高压输电线路, 其抗紫外老化性能越来越受到人们的关注。 采用自行设计的可调式紫外老化试验箱对两个厂家的高温硫化硅橡胶样品进行了紫外辐照(0, 500和1 000 h)加速老化实验, 辐照光波长范围为320～750 nm。 对辐照前后试样进行傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)测试, 分析谱峰的变化与试样(表面)官能团的关系, 辅以扫描电子显微镜(SEM)和憎水性、 体积电阻率的测试来研究HTV硅橡胶的老化机理。 结果表明: 高温硫化硅橡胶FTIR全谱图中1 260 cm-1处Si—CH3反射峰和800 cm-1附近Si—(CH3)2反射峰强度随辐照时间的增加而逐渐减弱, 1 000～1 100 cm-1处的Si—O—Si反射峰强度随辐照时间的增加先减弱后增强; 扫描电镜观察到辐照后的样品表面出现大颗粒和坑洞、 粗糙度变大, 其主要元素O, Si和Al重量百分比略增加; 喷水分级法在表面形成的水珠随着样品辐照时间的延长由均匀分布变得不均匀且出现合并, 憎水性有明确下降; 体积电阻率略微降低。 分析认为: 辐照后紫外线切断了HTV硅橡胶部分Si—C, C—C和C—H键, 对称排列的非极性甲基基团—CH3从硅氧主链上脱落, 减弱了对主链强极性的屏蔽作用, 使Si—O—Si峰强度减弱, 且少量侧链被氧化, 形成C—O和—OH(COOH); 而主链之间因裸露出来的自由基—Si·发生进一步的交联反应, 使得Si—O键相对含量增加, 使Si—O—Si峰强度再增强。 二方面结果均导致高温硫化硅橡胶表面极性增强, 憎水性下降。 水本身具有微弱的电离, 憎水性下降的高温硫化硅橡胶易吸收空气中的水使其表面载流子浓度增加体积电阻率略有下降。 通过红外光谱分析, 紫外线是通过切断高温硫化硅橡胶表面的部分Si—C, C—C, C—H键, 使其生成新的自由基并发生交联和氧化而使其老化的。 红外光谱的应用对于高温硫化硅橡胶复合绝缘子老化研究及其在特高压输电线路上的挂网应用均具有重要意义。