无机纳米粒子的尺寸为1~100纳米。21世纪初出现的纳米复合绝缘材料,由于具有电气强度高、空间电荷抑制性能好、抗电老化性能优异等特点,成为第三代电气绝缘材料。
纳米复合绝缘材料具有基体不具备的优异性能,这是由于纳米粒子的加入在基体中形成了复杂的界面结构,界面区与纳米粒子的种类、表面状态、复合工艺以及基体材料有关。不同于微米复合绝缘材料需要添加较大质量分数的微米粒子才能改善基体的性能,少量的纳米粒子添加便可实现性能的明显提升,简化了生产工艺,这为绝缘材料发展提供了良好的基础。
纳米复合绝缘材料已得到了应用。①例如,聚酰胺或聚酯中添加1%质量分数的纳米二氧化钛(TiO2)作为散绕漆包线漆的中层绝缘材料,提高了旋转电机绝缘的抗局部放电特性。聚酰亚胺中添加1%质量分数的纳米二氧化钛(TiO2)、纳米二氧化硅(SiO2)或纳米氧化铝(Al2O3)作为中高压旋转电机中多股绞合线漆包线漆的绝缘层,可明显提高漆包线漆在脉宽调制电压下的抗局部放电性能。在户外绝缘中,通过在硅橡胶中添加不同质量分数的纳米二氧化硅(SiO2),可提高硅橡胶的抗电烧蚀特性。在高压直流电缆中,通过在交联聚乙烯(XLPE)中添加纳米氧化镁(MgO)可明显抑制其空间电荷积聚并提高击穿特性。②纳米绝缘复合材料还可应用在电力设备绝缘材料中,以提高绝缘材料的抗电树枝或水树枝化性能;环氧基纳米复合绝缘材料可用在电力电子储能器件中;添加纳米碳化硅(SiC)或氧化锌(ZnO)的具有非线性特性的复合材料可用在电缆终端和高压套管中;硅橡胶或环氧中添加纳米粒子可实现介电常数或电导率梯度分布的功能材料,应用在气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)等设备中。
纳米绝缘材料