通過擊穿電壓測試儀研究樹脂復合材料的擊穿特性：

       研究發(fā)現(xiàn)，無機填料的添加會影響復合體系的擊穿強度，添加顆粒的種類、形狀、大小、表面處理及分散性是影響擊穿場強的主要因素。M. Bell 將甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝到 SiO2納米顆粒表面，引發(fā)原位聚合，制備出 SiO2 填充的環(huán)氧樹脂復合材料，提高了復合材料的交流擊穿場強。Z. B. Wang 等人研究了 EP/納米 BN 導熱復合材料的擊穿強度，研究發(fā)現(xiàn)，與 BN 微米顆粒相比，填充 BN 納米顆粒的環(huán)氧樹脂具有更高的擊穿強度，并分析了納米和微米顆粒對電樹枝生長的影響，認為納米顆粒的添加抑制了電樹枝的生長發(fā)展過程，而微米顆粒促進了這一過程的發(fā)展。納米顆粒較高的介電常數(shù)并不能保證復合材料就有較高的擊穿場強，較高的介電常數(shù)可能會造成界面處存在更大的電場畸變。Y. Wu 等人制備一元胺低聚倍半氧硅烷包覆的 BN 納米顆粒，填充到環(huán)氧樹脂基體中，復合材料的介電常數(shù)和擊穿場強隨著填充量的增加反

而下降。H. Tang 制備出的核殼結(jié)構(gòu)的碳納米管填充到環(huán)氧樹脂基體中，復合材料的介電常數(shù)也表現(xiàn)出下降趨勢。Z. Wang 制備出“三明治"結(jié)構(gòu)的納米 Al2O3 填充的環(huán)氧樹脂薄片，每層中 Al2O3 納米顆粒的填充量不同，研究發(fā)現(xiàn)最外層填充質(zhì)量分數(shù) 70 wt%，中間層納米顆粒填充質(zhì)量分數(shù) 3 wt%時，復合薄片導熱上升至 0.447 W/(m·K)，復合薄片的擊穿場強升高至 68.5 kV/mm，與純環(huán)氧樹脂相比增強了 6.3%。

        西安交通大學對環(huán)氧樹脂的絕緣特性方面研究較多。張喬根等人把 Al2O3 填充到環(huán)氧樹脂，研究準均勻電場和極不均勻電場下的沿面絕緣特性和燒蝕特性，發(fā)現(xiàn) Al2O3的填充質(zhì)量分數(shù)達到 250 wt%以上后，絕緣子短時閃絡特性和長時耐壓特性方面都具有較好的沿面電氣強度。改為 SiO2填料，發(fā)現(xiàn) SiO2 在短時加壓和長期耐壓實驗中，具有更優(yōu)良的絕緣特性。此外，張喬根等人探討了 Al2O3 摻雜環(huán)氧樹脂絕緣材料在SF6 氣體中的直流沿面閃絡特性，分析了沿面放電中蟲孔的形成及其對閃絡過程的影響，發(fā)現(xiàn) Al2O3 和環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為 3.5:1 時，環(huán)氧樹脂表面閃絡通道中存在明顯的蟲孔。鄭曉泉等人研究了填充氧化鋅(ZnO)的環(huán)氧樹脂復合材料的擊穿特性，發(fā)現(xiàn) ZnO/環(huán)氧樹脂復合材料具有優(yōu)良的非線性電導特性，填料含量為 5 wt%的試樣直流擊穿強度最高，且其擊穿強度分散性較小。

       吳鍇等人研究對比了純環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂/紙復合材料的擊穿及空間電荷特性，深入探討了加入絕緣紙對環(huán)氧樹脂空間電荷的影響極其破壞機理。研究發(fā)現(xiàn)，在交流電場下，環(huán)氧/紙復合材料的擊穿電壓比純環(huán)氧樹脂低；而在直流電場下，環(huán)氧/紙復合材料的擊穿電壓比純環(huán)氧樹脂高。通過實驗和仿真計算的方法研究了環(huán)氧樹脂及SiO2/環(huán)氧樹脂復合材料的電荷遷移過程，指出填充 3 wt%的 SiO2 納米顆粒之后，高壓電極附近的載流子溢出能力增強使得環(huán)氧樹脂的空間電荷積聚受到抑制，仿真計算得出高溫電極附近的空間電荷的量級高于低溫電極，復合材料空間電荷的遷移率在20~80 °C 范圍內(nèi)不會隨著溫度的升高而上升。

       李盛濤等人研究了 SiC/環(huán)氧樹脂高壓直流下的等溫表面電位衰減特性，表明正電荷的衰減速率遠大于負電荷的衰減速率，填充量增加到 10 wt%的復合材料的電位衰減速率大于純環(huán)氧樹脂。后繼研究了環(huán)氧樹脂及 Al2O3 填充質(zhì)量分數(shù)為 68.3 wt%的環(huán)氧樹脂復合材料的介電松弛特性。環(huán)氧樹脂的介電松弛強度隨溫度的倒數(shù)增大而增強，介電松弛反應了環(huán)氧樹脂分子鏈或支鏈的運動能力，通過 Volgel-Fulcher-Tammann(VFT)方程驗證了復合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與 DSC 曲線測試的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度基本保持一致。并從電暈充電、表面電荷沉積和脫陷、介質(zhì)體內(nèi)的單極性電荷輸運等 3 個物理過程出發(fā)討論了環(huán)氧樹脂表面電位衰減原理。進行了 Mg O/環(huán)氧樹脂的表面電痕放電實驗，根據(jù)表面電樹的分布情況將電痕區(qū)域分為三個區(qū)間，區(qū)間 A 靠近高壓電極，碳化較輕；區(qū)間 B 直接連接正負極電極，呈現(xiàn)平行的放電痕跡；區(qū)間 C 指環(huán)形的放電通道，放電痕跡錯綜復雜。添加 MgO 質(zhì)量分數(shù)為 10 wt%，放電痕跡變得細小而密集，相對電痕指數(shù)升高。制備了 TiO2/環(huán)氧樹脂復合材料，測試沿面閃絡電壓發(fā)現(xiàn)復合材料的直流沿面閃絡電壓比純環(huán)氧樹脂較高，添加少量 TiO2增加了深陷阱密度含量，表面電導率下降是導致閃絡電壓升高的主要原因。隨著填充量的增加閃絡電壓先升高后降低，復合材料的閃絡電壓與界面區(qū)域的勢壘有關。

       徐陽等人研究了不同外施工頻電壓下環(huán)氧樹脂絕緣中的電樹枝結(jié)構(gòu)、生長的特性，實驗結(jié)果表明在同一電壓下，環(huán)氧樹脂中電樹枝的生長速度基本為恒定值，隨外施電壓的升高，電樹枝分枝變少，生長速度基本呈指數(shù)增加。研究了填充多孔 SiO2 的環(huán)氧樹脂復合材料的介電特性，填充 0.3 wt%的復合材料的交流擊穿電壓升高了 73%，50 Hz 頻率下的常溫介電常數(shù)比純環(huán)氧樹脂較低。

        李建英等人研究了納米 MgO 對環(huán)氧樹脂介電性能的影響，復合材料的電氣強度隨摻雜量的增加呈先上升后下降的趨勢，當摻雜量為 1 wt%時，電氣強度達到最大值，相比純環(huán)氧樹脂提高了 11.2%。徐曼等人用輻照法制備了納米銀/環(huán)氧樹脂復合材料，對復合材料的微觀結(jié)構(gòu)進行了表征，并對其電阻和擊穿場強特性進行了研究。結(jié)果表明，納米銀含量合適時，這種復合材料表現(xiàn)出高于其基體的電阻率和擊穿場強。

      張冠等人研究了金屬微粒對絕緣材料真空沿面耐電性能的影響，指出金屬微粒能夠畸變其附近區(qū)域的局部電場，導致材料的沿面閃絡電壓隨微粒粒徑增大而降低。成永紅等人研究了不同填料含量的 TiO2/環(huán)氧樹脂復合材料的真空沿面閃絡特性，復合材料的閃絡電壓隨著閃絡次數(shù)的增加顯著降低。呂澤鵬研究了交流電壓下玻璃態(tài)環(huán)氧樹脂的電樹枝的理論結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢，電樹枝的結(jié)構(gòu)分為：細絲狀電樹枝和反向電樹枝，細絲狀的電樹枝發(fā)展速率相對恒定，釋放電荷量較小，代表絕緣材料的老化。反向電樹枝主要在細絲狀電樹枝發(fā)展到接近地電極時產(chǎn)生，代表絕緣材料的降解過程。

     華北電力大學屠幼萍等人采用微米 SiO2/EP、納米 SiO2/EP 和納米 Ti O2/EP 涂層涂覆在環(huán)氧樹脂基體表面，在 0.1 MPa 下的空氣和 SF6中進行了直流閃絡實驗，實驗發(fā)現(xiàn)含微米 SiO2涂層的試樣中，微粒質(zhì)量分數(shù)為 3 wt%的試樣的短時閃絡電壓最高，含有納米 SiO2和納米 TiO2 涂層的試樣中，微粒質(zhì)量分數(shù)均為 1 wt%的試樣的短時閃絡電壓最高。研究了 TiO2涂層的環(huán)氧樹脂復合材料的表面電荷的動態(tài)變化特性，發(fā)現(xiàn)表面涂層中 TiO2的質(zhì)量分數(shù)低于 3 wt%時，表面電荷主要積聚在高壓電極附近，當涂層的 TiO2質(zhì)量分數(shù)超過 5 wt%時，表面電荷主要積聚在地電極，切向電場方向表面電荷消散速率較快。謝慶等人通過實驗研究了環(huán)氧樹脂在真空及空氣中的直流沿面閃絡特性，結(jié)果表明環(huán)氧樹脂在真空中閃絡受固體絕緣介質(zhì)的影響大于空氣閃絡；在脈沖電壓幅值為 18 kV、頻率為 100 Hz、電極間距為 10 mm 的情況下，對環(huán)氧樹脂表面進行沿面放電老化處理，對不同放電老化時間下的表面形貌、粗糙度及水接觸角進行測量，分析了放電對材料表面老化的影響，結(jié)果表明，放電老化后環(huán)氧樹脂表面疏松，且有大量的突起顆粒形成。表面閃絡電壓隨老化時間出現(xiàn)先降低后升高的現(xiàn)象。丁立健等人構(gòu)建了絕緣子沿面閃絡模型，研究了沖擊電壓的大小、次數(shù)與絕緣子表面電荷分布的關系，解釋了沿面放電的發(fā)展過程。

       中國科學院邵濤等人采用等離子體射流技術在環(huán)氧樹脂表面沉積 SiOx薄膜，改性后的環(huán)氧樹脂表面電導率升高了 2~3 個數(shù)量級，表面電荷初始積聚量減少，閃絡電壓由未處理的-6.5 kV 提升至-9.3 kV。研究了表面電荷積聚對環(huán)氧樹脂直流沿面閃絡特性的影響，表明常溫等離子射流方法可以抑制表面電荷的積聚，而沿面閃絡電壓的極性與表面電荷的極性相同的情況下，沿面閃絡電壓大幅下降。嚴萍等人采用放電等離子體、離子注入、表面直接氟化的方法對環(huán)氧復合絕緣樣品進行處理，研究認為采用表面直接氟化處理的環(huán)氧樹脂的樣品閃絡電壓有所提高，而放電等離子體和離子注入方法在提高環(huán)氧樹脂沿面閃絡電壓方面表現(xiàn)不明顯。

       同濟大學安振連等人使用氟/氮混合氣在反應釜中對環(huán)氧樣片進行表面氟化處理，研究結(jié)果表明氟化改變了試樣表層的組分和結(jié)構(gòu)、從而導致其表面電導率顯著增大。進行了 SF6氣體中的環(huán)氧樹脂沿面放電實驗，發(fā)現(xiàn)表面氟化后的環(huán)氧樹脂的交流沿面閃絡電壓略有上升。增加固體絕緣材料的表面電導率能夠改善其閃絡特性。對氟化后的環(huán)氧樹脂進行電暈放電實驗，發(fā)現(xiàn)不會產(chǎn)生環(huán)氧樹脂有關的揮發(fā)性或可溶性產(chǎn)物，表明氟化后的環(huán)氧樹脂具有較高的抑制電暈放電的作用。

       重慶大學王有元等人研究了不同 AlN 質(zhì)量分數(shù)對 AlN/環(huán)氧樹脂復合材料絕緣性能的影響，發(fā)現(xiàn)當納米 AlN 顆粒質(zhì)量分數(shù)為 3 wt%時，AlN/環(huán)氧樹脂復合材料的交流擊穿電場強度最大。呂程研究了 AlN 含量（5 wt%~20 wt%）對復合材料導熱系數(shù)、工頻擊穿場強、相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切值和體積電阻率的影響。結(jié)果表明：復合材料的工頻擊穿場強和體積電阻率隨 AlN 含量的增加而減小，在 10-2~10-7 Hz 范圍內(nèi)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切值都隨 AlN 含量的增加而變大。李劍等人研究了表層氟化對環(huán)氧樹脂負極性直流閃絡特性的影響。結(jié)果表明：氟化修飾對極不均勻電場下的閃絡場強提升效果更為明顯。電極間隙 10 mm 時，氟化 15、30 和 60 min 使環(huán)氧樹脂在極不均勻電場中的閃絡場強分別增加 16%、34%和 47%，而在準均勻電場中的閃絡場強增加幅度僅分別為 9%、15%和 22%。司馬文霞研究了直流電場下銅微粒粒徑和位置對環(huán)氧樹脂沿面閃絡電壓的影響規(guī)律，研究結(jié)果表明：附著銅微粒會顯著降低環(huán)氧樹脂沿面閃絡電壓，銅微粒緊貼高壓電極表面時，沿面閃絡電壓隨銅微粒粒徑的增加而下降，銅微粒與電極間距越小，沿面閃絡電壓下降越明顯。

       天津大學杜伯學等人指出兼具高導熱、優(yōu)異絕緣性能的環(huán)氧樹脂復合材料未來的發(fā)展方向。研究了交流和脈沖電壓下環(huán)氧樹脂表面電荷的積聚現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)同時施加交流和正極性脈沖后，樣片起始表面電勢隨脈沖幅值的增大由負極性轉(zhuǎn)變?yōu)檎龢O性。研究了環(huán)氧樹脂/SiC 復合材料的沿面閃絡特性，填充體積分數(shù)為 14 vol%的復合材料的表面電荷消散能力和沿面閃絡電壓得到改善，隨著溫度升高復合材料的沿面閃絡電壓降低。采用電子束輻射對環(huán)氧樹脂復合材料處理后，環(huán)氧樹脂局部放電腐蝕深度顯著降低，材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高，介電常數(shù)下降，電子束輻射能夠提高環(huán)氧樹脂的交聯(lián)密度，添加 Al2O3納米顆粒之后復合材料的局部放電腐蝕深度降低。研究了 TiO2摻雜后的環(huán)氧樹脂復合材料的表面電荷動態(tài)過程，研究表明：納米 TiO2顆粒會減緩環(huán)氧樹脂表面電荷消散的速度，6 wt%納米復合試樣電荷消散最慢；表層氟化處理可以加速電荷消散速度，所以可以通過表層氟化處理來彌補納米顆粒加入后對環(huán)氧樹脂絕緣性能所帶來的不利影響，進而討論了交流與脈沖電壓聯(lián)合作用下環(huán)氧樹脂表面電荷的動態(tài)特性。肖萌制備了環(huán)氧樹脂/BN/SiC 復合材料，固化過程中采用直流和交流電場誘導納米顆粒極化取向，BN 和 SiC 的填充質(zhì)量分數(shù)分別為 25 wt%、5 wt%，復合材料的電導率得到提高，但電荷消散速率與純環(huán)氧樹脂相比降低。

       清華大學何金良等人研究了 Al2O3/環(huán)氧樹脂氟化后的直流電氣特性，微米 Al2O3 填充質(zhì)量是環(huán)氧樹脂質(zhì)量的 3.3 倍，填充 Al2O3 后的復合材料的表面電導率和表面粗糙度升高，從而提高了復合材料的沿面閃絡電壓。梁曦東研究了環(huán)氧樹脂絕緣子在不同溫度下的表面電荷消散規(guī)律，利用針板電極加壓后測試表面電位，表明環(huán)氧樹脂材料的表面電阻率越大，表面電荷沿表面消散的速率就越小，絕緣子表面積聚的電荷也就越多，使得電場畸變的程度也越大。張貴新等人制備了 C60/環(huán)氧樹脂復合材料，發(fā)現(xiàn)添加 200 ppm 的 C60 可以顯著降低復合材料的體積電導率，有助于提高環(huán)氧樹脂復合材料在直流電壓下的沿面閃絡特性。

       上海交通大學江平開等人研究了純環(huán)氧樹脂和環(huán)氧樹脂/片狀 BN 導熱復合材料的介電常數(shù)及交流擊穿場強，發(fā)現(xiàn)片狀的 BN 材料與 EP 之間存在較強的界面作用，提高了復合材料的擊穿強度，納米 BN 片能夠抑制電樹枝的生長。繼而通過實驗驗證了填充碳納米管、BaTiO3、納米銀能夠顯著提高復合材料的介電常數(shù)、擊穿場強和導熱系數(shù)。

      哈爾濱理工大學周文英研究了 CTPB(端羧基聚丁二烯)與 BN 二者一起填充的環(huán)氧樹脂復合材料的電氣特性，與 BN/環(huán)氧樹脂復合材料相比，添加 CTPB 之后的復合材料表現(xiàn)出較低的介電常數(shù)、較高的電阻率和擊穿場強。當 BN 填充量達到 40 wt%時復合材料的導熱率為 0.8 W/m K。

      北京交通大學張騰制備了 AlN/環(huán)氧樹脂復合材料，當填充量達到 40 wt%時，復合材料的沿面閃絡電壓與純環(huán)氧樹脂相比上升了 5%左右，實驗發(fā)現(xiàn)沿面閃絡電壓的大小與環(huán)氧樹脂的固化溫度有關，沿面閃絡電壓隨固化溫度升高而降低。

總結(jié)：

環(huán)氧樹脂復合材料的擊穿特性研究現(xiàn)狀得出：填充納米顆粒后，復合材料的擊穿場強普遍升高，但是不能排除可能出現(xiàn)擊穿場強下降的情況，擊穿場強受填料的填充量影響較大。納米顆粒可以改變復合材料表面結(jié)構(gòu)，促進表面電荷的消散，提高表面電導率，有利于提高復合材料的沿面放電電壓。機理方面，納米顆粒與有機物基體之間的相互作用是關注的重點，此方面仍缺乏深入的研究。