氨基硅烷交联网络构建提升纤维素绝缘纸板热稳定性的研究

针对油浸式变压器中纤维素绝缘纸板在高温运行下易热老化的问题，研究人员通过氨基硅烷改性技术构建交联网络，显著提升了材料的热稳定性。改性后的纸板表现出更优的介电性能（介电常数降低7.42%）、机械强度（断裂伸长率提高7.42%）和疏水性（接触角从75.7°增至99.4°），老化30天后聚合度(DP)提升44.14%。该研究为延长变压器寿命提供了创新解决方案。

　　

油浸式变压器是电力系统的核心设备，其寿命很大程度上取决于内部绝缘纸板的耐久性。然而，长期高温运行会导致纤维素绝缘材料发生不可逆的热老化，生成水分和酸性物质，进一步加速降解。传统方法通过添加尿素、三聚氰胺等富氮化合物中和酸性，但无法全面提升材料性能。如何同时增强绝缘纸板的热稳定性、机械强度和介电性能，成为保障变压器可靠运行的关键挑战。

中国的研究团队创新性地采用氨基硅烷耦合剂对纤维素绝缘纸板进行改性。氨基硅烷既能通过缩合反应在纤维素链间形成三维交联网络，限制分子链运动，又能引入功能性氨基基团，实现酸碱中和与疏水增强。研究人员通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实了硅烷与纤维素的共价嫁接，扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)观察到均匀的纤维表面修饰，压汞孔隙率测试(MIP)显示材料孔隙结构优化。

关键技术包括：对未漂白软木硫酸盐浆板进行氨基硅烷溶液浸渍处理，通过FTIR、SEM、EDS和MIP表征材料结构，采用热重分析(TGA)评估热稳定性，并系统测试老化过程中聚合度(DP)、介电常数、交流击穿强度、拉伸强度等性能指标。

研究结果显示：改性后的绝缘纸板在空气和氩气环境下纤维素分解温度显著提高，初始接触角从75.7°增至99.4°。经30天热老化后，改性样品DP值比参照组高44.14%，介电常数降低7.76%，断裂伸长率提升2.3%。分子动力学模拟揭示β-D-吡喃葡萄糖单元的反应动力学机制，证实交联网络有效抑制了纤维素链的热降解。

这项发表于《Polymer Degradation and Stability》的研究表明，氨基硅烷改性通过构建共价交联网络和引入功能性基团，实现了纤维素绝缘材料的多性能协同提升。该技术不仅延长了绝缘纸板的使用寿命，还为电力设备可靠性提升提供了新思路，具有重要的工程应用价值。研究团队特别指出，改性过程中硅烷浓度和处理时间的精确控制是获得理想性能的关键因素。