过程工程学报 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (9): 998-1006.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.226022
李玉珍1,2, 刘宇奇2,3, 陈卫2,4, 任瑛2,4*, 戴谨泽1*, 熊勤钢1*
Yuzhen LI1,2, Yuqi LIU2,3, Wei CHEN2,4, Ying REN2,4*, Jinze DAI1*, Qingang XIONG1*
摘要: 变压器绝缘纸的主要成分为纤维素,针对传统纤维素绝缘纸性能缺陷,本研究采用分子动力学(MD)模拟方法,构建经羟基化修饰的Al2O3纳米粒子模型,系统探究了不同粒径及掺杂量的Al2O3纳米粒子(半径0.5和0.9 nm;0wt%~7wt%掺杂量)对纤维素力学性能、氢键作用及自由体积的影响。结果表明,改性体系的杨氏模量、剪切模量与体积模量均随掺杂量呈先升后降趋势,内部氢键密度与力学性能同步先增后减,纤维素单链势能呈先降后升的变化;自由体积分数则呈先减后增的变化,且与力学性能呈负相关。其中3wt%为最优掺杂量,0.9 nm粒径改性效果更优。纤维素分子内部作用是力学性能调控的主导机制,低掺杂量通过物理填充、氢键作用与范德华力的协同作用提升稳定性,过量掺杂则因粒子团聚引发失效,进而导致自由体积异常增大,引发性能衰减。本研究可为特高压变压器绝缘纸优化提供理论参考。