随着“十四五”拉开序幕,我国踏上了全面推进乡村振兴的新阶段。加速现代农业设施的普及、实施高效的现代灌溉方案、建立智能粮仓等,都离不开电力能源的稳定支撑。近年来,国家不断发展特高压输电以应对生产生活的需求,对绝缘材料也提出了更高的要求。作为变压器中不可更换的内部绝缘材料,绝缘纸的重要性不言而喻。在变压器的正常工作运行中,绝缘纸处在复杂的工作条件下,因机械振动而产生的机械应力、损耗发热而产生的热应力、绕组中的电磁场等都是影响绝缘纸寿命的重要因素,因此需要使用综合性能（机械强度、电气强度、介电性能、热稳定性能等）优越的绝缘纸作为变压器的内绝缘,以保证变压器在服役年限内稳定运行。基于纳米改性技术在材料改性领域的突出表现,以及聚倍半硅氧烷（POSS）及其衍生物的优越性能,本文选择使用纳米POSS衍生物对纤维素绝缘纸进行改性研究,提高其综合性能。本文使用分子动力学方法,建立了纯纤维素模型、不同掺杂量h-POSS改性纤维素模型以及八甲基POSS（PMSQ）、八苯基POSS（PPSQ）和八氨苯基POSS（OAPS）改性纤维素模型,并制备了不同浓度的PMSQ、PPSQ、OAPS改性纤维素绝缘纸,通过实验与仿真相结合的方法,对比分析了几种改性纤维素绝缘纸的机械性能、电气性能以及热稳定性能,并在此基础上对10wt%OAPS改性绝缘纸进行了加速热老化试验,测试了其抗热老化性能并对其机理进行了分析。得到了以下主要结论:（1）通过对不同掺杂质量分数h-POSS对改性纤维素性能的影响的研究发现,h-POSS的掺杂能有效提升纤维素的力学性能,增强纤维素的热稳定性,并降低纤维素的极化率。自由体积的计算结果表明h-POSS的掺杂在一定程度上填充了纤维素链的空隙,h-POSS具有纳米尺寸,其纳米尺寸效应,可以使h-POSS基体与聚合物结合得更加紧密,进而增加纤维素链之间的纠缠,使纤维素链更加紧密,抑制分子链的运动,进而提升整个体系的热稳定性,这一点在均方位移（MSD）的计算结果中也得到了证明。随着掺杂量的增加,改性纤维素的力学性能和热稳定性呈先上升后下降的趋势,其中3wt%h-POSS改性效果相对最佳,其分子链运动程度最小,拉伸模量、体积模量、剪切模量的值分别提升了19.96%、22.19%、20.52%。随着掺杂浓度的上升,改性纤维素的极化率呈下降趋势。极化率的降低的主要原因包括h-POSS固有的低介电常数值、h-POSS大分子对偶极子的束缚作用以及h-POSS笼形结构增加了空气含量。（2）通过探究取代基对纤维素绝缘纸的改性效果的影响发现,使用POSS衍生物纳米粒子对纤维素绝缘纸进行改性,可以有效提升绝缘纸的机械性能与电气性能,并增强其热稳定性能。三种POSS衍生物掺杂均能在保持绝缘纸断裂伸长率基本不变的情况下,提升绝缘纸的抗张强度,改性效果OAPS＞PPSQ＞PMSQ。其中,10wt%OAPS掺杂改性效果相对最好,将绝缘纸的抗张强度从9.05k N/m提升至9.56k N/m。对改性纤维素绝缘纸电气性能的实验及仿真的结果进行分析可以发现,POSS的掺杂能使绝缘纸在保持工频击穿电压基本不变的同时,降低体系的极化率,并有效降低其相对介电常数,改性效果OAPS＞PPSQ＞PMSQ。根据（1）中的结论对三种改性纤维素以3wt%的纳米粒子掺杂量进行建模计算,结果表明三组改性模型的内聚能密度有所提升,玻璃化转变温度比未改性模型分别提高了58K、63K和71K,相较于纯纤维素模型,热稳定性能上升。（3）通过对10wt%OAPS纤维素绝缘纸的抗热老化性能的研究发现,OAPS的掺杂有效抑制了绝缘纸的老化速率,使绝缘纸在热老化过程中始终保持较高的机械强度。在整个老化过程中,改性样品的抗张强度始终高于未改性样品,并且其下降趋势也比未改性样品平缓。OAPS的掺杂对热老化前后的相对介电常数的影响比较显著。老化0天时,改性样品的相对介电常数相对于未改性样品降低了16.75%,而老化31天时,改性样品的相对介电常数相对于未改性样品降低了24.63%。这表明OAPS的掺杂可以使绝缘纸在老化过程中保持相对较好的介电性能,降低绝缘纸的老化速率。