聚乙烯表面形貌对其空间电荷特性的影响

随着空间电荷测量技术在最近三十年的巨大进步,固体电介质空间电荷研究成为研究热点.聚乙烯的热压冷却条件会显著影响聚乙烯的形态结构.而聚乙烯在热压过程中,其表面会由于不同的基底材料而形成不同的附生结晶层,从而具有不同的表面形貌.此附生层的形态对空间电荷特性有很大的影响.通过研究聚乙烯不同表面形貌的形成过程及其显微特征,并结合微观形态对不同表面形貌的聚乙烯进行了空间电荷测量分析,发现不同表面形貌的聚乙烯试样具有不同的空间电荷积聚特性.     

表面氟化聚乙烯中的空间电荷分析

根据在高场强下聚合物中的空间电荷主要来源于电荷的注入，而电荷的注入决定于聚合物的界面特性，用氟气表面处理聚乙烯试样改变表面层化学结构，来研究表面层的极性对空间电荷形成和注入的影响。测量了在不同场强下加压一定时间后短路条件下聚乙烯和表面氟化聚乙烯中空间电荷的分布情况，发现表面氟化聚乙烯的电荷注入的起始场强比聚乙烯试样的低，而且在相同场强下界面和介质中的空间电荷比聚乙烯多，在80kV／mm的高场强下表面氟化聚乙烯产生了空穴的注入，并通过测量材料的红外谱图对以上现象给出了微观的物理解释。     

形态对聚乙烯中空间电荷包运动特性的影响

空间电荷相关研究是直流电介质材料特性研究的重要领域,聚乙烯则是主要的内绝缘材料之一。为了对高压直流条件下聚乙烯中的空间电荷现象进行深入研究,应用电声脉冲法空间电荷测量系统对高场强下低密度聚乙烯中的空间电荷现象进行测量,观察到了空间电荷包现象。研究结合不同热处理方法得到了不同微观形态的聚乙烯试品,并在不同场强下结合微观形态的变化对低密度聚乙烯的空间电荷包运动速率进行了分析。结果表明,聚乙烯的微观形态对空间电荷包特性有显著的影响,也对空间电荷包运动速率有明显的影响,结晶度越高,空间电荷包运动速率越小。     

电压稳定剂接枝改性对500 kV直流XLPE电缆材料电气性能的影响

为了研究4-乙酰氧基苯乙烯（AOS）电压稳定剂接枝改性对500kV高压直流交联聚乙烯（XLPE）电缆材料在不同温度、电场强度和接枝含量下的电气性能的影响，该文通过熔融接枝法制备了不同含量的AOS接枝XLPE(XLPE-g-AOS)试样，通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱和差示扫描量热实验分别表征试样的微观形貌、理化结构和结晶特性，对试样进行了直流电导电流、空间电荷、直流击穿、热刺激去极化电流测量，得到试样在不同温度和电场强度下的电气性能参数，结合量子化学计算分析了AOS接枝对XLPE复合材料陷阱特性和电荷输运的影响。结果表明：AOS接枝使试样断面形貌更加粗糙，而较高含量接枝会出现纳米球形分散相；XLPE-g-AOS的熔融温度和结晶度比纯XLPE更高；AOS质量分数为3%的XLPE-g-AOS具有最大的浅陷阱能级和密度，且其在高温高电场下具有最低的直流电导率、最少的空间电荷积聚量、最小的电场畸变率和最高的直流击穿强度。接枝AOS引入了更深且更多的浅陷阱，形成了均匀致密的浅陷阱点阵，阻碍了载流子迁移。     

附生结晶对低密度聚乙烯空间电荷注入和输运特性的影响

为研究附生结晶对低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)中空间电荷注入和输运过程的影响,选用玻璃(glass)、聚四氟乙烯(PTFE)和等规聚丙烯(i PP)这3种典型基底材料,制备了具有不同附生结晶试样,即LDPE-G、LDPE-PTFE和LDPE-i PP,开展了室温下空间电荷和直流击穿特性的研究。结果表明:在-100 MV/m电场强度下3组试样均在阳极附近产生正空间电荷包且向阴极迁移;极化30 min时间内,空间电荷引起试样内部最大畸变电场强度值达到177 MV/m;对于LDPE-G、LDPE-PTFE和LDPE-i PP中的空间电荷,由电极注入的负电荷由少到多,正电荷由多到少;3组试样Weibull击穿电场强度由高到低排列顺序依次为:LDPE-i PP、LDPE-PTFE和LDPE-G。分析认为:不同附生结晶结构通过片晶排列方式来改变LDPE表面相对介电常数,导致电荷注入势垒高度变化,3组材料不同的正空间电荷注入难易程度以及表面片晶的排列方式影响了击穿通道的产生概率。     

聚乙烯与聚丙烯中空间电荷注入特性的比较

为研究聚乙烯与聚丙烯中空间电荷注入特性,比较不同电极材料对空间电荷注入特性的影响,使用激光诱导压力波法研究了不同电极材料下2种试样中空间电荷注入及迁移情况,电极选取的是掺有碳黑的乙烯与乙酸乙烯共聚物半导电电极和铝电极。试验结果表明:在使用半导电电极的情况下聚乙烯及聚丙烯试样均有空间电荷的注入与迁移,其中聚乙烯试样中载流子的迁移率要明显高于聚丙烯试样;对于蒸镀有铝电极的2种试样则空间电荷注入明显减少;2种试样在不同电极情况下载流子在阴极的注入量均要大于阳极处的注入量。针对上述现象该研究从能带理论出发给出了相应解释:试样材料电子亲和力越高越容易注入电子;电场作用下材料能带的倾斜造成了载流子注入量在阴极和阳极处的差异;试样中载流子迁移率的差别则是因为材料内部陷阱数与深度的不同造成的。     

交联工艺对交联聚乙烯中空间电荷的影响

空间电荷是描述介质微观缺陷（介质局域态密度或陷阱密度）的重要表征参数,空间电荷在有机材料中聚集会导致材料的老化和击穿性能下降.文章以交联聚乙烯为研究对象,用电声脉冲法（ PEA）测量了在不同电场强度和短路条件下交联聚乙烯试样中空间电荷的分布,分析了交联温度和交联时间对空间电荷的影响,并用红外光谱（ IR）分析了空间电荷对交联聚乙烯局部化学结构的影响.通过研究,认为从空间电荷角度来看,温度为 170℃、交联时间为 20分钟或以上时交联效果最佳,此时,试样中因添加剂等小分子所导致的杂质粒子减少到最小程度,减少了电荷陷阱,因此在直流电场下空间电荷积聚也最少.     

等离子表面处理聚乙烯中空间电荷分布

在高场强下用电声脉冲法(PEA)测量用等离子表面处理后的聚乙烯试样中空间电荷的分布，利用扫描电子显微镜(SEM)观察聚合物的表面形态，并用红外光谱(IR)分析结构特征。通过和纯聚乙烯试样的比较，研究使用等离子表面处理低密度聚乙烯后对空间电荷产生的影响并分析相应机理。可以看出等离子表面处理聚乙烯可以有效抑制空间电荷的产生。     

热老化对挤塑绝缘XLPE直流电缆空间电荷特性的影响

对国产200 k V挤塑绝缘交联聚乙烯直流电缆进行切片热老化研究,通过空间电荷测试分析热老化对电缆空间电荷特性的影响。试验结果表明:未热老化试样表面靠近电极区域出现大量异极性空间电荷,导致试样内部电场发生严重畸变。这些异极性空间电荷主要源于电缆制造过程中的交联副产物,因制造过程中脱气不充分而残留在电缆绝缘内部。热老化初期,试样表面区域的异极性空间电荷快速消失,这可能是由于热老化过程中的高温加速了交联副产物的释放,降低了异极性空间电荷量,试样内部的电场畸变得到有效抑制。热老化后,试样表面区域的空间电荷由异极性电荷转变为同极性电荷,且同极性空间电荷量大致随热老化时间的增加而缓慢增加,表明XLPE材料经历了较缓慢的老化过程。     

不同表面处理剂对纳米MgO/LDPE空间电荷行为的影响

为研究不同表面处理剂对纳米MgO/低密度聚乙烯(LDPE)复合介质空间电荷行为的影响,将经过不同表面处理的纳米MgO颗粒以不同质量分数填充到低密度聚乙烯中,制得纳米复合介质,并对不同纳米复合介质的微观特性结构和空间电荷分布进行了实验研究。微观特性研究表明,经过表面处理,无机纳米颗粒与聚合物的结合作用得到增强,复合介质结晶度增加;空间电荷实验表明,添加经过不同表面处理的纳米MgO后复合介质在短路时阴极和阳极均积累了同极性电荷。此外,在不同无机纳米颗粒填充质量分数下,经过不同表面处理剂修饰后的纳米复合介质内部积累的空间电荷得到不同程度的抑制。总体而言,铝酸酯偶联剂对纳米MgO颗粒的表面处理效果相对较好。