纳米ZnO对聚乙烯抗紫外光老化的影响

聚乙烯是电气绝缘领域应用最广泛的聚合物材料之一,在紫外光照射下易发生光降解反应。为防止其光降解,提高聚合物的使用寿命,有必要在聚乙烯基体中添加某种抗紫外光老化的添加剂。纳米ZnO是新兴的无机纳米光稳定剂,能有效地反射或吸收紫外光而达到保护聚合物的作用。本文将少量纳米ZnO与低密度聚乙烯熔融共混,研究了光老化不同时间后介电性能及红外光谱的变化。结果表明添加纳米ZnO的聚乙烯复合材料有较好的光稳定性。     

电声脉冲法测量聚合物绝缘表面陷阱能级分布

对紫外光老化不同时间的低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)试样及3%含量的纳米氧化锌(ZnO)粒子与LDPE复合材料试样进行了交流击穿实验,结果表明纯LDPE试样的击穿强度随光老化时间的增加逐渐降低,3%含量的纳米ZnO粒子与LDPE复合材料的击穿强度光老化后基本保持不变。通过对老化前后试样的老化面分别进行电晕放电注入负电荷,并采用电声脉冲法测量短路状态下表面注入电荷随时间的衰减特性,通过公式推导计算得出试样老化面的陷阱能级分布。结果表明,纳米ZnO粒子不仅能提高聚乙烯的光稳定性,还通过成核和界面作用减少聚乙烯体内深陷阱密度,增加浅陷阱密度。     

纳米复合RTV和HTV电晕老化特性对比实验研究

电晕老化可能导致硅橡胶使用寿命和防污闪效果下降,为了研究硅橡胶材料在电晕作用后的老化特性和使用寿命,选取纳米复合室温硫化硅橡胶(RTV)和高温硫化硅橡胶(HTV)两种材料,在实验室模拟交流电晕老化环境,研究了电晕放电对两种硅橡胶综合性能影响,讨论了电晕放电对RTV和HTV的绝缘特性破坏效应。分析了不同硅橡胶在电晕作用下介损、电阻率、耐热性能的变化规律,结合扫描电镜(SEM)和红外光谱技术对RTV和HTV的老化特征进行了比较研究,寻求了新的参数来评估硅橡胶电老化程度,尝试对硅橡胶电老化寿命进行了定量评估。结果表明,典型特征峰红外光谱吸收峰面积结合聚合物电老化寿命公式可以描述硅橡胶电老化程度,纳米复合RTV的电老化寿命约为普通HTV的1.63~1.84倍。     

纳米ZnO/低密度聚乙烯复合材料的介电特性

聚合物纳米复合材料因其优良的介电、机械等性能在电介质领域得到广泛的应用。纳米粒子改性聚乙烯基绝缘材料具有很好的研究价值及工程意义。该文主要研究了表面经分散剂处理的纳米ZnO粒子添加剂与低密度聚乙烯(LDPE)共混物的介电特性。结果表明5%含量的纳米ZnO添加剂能有效提高聚乙烯基复合材料的体积电阻率和交流击穿强度。同时纳米添加剂虽增加了体内的残余电荷,但能有效抑制电极同极性电荷的注入。另外由于聚合物纳米复合材料的界面特异性,使得介电常数随着纳米ZnO含量的增加呈先减小后增大趋势,而损耗值却线性增加。纳米ZnO/聚乙烯复合材料介电性能提高归因于纳米粒子与聚乙烯分子间类同于深陷阱的界面效应。     

变频电机用纳米复合绝缘薄膜老化性能的评估

对聚酰亚胺/纳米TiO2薄膜进行了热老化和电晕老化性能评估。利用热重点斜法评估了纯PI薄膜的耐热老化性能,用TGA、DSC等手段研究了聚酰亚胺/纳米TiO2复合材料薄膜的相对耐热性能。基于IEC60343标准建立了一套耐电晕老化试验系统,对不同纳米填充量的聚酰亚胺/纳米TiO2复合薄膜进行了耐电晕老化试验。结果表明,纳米TiO2的引入,改善了聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能,提高了聚酰亚胺薄膜在变频绝缘的运行寿命,但是随着纳米TiO2填充量的进一步增加,薄膜的耐电晕寿命以及热性能下降。     

热老化条件下LDPE/TiO2纳米复合材料介电特性研究

电力电缆在运行过程中普遍存在的热老化现象容易加速绝缘失效,限制设备使用寿命,甚至引发电力系统故障。纳米粒子掺杂改性可以提高聚乙烯基体材料的热稳定性,开展相关研究可以为提高电缆绝缘寿命提供解决方案。以低密度聚乙烯(LDPE)/二氧化钛(Ti O_2)纳米复合材料为研究对象,分别研究了热老化条件下纳米粒子质量分数、老化时间、老化温度对材料介电特性的影响。实验结果表明,掺杂Ti O_2纳米粒子能够改善LDPE基体材料的介电特性,当Ti O_2纳米粒子填充质量分数为0.5%时,纳米复合材料介电特性最佳。老化时间和老化温度是影响材料介电特性劣化的两个重要因素,随着老化时间推移和老化温度提高,纳米复合材料的介电性能劣化现象越明显。对聚乙烯材料进行纳米改性的同时降低电缆运行环境温度,对提高电缆绝缘寿命具有重要意义。     

交联聚乙烯电缆中空间电荷的研究现状

在电力系统中,交联聚乙烯绝缘因其优良的介电和耐热性能已被广泛应用于高压和超高压塑料绝缘电力电缆中。但在直流电场作用下,绝缘中容易形成空间电荷,空间电荷会使电场分布发生畸变,加速了绝缘老化,降低电缆使用寿命。总结了空间电荷在聚合物特别是聚乙烯电缆绝缘材料老化中的研究现状,概述了近20 a国内外在聚乙烯材料中抑制同极性和异极性空间电荷产生的方法,最后从工程实际应用出发,简要介绍了从空间电荷角度诊断交联聚乙烯电缆中电介质老化的方法及现状。     

复合电介纳米质的短时击穿及长时失效特性

介绍聚合物绝缘失效对电网的安全运行造成严重的影响,聚合物纳米复合电介质作为第三代绝缘材料表现出优异的电气特性,其中短时击穿及长时失效是纳米复合电介质的关键性能之一。针对目前纳米电介质的研究现状,综述了纳米电介质的短时击穿、真空沿面闪络、耐电晕、耐局部放电、耐电树老化、疏水特性以及其非线性电导特性,讨论了纳米掺杂对以上性能的改善机理。总结了纳米电介质研究的关键理论和技术问题,认为纳米粒子和聚合物基体之间的界面区是影响纳米电介质电气、理化、机械等性能的关键,并指出对纳米电介质界面区的认识及调控是今后的研究方向和重点。     

变频电机用纳米改性耐电晕绝缘材料及系统的研究

采用纳米改性技术制备耐电晕漆包线漆/线、耐电晕聚酯亚胺浸渍树脂并集成耐电晕绝缘系统,研究纳米颗粒的表面有机包覆处理以及耐电晕漆包线、耐电晕聚酯亚胺浸渍树脂、耐电晕绝缘系统的综合性能。结果表明:纳米颗粒表面经有机包覆处理后,易于分散,纳米分散液储存期能达1年以上。纳米改性漆包线的耐电晕寿命大幅提升,附着性好,综合性能优异。纳米改性的聚酯亚胺浸渍树脂黏度低,固化快,粘结力高,耐热等级达C级,耐电晕寿命较未改性前提升16倍以上。耐电晕绝缘系统的局部放电特性较常规绝缘系统明显改善,耐电晕寿命提升15倍以上。     

LDPE/ZnO纳米复合薄膜的归一化表面电位衰减特性研究

采用硅烷偶联剂KH550对纳米Zn O颗粒表面进行预处理,将表面处理后的纳米Zn O颗粒与低密度聚乙烯(LDPE)粉末充分混合并热压成型,制得低密度聚乙烯/氧化锌纳米复合薄膜。通过电晕充电法向纳米复合薄膜试样注入表面电荷,研究电晕电压极性和幅值对纳米复合薄膜表面电位衰减特性的影响。结果表明:纳米Zn O颗粒的引入对LDPE纳米复合薄膜的归一化表面电位衰减特性产生显著影响,纳米颗粒的添加使聚合物表面电荷的消散速度加快,且相同条件下纳米颗粒的质量分数越高,表面电位衰减速度越快。同时纳米复合薄膜的归一化表面电位衰减特性与电晕电压极性和幅值均有关,同种试样经正极性电晕充电后可获得更大的归一化表面电位衰减稳态值;充电电压幅值越高,试样的归一化表面电位衰减速度越快。     

茂金属聚乙烯改性低密度聚乙烯中电荷入陷与传输特性

聚合物的电性能与其物理、化学、微观结构密切相关.通过电声脉冲(PEA)法测量少量茂金属聚乙烯(MPE)与低密度聚乙烯(LDPE)共混物在不同场强作用下的去极化特性.根据空间电荷限制电流(SCLC)理论,通过公式推导求解共混物平均电荷体密度、视在迁移率、陷阱深度分布及阈值场强.结果表明,1%MPE与LDPE共混,能有效减少深陷阱密度,增加浅陷阱密度,提高电荷迁移率和阈值场强.     

纳米氧化锌/聚乙烯复合材料中空间电荷及体积电阻率的研究

以溶融共混法制备了纳米氧化锌(ZnO)/低密度聚乙烯(LDPE)的复合材料,采用电声脉冲法和高阻计法分别测量了不同纳米ZnO含量试样中的空间电荷分布和体积电阻率。实验发现,试样中的空间电荷分布明显不同于纯聚乙烯。当试样中纳米ZnO含量为0.5%时,短路过程中空间电荷衰减很快;当纳米ZnO含量进一步提高时短路过程中空间电荷衰减比纯聚乙烯的缓慢。同时发现加入纳米ZnO后复合材料的体积电阻率上升。讨论了纳米ZnO对试样中空间电荷形成和导电机理的影响。     

纳米氧化锌/低密度聚乙烯抗光老化性能的热刺激电流分析

叙述了Nano_ZnO/LDPE复合试样的热刺激电流(TSC)的测量方法,对实验结果进行了分析讨论,结果表明,纳米氧化锌(Nano_ZnO)具有提高Nano_ZnO/LDPE复合试样抗光老化的能力,不同含量的Nano_ZnO对复合材料的抗光老化性能有显著的影响。当Nano_ZnO的含量为3%时,能有效减少老化试样的陷阱密度并降低陷阱能级。     

Dielectric behavior of aged polyethylene under UV radiation

The present paper reports the results of a study of dielectric aging of low-density polyethylene (LDPE) by UV radiation. The extruded polymer contained carbon black particles, approximately 3% in weight. The aging studies were made for polymer without and with carbon black. LDPE flat specimens were aged under UV radiation for up to 300 h, resorting to dielectric spectroscopy measurements in the frequency range from 10/sup -5/ Hz to 10/sup 5/ Hz. The dielectric susceptibility behaviors indicate the presence of relaxation peaks obeying the asymptotic forms of Dissado and Hill susceptibility functions. As the aging progresses, quasi-DC and flat loss processes may be observed in the low frequency range, for the LDPE specimens without and with carbon black, respectively. In addition, dielectric spectroscopy results have been compared with other results obtained with additional techniques such as Fourier transform infrared spectroscopy and scanning electron microscopy.     

聚合物绝缘材料表面陷阱与电致发光现象研究

聚合物材料老化前会出现电致发光现象，其紫外分量可能导致材料的劣化。因此电致发光的研究可为分析材料老化和击穿机理提供依据。该文首先基于等温电流衰减理论，设计了材料表面陷阱参数测量装置，实验中采用多针电极对低密度聚乙烯(polyethylene，LDPE)、聚丙烯(polypropylene，PP)和聚四氟乙烯(polytetrafluoroetylene，PTFE)3种材料进行表面充电，记录表面电位衰减并按照等温电流衰减理论计算得到材料表面陷阱参数。结果显示，LDPE的陷阱密度较PTFE和PP大，LDPE和PTFE的电子空穴陷阱分布成对称结构，PP的电子陷阱密度明显大于空穴陷阱密度，这与材料的分子结构的对称性有密切关系。同时基于单光子计数模块设计了微弱发光数据采集系统，对上述材料在真空中交流电压下的电致发光特性进行了测量和分析。材料的陷阱密度对其电致发光特性具有重要的影响，材料的陷阱密度越高，发光越弱，反之则越强。     

Suppression of electrical treeing by addition of lithium carbonate to low-density polyethylene

Low-density polyethylene (LDPE) is used widely as an electric insulating material in electric power cables. The generation of electrical treeing due to aging of LDPE may lose the reliability of its insulating capability. Therefore it is important to suppress its treeing and to improve its electrical properties so that the reliability of cables can be improved. For this purpose, the authors prepared LDPE to which various inorganic materials were added. This investigation focuses particularly on lithium carbonate and quartz which were effective in suppressing the treeing when added to LDPE. Lithium carbonate-added (0.25 phr) LDPE in two hours of discharge showed the tree length 150 μm shorter than that (560 μm) of nonadded LDPE, exhibiting an obvious suppressing effect on treeing generation. It was found that this effect was more significant than quartz-added LDPE and even at elevated temperatures lithium carbonate-added LDPE exhibited suppression of treeing. The thermal decomposition temperature at which lithium carbonate-added (1 phr) LDPE loses 50 percent of its weight rose 100°C more than nonadded LDPE and 60°C more than that of quartz-added LDPE, which showed improvement in heat resistance of LDPE.     

The effect of nano‐ZnO on corona aging and photo aging in low‐density polyethylene

In this paper, space charge distributions as well as dielectric properties, such as volume resistivity and AC breakdown strength, were studied in low‐density polyethylene (LDPE) and its composite obtained by adding nano‐ZnO nanofiller, before and after photo‐oxidation or corona aging for several days. It was found that a small amount of ZnO nanoparticles could effectively improve both the photostabilization and corona stabilization of the LDPE matrix. Fourier transform infrared (FTIR) spectra of the specimens were investigated to reveal the change of the microstructures. The results showed that a weaker carbonyl absorption peak appeared in LDPE/ZnO nanocomposite than in LDPE. A proper explanation is given according to the photodegradation and corona degradation theory of polyethylene. The results also showed that there was a certain similarity between photo aging and corona aging. IEEJ Trans 2010 DOI: 10.1002/tee.20600     

茂金属聚乙烯改善低密度聚乙烯的介电性能

针对高压、超高压直流塑料电缆中存在的空间电荷效应,大多数直流电力电缆常采用改性方法提高其介电性能,如空间电荷特性、体积电阻率和击穿强度等。常用的改性方法主要有添加剂、共混、接枝和二元共聚4种。共混技术较广泛用以改性聚乙烯电缆,提高其介电性能。因此用电声脉冲法(PEA)测量了MPE与LDPE共混试样中的空间电荷分布;用高阻计测量了共混物的体积电阻率,用阶梯电压测量了共混物的交流击穿场强。试验结果表明,1%MPE与LDPE共混能有效降低空间电荷效应,提高交流击穿场强7.9%,略降低体积电阻率。最后讨论了共混物的物质结构、电荷陷阱及介电性能间的关系。