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。     

半导电材料对纳米MgO/XLPE复合介质空间电荷影响的研究

聚合物纳米复合介质中空间电荷的注入与半导电电极材料密切相关,文中采用电声脉冲(PEA)法测量了预压-60 kV/mm电场1 h后,对比研究了六种不同半导电电极材料下交联聚乙烯(XLPE)和MgO/XLPE复合介质中的空间电荷分布;并对不同半导电电极材料下MgO/XLPE复合介质中的平均电荷密度进行了计算。对比实验表明:配方不同的半导电电极材料确实对试样中空间电荷的分布以及空间电荷量影响很大;以乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)为基础材料、添加30wt%炭黑的第二种半导电材料对MgO/XLPE复合介质中空间电荷的抑制效果最好。     

MgO/LDPE纳米复合材料抑制空间电荷及电树枝化特性

应用经硅烷偶联处理后的纳米氧化镁(MgO)粉末与低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)共混,制得MgO/LDPE复合介质。高成分衬度扫描电镜(scanningelectron microscope,SEM)中图像表明,粒径为100 nm左右的MgO纳米粒子均匀的分散于介质中。通过电声脉冲法(pulsed electro-acoustic,PEA)测试发现,当纳米MgO填料的质量分数为4%时,可以有效抑制空间电荷的注入,伏安特性的实验结果表明,复合介质拥有更高的空间电荷注入阈值场强。通过电树枝实验,发现复合介质可以抑制电树枝的引发和生长。最后,对实验结果进行了分析,探讨了纳米复合介质抑制空间电荷和树枝化生长的机制。纳米颗粒与基体材料界面电荷行为可能是复合介质电学性能改善的原因。     

纳米颗粒填充浓度和表面处理对纳米MgO/PP空间电荷行为的影响

为研究纳米颗粒表面处理和填充浓度对聚丙烯(polypropylene,PP)介质内部空间电荷特性的影响,以PP为基料,分别以经过表面处理和未经表面处理的纳米氧化镁(Mg O)为填充颗粒,制备了2组不同质量分数的纳米Mg O/PP复合介质,并对纳米复合介质微观特性结构和空间电荷进行了实验研究。微观特性研究表明:无机纳米颗粒在聚合物中分散均匀,经过表面处理的复合介质团聚更少,Mg O的添加使介质结晶峰值温度和结晶度增加。空间电荷实验表明:在去极化过程中,添加经过表面处理和未经过表面处理的Mg O后,复合介质阴极的同极性电荷量减少,阳极异极性电荷基本消失,整体电荷密度下降;当Mg O质量分数为0.5%时,50 kV/mm电场强度下未经表面处理的体电荷密度为纯PP的37.2%,经过表面处理的体电荷密度为纯PP的52.8%,抑制效果均为实验试样中最佳;高电场下,未经过表面处理的复合介质对于空间电荷抑制作用相比经过表面处理的复合介质更明显,经过表面处理的复合介质对于极化过程中空间电荷造成的电场畸变有更好的抑制效果。     

空间电荷与直流电导联合测试技术用于纳米MgO抑制XLPE中空间电荷的研究

粒径70nm的MgO以不同浓度与交联聚乙烯(XLPE)共混制成聚合物纳米复合介质。采用自主研发的四电极系统同时测量复合介质的高场电导特性和空间电荷分布。通过强场电导实验发现,在室温下,XLPE及纳米MgO/XLPE复合介质的电导机理不是单纯的空间电荷限制电流(SCLC)。此外,添加纳米MgO可以明显地提高空间电荷的注入阈值,并且在低于空间电荷注入阈值的电场下,复合介质的电导电流密度随纳米MgO浓度的增加,先减小后增大。最后从空间电荷的实验数据验证了纳米MgO能有效抑制XLPE中空间电荷,并进一步定性地认为纳米Mgo的添加提高了电子注入的电场强度阈值。     

纳米颗粒接枝密度对纳米复合XLPE空间电荷特性的影响

为研究纳米颗粒接枝密度对交联聚乙烯(XLPE)纳米复合介质空间电荷特性的影响,分别将未接枝和经不同含量硅烷偶联剂(MDOS)接枝的胶体SiO2纳米颗粒通过熔融共混法添加到XLPE中。扫描电镜观测表明未接枝组别出现数微米尺寸的严重团聚,接枝后纳米颗粒分散性改善;红外光谱分析表明接枝后的纳米颗粒出现MDOS吸收峰,随接枝密度增大而增强;由热重分析结果计算得到了纳米颗粒的接枝密度;差示量热扫描测试结果表明随接枝密度的提高,纳米复合XLPE的熔点略呈上升趋势。-50 kV/mm电场下,XLPE和MDOS/XLPE试样均出现正极性空间电荷包现象,说明仅仅添加MDOS并无捕获或抑制空间电荷的效果。纳米复合后空间电荷受到抑制,随接枝密度的提高抑制效果更加明显。分析认为,MDOS接枝SiO2纳米颗粒,减小SiO2纳米颗粒与基体的表面能之差,促进纳米颗粒的分散,增大了纳米颗粒-聚合物的界面面积,产生的更多陷阱所捕获的电荷进一步降低电极-电介质界面附近的局部电场,但也减小了去极化过程残余电荷的消散速度。     

EAA改性XLPE中空间电荷和电树、水树的关系

以不同含量的EAA（乙烯－丙烯酸共聚物）改性XLPE（交联聚乙烯）,用电声脉冲法测量了样品中的空间电荷分布。探讨了试样中空间电荷分布与EAA含量的关系,找到了抑制空间电荷的最佳含量。同时测出了在直流预压电压下短路电树枝的起始电压。对交流电压下抑制水树枝的产生和成长了做了研究。试验发现：当试样中含EAA为1．0％wt时,聚乙烯的直流预压短路树枝的起始电压得到提高;交流电压下树枝的出现概率和水树枝长度都减小。     

脱气处理对XLPE及MAH/XLPE复合介质直流电场下空间电荷分布的影响

为了研究脱气处理对XLPE及其复合介质中空间电荷的影响,采用螯合荆与线性低密度聚乙烯接枝马来酸酐(MAH)作为填料,与XLPE共混制成掺杂浓度为0.5wt%的MAH/XLPE复合介质,并用电声脉冲法(PEA)测量了XLPE及MAH/XLPE复合介质在不同脱气时间下的空间电荷分布.通过实验发现,增加脱气处理的时间可以减少...     

基于空间电荷的纳米MgO/LDPE中电荷输运的计算方法研究

为定量分析研究纳米氧化镁(MgO)/低密度聚乙烯(LDPE)复合介质的空间电荷行为,将粒径20 nm的纳米MgO颗粒以不同浓度填充到LDPE,并对纳米复合介质的空间电荷分布进行了实验研究。通过空间电荷实验的结果,对其进行多种方法的计算分析,计算分析结果表明:1)浓度为0.5wt%和2wt%的积累空间电荷的平均体电荷密度最大,而浓度1wt%的纳米MgO/LDPE的平均体电荷密度最小;2)浓度为2wt%的纳米MgO/LDPE的视在迁移率和体电荷密度衰减速率最高,其次是浓度为0.5wt%的,最低的是浓度为1wt%的纳米复合介质;3)浓度为1wt%的纳米MgO/LDPE的陷阱深度最大,其次是浓度为0.5wt%的,而陷阱深度最小的是浓度为2wt%的纳米Mg O/LDPE;4)浓度为2wt%的纳米MgO/LDPE试样中的场强畸变最大,其次是浓度为1wt%的,而场强发生畸变幅度最小的是浓度为0.5wt%的纳米MgO/LDPE。     

表面修饰纳米SiO_2/XLPE的电导电流和空间电荷特性

为研究纳米颗粒表面修饰对纳米二氧化硅/交联聚乙烯(SiO2/XLPE)电导电流和空间电荷特性的影响,分别将未经表面修饰和经钛酸酯偶联剂TC9修饰的纳米SiO2颗粒添加到XLPE基体中进行了实验。显微观测和成分分析表明,TC9的非极性有机官能团取代了纳米SiO2颗粒表面的羟基,降低了羟基间的相互成键作用,从而改善了纳米SiO2与XLPE基体之间的相容性,纳米SiO2颗粒在XLPE基体中的粒径范围从几十到100 nm;同时,TC9表面修饰提高了纳米SiO2/XLPE复合介质的介电常数和介质损耗,降低了电导电流,抑制了空间电荷的注入;而未经表面修饰的纳米SiO2/XLPE复合介质的电导电流和空间电荷特性相较于XLPE并未得到改善。分析认为,由于经TC9表面修饰的纳米SiO2分散性的改善,增大了纳米颗粒与XLPE基体之间的界面区域,因而在纳米复合介质内产生了更多的深陷阱;电极与介质界面附近的大量深陷阱捕获注入的电荷,形成固定的空间电荷层,降低了其与电极间的局部电场,从而提高了注入势垒,抑制了空间电荷的进一步注入。     

LDPE中掺入浮石粉对其空间电荷分布特性的影响

为研究低密度聚乙烯和掺杂浮石粉的聚乙烯中的空间电荷分布规律,采用热共混法制备了掺杂不同质量分数浮石粉的低密度聚乙烯(LDPE)材料,并利用脉冲电声法,分别测试了在不同电场强度下以及短路状态下的空间电荷分布随时间的变化。得出在电场的作用下,纯聚乙烯中的空间电荷主要积聚在电极附近且大部分为同极性电荷;相对地,浮石粉复合聚乙烯中则有大量的异极性电荷在阴极附近出现,并且电荷量随着浮石粉质量分数的提高而增加,而当浮石粉质量分数为5%时,且电场强度较高时,有大量正电荷从阳极注入并向阴极移动的空间电荷包现象;短路实验的结果表明,纯聚乙烯和浮石粉的质量分数为1%的复合聚乙烯中的空间电荷衰减较快,然而浮石粉质量分数为2%和5%的复合聚乙烯中的空间电荷衰减较慢。测试结果表明,浮石粉复合低密度聚乙烯材料中出现的异极性电荷和正电荷注入将有助于改善空间电荷分布,从而提高高聚物材料的介电性能。     

表面改性对超顺磁性Fe_3O_4纳米粒子性能的影响

采用超声波辅助部分还原共沉淀法制备超顺磁性Fe3O4纳米粒子。采用红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)和粒径测试等手段对磁性纳米粒子进行表征,研究了不同表面改性剂(油酸、十二烷基苯磺酸钠、葡聚糖)对制备的磁性粒子的晶粒尺寸、磁性能及颗粒分散性的影响。结果表明,采用表面活性剂包覆改性后Fe3O4纳米粒子的XRD峰明显宽化,晶粒直径由未改性的18.5nm减小至6.0~9.0nm,饱和磁化强度因晶粒尺寸的减小而降低,且改性后颗粒在溶液中的分散性提高。     

MgO、ZnO和SiO2纳米粒子改性LDPE后热氧老化防护能力比较及机理分析

低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)纳米复合材料的热氧老化防护性能因纳米粒子种类不同而存在差异。以MgO、ZnO、SiO₂ 3种纳米氧化物粒子为填料对LDPE进行改性,通过氧化诱导期、红外光谱、直流击穿场强、结晶度等参数分析了纳米粒子热氧化老化防护性能,采用分子动力学模拟软件计算了纳米粒子与LDPE分子链之间的相互作用能,分析了氧气在复合体系中的扩散情况。研究表明,掺杂MgO使LDPE具有最佳的抗氧化性和热氧老化防护效果,ZnO次之,SiO₂最差。纳米粒子通过抑制重结晶和氧气扩散起到了延后热氧老化反应发生时间的作用,发挥热氧老化防护能力。电负性越弱的原子对应的氧化物与聚乙烯分子链之间的相互作用能越高,对抑制重结晶过程和氧气扩散的效果越好,热氧老化防护效果越好。反之,电负性太强可能会使纳米氧化物吸附氧气而加速热氧老化过程。     

热老化对XLPE电缆绝缘空间电荷分布特性的影响研究

对110 k V XLPE电缆绝缘进行100℃和160℃加速热老化实验,通过电声脉冲法(PEA)测量了不同热老化试样的空间电荷分布特性。结果表明:当XLPE试样中有抗氧化剂存在时,氧化反应被抑制,试样中没有出现明显的空间电荷积聚。当抗氧化剂被消耗完毕后,100℃热老化试样内部靠近电极附近出现了明显的异极性电荷积聚,160℃热老化试样内部靠近电极附近出现了大量的同极性电荷积聚,试样中间出现了明显的异极性电荷积聚。热老化试样中的异极性电荷主要来自于热老化产物在电场下电离产生的离子对,而160℃热老化试样内出现的同极性电荷来源于电极的注入。在相同的条件下,未老化试样和100℃热老化试样中并不能观察到明显的同极性电荷的存在,因此,160℃热老化可能会降低XLPE的空间电荷注入阈值场强。     

纳米MgO填充浓度和表面处理对纳米MgO/PP理化特性的影响

以聚丙烯(PP)为基料,将经过表面处理和未经过表面处理的不同质量分数纳米氧化镁(MgO)加入到PP中制得纳米MgO/PP复合材料,观察纳米粒子的分散特性,并对复合材料进行动态热机械分析(DMA)和热重分析(TGA),观察纳米复合材料的动态机械特性和耐热性。结果表明:纳米MgO在PP中分散均匀,但加入3%未经表面处理的纳米MgO时,纳米复合材料中有轻微团聚现象。纳米MgO/PP复合材料的玻璃化转变温度约为2℃,纳米MgO的加入会提升粘流态转变温度,增大力学损耗因子,经过表面处理的MgO能整体上增加储能模量。低质量分数纳米MgO的加入不能提高PP的耐热性,当纳米MgO质量分数达到3%时,未经过表面处理和经过表面处理的纳米MgO/PP复合材料的初始热分解温度相比于PP分别提高了76℃和148℃。     

纳米填充浓度对LDPE/Silica纳米复合介质中空间电荷行为的影响

为研究纳米颗粒填充浓度对复合介质内部空间电荷特性的影响,以低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)为基料,纳米二氧化硅(Silica)为填充颗粒,制备了浓度在0%～5%范围的纳米LDPE/Silica复合介质,并测试了复合介质的准稳态直流电导和空间电荷分布。当LDPE内填充不同浓度的纳米silica后,复合介质内部的平均体空间电荷密度均得到有效抑制,且其平均衰减速度随填充浓度的升高而下降,但复合介质的准稳态直流电导在填充浓度低于0.5%时比纯LDPE时要大,当填充浓度高于0.5%时,准稳态直流电导随着填充浓度的升高而快速下降。结果表明试样内部的空间电荷分布存在3种趋势:当纳米silica填充浓度为0%～0.1%时,试样内表面侧的异极性空间电荷量随填充浓度升高而下降;当填充浓度为0.5%～2%时,试样内表面侧积累同极性电荷,并随填充浓度升高而增大;当填充浓度高于2%时,同极性空间电荷量下降。最低空间电荷密度和准稳态直流高场电导对应的纳米填充浓度分别为0.5%和5%,表明在应用纳米颗粒对聚合物的绝缘性能改良时,为获得最佳的介电性能,应根据实际需求来选择适当的填充浓度。     

直流电场和热处理对XLPE电缆中空间电荷的影响

聚合物电缆绝缘层空间电荷的存在和累积是有害的，然而关于介质中空间电荷的形成和消除的机理等一些重要的问题还未解决。利用电声脉冲法（PEA）研究了直流电场和热处理作用下XLPE电缆中的空间电荷。电缆绝缘中原先由于施加直流电压而形成的空间电荷，经过热处理后消失；如果再施加电场于绝缘层，空间电荷又重新出现。然而电缆在真空状态下加热和脱气较长时间后，无论施加直流电压多长时间，电缆中没有空间电荷产生。同时还讨论了在电场和热应力作用下空间电荷产生和消除的机理。     

熔体真空脱气对LDPE空间电荷的影响研究

研究了熔体真空脱气处理对低密度聚乙烯空间电荷分布的影响。结果表明:抗氧剂的添加会增加试样的同极性空间电荷注入量。熔体真空脱气处理能有效降低材料的杂质含量,使材料中的空间电荷量降低。     

温度和电场对XLPE与纳米MgO/XLPE电树枝生长过程中局部放电特性的影响

以交联聚乙烯(crosslinkedpolyethylene,XLPE)和纳米Mg O颗粒添加质量分数为0.5%的交联聚乙烯(MgO/XLPE)为研究对象,研究温度和电场对这2种材料在工频电场下电树枝生长和局部放电特性的影响。此外,该文给出一种基于色度图的局部放电信号提取方法,可以有效反映整个电树枝生长过程中放电相位与幅值的时间分布特性。研究结果表明:当温度升高时,XLPE材料中的电树枝形态由较小的枝状发展为丛状,进而发展为较大的稀疏丛状;同时,因高温下材料聚集态改变,这可能会造成电场畸变,使得高温下局部放电强度增强。当电压增大时,XLPE材料中的电树枝形态由丛状发展为较大的枝–松状,且局部放电强度增加,这与针尖电场以及树枝端部电场的增大有关。此外,纳米Mg O掺杂削弱了高温下的局部放电强度,但由于Mg O/XLPE纳米复合材料在高温下的电气绝缘强度低于XLPE,这促进了高温下Mg O/XLPE材料中电树枝的生长。因此,尽管纳米MgO掺杂削弱了高温下的局部放电,但其对交流电树枝的生长没有明显的抑制作用。     

XLPE及XLPE/MgO纳米复合材料的击穿强度与力学性能的比较研究

对比研究了氧化镁/交联聚乙烯电缆绝缘复合材料和传统的交联聚乙烯材料的击穿强度、力学性能、形态与分布、热稳定性和结晶度。结果表明,与传统交联聚乙烯相比,纳米复合材料的直流击穿强度、交流击穿强度、拉伸强度和初始分解温度分别提高了约20%、8%、7%和10%,介电常数和介质损耗因数基本不变,表明氧化镁纳米粒子的加入可提高电力电缆绝缘材料的击穿强度、力学性能和热稳定性。