XLPE/OMMT纳米复合电介质力学性能和水树枝特性研究

为了研究交联行为对纳米复合电介质力学性能和水树枝特性的影响,采用熔融共混的方法分别制备了聚乙烯/蒙脱土(PE/OMMT)和交联聚乙烯/蒙脱土(XLPE/OMMT)两种纳米复合材料,并对其拉伸性能、动态力学性能和水树枝老化特性进行测试.结果表明:有机化蒙脱土(OMMT)加入到XLPE中起到物理交联点和应力分散的作用,使纳米复合材料的拉伸强度增大、韧性增强.均匀分散的OMMT片层阻热和物理支撑的双重作用提高了纳米复合材料高温区的储能模量.纳米复合材料的水树枝引发时间较短,OMMT片层有利于缓冲水分子的伸缩变形对分子链的冲击,水树枝生长长度较小.而交联后形成的三维网状结构使纳米复合材料承受形变的能力增强,具有更优的抗水树枝性能.     

交联行为对XLPE/OMMT纳米复合材料结构和介电性能的影响EI北大核心CSCD

为了研究交联行为对纳米复合材料结构和介电性能的影响,采用熔融共混的方法分别制备聚乙烯/有机化蒙脱土(polyethylene/organic montmorillonite,PE/OMMT)和交联聚乙烯/有机化蒙脱土(cross-linked polyethylene/organic montmorillonite,XLPE/OMMT)纳米复合材料。通过小角X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)对试样的性能进行表征。结果表明:OMMT掺杂进入聚合物基体中,层间距将会发生变化,而聚合物的交联会使OMMT的层间距减小;OMMT的异相成核作用使纳米复合材料的结晶形态由球晶变为横穿晶,与交联前相比,XLPE/OMMT试样的非晶区面积增大,结晶度下降。宽频介电谱测试结果表明:复合材料的介电常数随频率的增加而下降,在相同OMMT含量下,XLPE/OMMT纳米复合材料的介电常数高于PE/OMMT。交联影响了OMMT在基体中的分散,使介电频谱由交联前的单峰变为双峰,且峰值增大。随着温度的升高,双峰峰宽加大,松弛时间分布加宽,低频峰在低频段弥散,高频峰移向高频。OMMT含量的增加和交联过程共同导致了OMMT在基体中分散效果变差,界面极化和多元化的基团损耗使介电频谱和温谱发生了明显变化。     

成型方式对XLPE/OMMT纳米复合材料介电性能的影响

为了研究压制成型法和挤出成型法对纳米复合材料介电性能的影响,分别采用两种成型方式制备了交联聚乙烯/有机化蒙脱土（XLPE/OMMT）纳米复合材料。探讨了不同复合材料中有机化蒙脱土的层间距变化对复合材料电阻-温度特性、介电常数和介质损耗以及电气强度的影响。结果表明：成型加工过程中的力场作用会影响OMMT的插层分散效果;挤出成型过程中的拉伸应力使试样中OMMT片层沿拉伸方向进行取向,形成了规整排列单元,载流子的迁移运动受到阻碍,从而改善了试样的电阻-温度特性;聚合物分子链段的运动受限于取向的片层间,使试样中偶极子的极化率降低,使得介电常数和介质损耗因数减小;同时,OMMT的有效插层与聚合物形成的杂化结构使电子产生漫反射现象,延长了电子运动路径,提高了挤出成型试样的电气强度。     

交联度对交联聚乙烯/有机化蒙脱土纳米复合材料拉伸性能和介电性能的影响

为了研究交联度对纳米复合材料拉伸性能和介电性能的影响，通过调控交联时间，制备了不同交联度的交联聚乙烯/有机化蒙脱土（XLPE/OMMT）纳米复合材料。采用X射线衍射（XRD）测试判断蒙脱土的插层分散状态和试样聚集态结构的变化，利用扫描电子显微镜（SEM）观察试样的结晶形态，并对其拉伸性能、电导-温度特性、介电常数、介质损耗及击穿场强进行了测试。结果表明：交联形成的三维网状结构抑制了晶体生长，且晶体尺寸和结晶度随交联度的增加而不断减小；剥离分散的OMMT在XLPE/OMMT中充当了物理交联点，与交联键共同作用，提高了纳米复合材料的拉伸强度，且不断完善的交联网络，使复合材料的弹性模量增大，韧性增强。纳米复合材料的电导率随温度升高而增大，其活化能的大小与交联度和OMMT的界面区域有关。完善的交联网络和均匀分布的界面区，增加了势垒，提高了复合材料的活化能。交联度的增加，形成较强的分子间作用力，阻碍了偶极子和侧基的转向极化，使介电常数和介质损耗角正切值减小；OMMT的加入和交联结构的完善，共同提高了复合材料的击穿场强；但过度交联会影响OMMT在基体中的分散程度，使OMMT片层发生微重排，进而导致...     

XLPE/OMMT纳米复合材料电导和击穿性能

为了研究纳米蒙脱土的分散效果对复合材料电导和击穿性能的影响,采用熔融共混的方法分别制备了无相容剂和以EEA、EVA为相容剂的3种聚合物/蒙脱土纳米复合材料,研究了有机化蒙脱土(organic montmorillonite,OMMT)在聚合物中的层间距变化,对复合材料进行了直流电导–温度和交流击穿场强测试。结果表明:有机化OMMT的分散效果取决于相容剂的极性和有机插层剂的匹配效果;纳米复合材料的体积电导率随温度的升高而增大,其数值大小与不同表面插层剂的插层效率有关;OMMT的加入,改变了聚合物的内部结构,击穿数据分散性明显减小,插层分散的均匀性产生的界面状态是影响纳米复合材料击穿场强的主要因素。     

热老化对XLPE/OMMT纳米复合材料微观结构和力学性能的影响

采用熔融共混的方法制备了交联聚乙烯/有机化蒙脱土（XLPE/OMMT）纳米复合材料,通过小角X射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和力学性能测试对试样热老化前后的性能进行表征。结果表明：老化前质量分数为0.5%的OMMT可在基体中达到最佳分散状态,填料掺杂量增多时会团聚;OMMT与XLPE基体仅有较少的化学键联系,两者主要以物理缠结的形式共存;OMMT片层的空间位阻效应使纳米复合材料的结晶度下降。老化后仅有XLPE/OMMT-0.5%试样的层间距减小,结晶度升高;随OMMT掺杂量的增加,层间距会因XLPE分子链断裂和OMMT在基体中的热重排而增大,晶体结构完善性变差,晶体尺寸分布变宽,结晶度显著降低;受热氧反应和热裂解反应的影响,分子链结构破坏严重。老化后XLPE/OMMT-0.5%的力学性能仅小幅度降低,当OMMT质量分数超过0.5%时,材料力学性能劣化严重,变脆变硬。     

XLPE/OMMT纳米复合材料水树枝老化特性的研究

通过熔融共混法分别以EEA、EVA为相容剂制备了聚合物/蒙脱土(XLPE/OMMT)纳米复合材料。采用水针法对试样进行水树老化,并通过显微镜观察水树枝形态,研究OMMT用量、两种相容剂和有机插层剂种类对水树枝的影响。结果表明:与纯XLPE相比,添加OMMT的复合材料的水树枝生长长度明显减小,采用EVA作为相容剂可有效提高XLPE/OMMT复合材料的抗水树枝性能,有机插层剂对水树枝的生长长度影响较小。     

蒙脱土/环氧树脂-氰酸酯复合材料介电性能研究

采用十八烷基三甲基氯化铵作为插层剂改性钠基蒙脱土,制得有机蒙脱土(OMMT),通过OMMT与环氧树脂共同改性氰酸酯(CE),制备了有机蒙脱土/环氧树脂-氰酸酯(OMMT/EP-CE)复合材料,研究不同含量OMMT条件下复合材料的微观结构与动态力学性能和介电性能。结果表明:适量的OMMT均匀分散在EP-CE基体树脂中,OMMT的存在弱化了微裂纹的传播,复合材料呈现出凹凸不平的"鱼鳞"状断面形貌。当OMMT质量分数为5%时,复合材料30℃下的储能模量达到最大值3 400 MPa,比EP-CE基体提升了126.7%;随着OMMT含量的增加,复合材料的介电常数呈现先减小后增大的趋势,当OMMT的质量分数为5%时,OMMT/EP-CE复合材料100 Hz下的介电常数为3.23,介质损耗因数为0.002 2,电气强度达到28.2 kV/mm,相比未掺杂OMMT的基体提升了38.9%。     

聚乙烯/蒙脱土纳米复合物的显微结构及其树枝化性能

电树枝是一种发生在高分子材料中的电致裂纹现象,是一种严重威胁以高聚物为主要绝缘材料的电力设备运行安全的电老化现象.为了分析蒙脱土对聚乙烯电树枝化的抑制作用,本文采用熔融插层法制备了聚乙烯/蒙脱土(PE/MMT)复合材料,通过扫描电子显微镜对其结构进行了表征,证实了该复合材料基本上达到了纳米数量级,即形成了纳米复合材料.试验研究了交、直流电压作用下纯聚乙烯(PE)和PE/MMT纳米复合材料的树枝化特性(如电树生长速度、分形维数等特征),结果表明聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料对电树具有较好的抑制效果.     

环氧树脂/有机蒙脱土纳米复合材料的制备与表征

分别采用熔融插层法与溶液插层法制备了环氧树脂/有机化蒙脱土纳米复合材料,并对不同工艺条件下制备的复合材料结构进行了表征。用X射线衍射法(XRD)测试了有机化蒙脱土在被插层前后片层间距的变化,用扫描电子显微镜(SEM)观察了复合材料冲击断面相态结构与蒙脱土在有机相中的分散情况。结果表明环氧树脂分子插入到经有机化改性的蒙脱土片层中,蒙脱土在环氧树脂固化过程中剥离成纳米级颗粒,无序的分散在环氧树脂基体中,且溶液插层法更有利于蒙脱土片层的剥离。通过热重分析(TGA)测试发现,溶液插层法制备的试样中残留的溶剂对复合材料的热性能影响很大。     

剥离型环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料相结构

为改进环氧树脂固有的一些缺陷和不足,提出了利用纳米复合材料的特殊性改性环氧树脂的一新的研究途径。在选取经十六烷基季铵盐有机化表面修饰的蒙脱土对双酚A型环氧树脂进行改性时分别采用溶液插层法与熔融插层法制备了不同蒙脱土含量的环氧树脂/蒙脱土复合材料;利用X射线衍射法测试了剥离前后蒙脱土的层间距;用扫描电子显微镜(SEM)观察了试样的冲击断口形貌,研究了该复合材料的两相结构;采用热重法(TGA)测定了试样的热分解温度,并对其热稳定性进行了对比。结果表明,无论是溶液插层法还是熔融插层法,均能制得剥离型环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料。但是,在机械分散的作用下,纳米粒子易发生团聚,使复合材料中的无机相无法均匀的分散。热重分析结果发现,复合材料的热分解温度并没有随着蒙脱土含量的增加而增加,而是表现出更为复杂的发展趋势。     

纳米蒙脱土对聚乙烯击穿和电导特性的影响

为了探讨纳米蒙脱土对聚乙烯击穿性能和电导特性的影响,采用威布尔(Weibull)统计的方法分析了电介质的击穿场强,利用电导温度谱图分析了不同试样电导的温度特性,用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对复合材料的微结构进行了表征。研究了插层温度和电老化对聚乙烯复合材料击穿性能的影响及其电导的温度特性,以及电介质电击穿后结构的变化。结果表明,用蒙脱土对聚乙烯进行改性能明显提高其击穿性能和改善电导特性:与纯聚乙烯相比,聚乙烯/蒙脱土复合材料试样具有明显的极性电介质的损耗特征,而且复合材料试样的绝缘电阻率在50~60°C的温度范围内明显高于低密度聚乙烯(LDPE)的值;而耐电老化性能也有所提高:在电老化66 h后,其击穿场强是纯聚乙烯的1.10倍;并且蒙脱土与聚乙烯形成的强的相互作用区像"交联点"等,能明显减少复合材料的电场破坏。可见,纳米蒙脱土的加入有望提高聚乙烯的长期介电强度和耐温等级。     

低密度聚乙烯/纳米蒙脱土复合材料的水树枝生长特性

低密度聚乙烯是高压电力电缆的主要绝缘材料,水树枝生长特性与聚乙烯高压电力电缆绝缘击穿具有紧密联系。采用熔融插层复合法制备了一种低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料;设计制作了纳米复合材料的水树枝老化试样及试验装置,在试验中观测了试样的水树枝生长长度,并对试样的水树枝引发率进行了统计,分析了低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的吸水率对水树枝生长的影响;采用差示扫描热法分析了试样的结晶度和晶粒尺寸均匀性,通过分析低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的结晶行为,说明了纳米蒙脱土对纳米复合材料中水树枝的抑制机理。试验与分析结果表明:掺杂质量分数为3%的纳米蒙脱土粒子能够有效地提高低密度聚乙烯的结晶度,使晶粒尺寸分布均匀,吸水率减小,延缓水树枝在低密度聚乙烯中的引发与生长。     

EP/MWNTs/OMMT复合材料的电学性能研究

通过对多壁碳纳米管(MWNTs)进行酸化处理,并将MWNTs和有机化蒙脱土(OMMT)两种纳米粒子加入到环氧树脂(EP)中,采用酸酐类固化剂固化,制得了EP/MWNTs/OMMT三相复合材料。对MWNTs酸化前后的微结构进行了观察及对三相复合材料的介电性能进行了测试。结果表明:酸化后的多壁碳纳米管在溶剂中的分散性得到很大的改善,提高了MWNTs在环氧基质中的分散性;随着MWNTs含量的增加,EP/MWNTs/OMMT复合材料的体积电阻率总体呈下降的趋势,介电常数与介质损耗呈现先下降后上升的趋势,OMMT的加入在一定程度上对EP/MWNTs/OMMT复合材料的介电性能起到了积极的作用。     

蒙脱土改性聚乙烯复合材料的高场介电性能研究

利用熔融插层法制备了聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料,研究蒙脱土对聚乙烯介电性能的影响。研究分析了纯聚乙烯和不同的聚乙烯/蒙脱土复合材料的树枝化性能,通过直流预电应力电树引发试验,探讨了空间电荷的极性效应对不同材料树枝化性能的影响。试验结果表明:与纯聚乙烯和其他复合材料相比,加入相容剂的聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的电树潜伏期更长,电树生长速度更慢,而且显示出与LDPE不同的极性效应。不同材料的热激电流(TSC)试验结果显示:聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的松弛时间分布展宽,峰值增高,说明在纳米复合材料中引入了更多的陷阱能级,这些陷阱调制了载流子浓度和迁移率,从而抑制了树枝的起始与生长。     

有机蒙脱土/交联聚苯乙烯纳米复合材料的制备及其沿面闪络性能的研究

以交联聚苯乙烯(CLPS)为单体,二乙烯基苯为交联剂,采用超声搅拌的方式将不同含量的有机蒙脱土纳米片(o MMT)均匀分散于苯乙烯中,通过偶氮二异丁腈引发自由基聚合反应,最终得到o MMT/CLPS复合材料。采用小角X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)与透射电镜(TEM)等对纳米片层的分散效果进行了表征,并采用短脉冲高压测试平台研究了复合材料的真空沿面闪络性能。结果表明:纳米片层均匀分散在复合材料中,其真空沿面闪络性能较纯交联聚苯乙烯得到了明显提升。     

XLPE/MMT纳米复合材料击穿性能研究

利用冲击电压试验系统,分别对交联聚乙烯基体材料和不同类型的交联聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料进行了负极性冲击击穿和交流击穿试验,并结合Weibull分布对击穿试验结果进行了统计性分析,其结果表明了不同蒙脱土类型对复合材料击穿性能的影响及蒙脱土含量对复合材料击穿性能的影响,进而也明确了在不同电压下复合材料的击穿场强较聚合物基体提高的程度.     

蒙脱土改性环氧树脂复合材料的制备及性能研究

通过把有机蒙脱土(oMMT)分散到环氧树脂(EP)中制备出环氧树脂/有机蒙脱土(EP/oMMT)纳米复合材料.利用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对EP/oMMT纳米复合材料的微观结构进行了分析表征,利用热重分析仪、马丁耐热试验仪、冲击试验仪和介损分析仪测试了该复合材料的耐热性能、机械性能和介电性能.结果表明:有机蒙脱土以球形和蜷曲带形两种形态存在于树脂基体中,平均尺寸为20nm;混合温度为90℃时所得复合材料中oMMT的分散性较好,EP和oMMT的两相界面粘接也较好,复合材料的马丁耐热温度和冲击强度比未改性树脂分别提高了10℃和31.6%.复合材料的冲击强度随蒙脱土含量的增加而提高,并在蒙脱土含量为2phr时达到最大值23.6kJ/m2;通过研究复合材料的两相结构与冲击韧性的关系,推断出蒙脱土增韧环氧树脂的增韧机理为基体的剪切屈服机理;复合材料的介电常数(εr)和介电损耗角正切(tanδ)均有所降低,εr随温度的变化趋势与未改性环氧树脂相似,而蒙脱土的加入延缓了tanδ随温度增加而增大的速率.     

低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的电树枝生长特性

绝缘材料的电树枝生长特性分析是评估其绝缘性能的重要方法之一。采用熔融插层复合法制备了一种低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料,设计制作了纳米复合材料的电树枝生长试样及实验系统,在实验中观测了恒定电压下试样中电树枝生长过程及电树枝形态,测量了试样中电树枝的生长速度与扩散系数,分析了电树枝的局部放电统计特性。通过分析低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的结晶行为,说明了纳米蒙脱土对该纳米复合材料中电树枝的抑制机制。实验与分析结果表明:纳米蒙脱土粒子有效提高了低密度聚乙烯的结晶度并减小了晶粒尺寸。同时,纳米蒙脱土粒子有利于降低纳米复合材料电树枝局部放电量与放电重复率,延缓了电树枝的引发与生长。     

新型环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的制备、结构和性能

用一种新型的有机试剂制备有机蒙脱土，并将有机蒙脱土与环氧树脂复合制备了环氧树脂／蒙脱土纳米复合材料。研究结果表明，这种新型的有机改性剂是一种高效的插层剂。同时表现出对环氧树脂固化明显的促进作用。由于有机蒙脱土层间催化中心的引入，将有机蒙脱土与环氧树脂复合可成功制备纳米复合材料。当有机土含量小于8份(相对于100份环氧树脂)时有机土以剥离的纳米级片层结构为主，当有机土含量大于8份时有机土以剥离和插层的纳米结构并存。带活性基团的有机土使环氧树脂的凝胶活化能降低，使复合材料的耐热性能得到较大的提高。