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。     

聚苯乙烯接枝共聚物/低密度聚乙烯的介电性能

为了探索解决低密度聚乙烯在高温环境下耐电性能大幅下降问题的方法,通过电子辐照与乳液聚合方法将聚苯乙烯分子接枝到聚乙烯分子链上,制备了不同组分聚苯乙烯接枝共聚物/低密度聚乙烯复合材料。当聚苯乙烯质量分数为6%时,复合材料在80～90℃下交流耐电性能较纯低密度聚乙烯提升约20%。差示扫描量热法、动态力学分析测试等试验结果显示:含6%聚苯乙烯的复合材料与纯低密度聚乙烯相比结晶度提高了10%;室温下复合材料的拉伸屈服应力和断裂伸长率均有提高;存储模量在85℃下提高至70 MPa。复合材料交流击穿电场强度提升应与两种因素有关:1)接枝聚苯乙烯使复合材料弹性模量增大,抵御电破坏能力增强;2)复合材料内部聚苯乙烯苯环结构可以捕获热电子,耗损热电子能量,具有一定抑制电子崩产生的作用。     

三明治结构氧化铝/低密度聚乙烯纳米复合材料的电性能研究

采用熔融共混和多层热压的方法制备了4种三明治结构的氧化铝/低密度聚乙烯(Al2O3/LDPE)纳米复合材料。利用电声脉冲法测试了复合材料短路时的空间电荷消散曲线,通过电流测试平台研究了复合材料在常温不同直流电场下的电导率变化。结果表明:三明治结构Al2O3/LDPE复合材料的电荷消散速度明显高于纯LDPE,且在高电场下其电导率小于纯LDPE。这是由于通过三明治结构较大程度地将深陷阱引入到LDPE复合材料表面,有效抑制了电荷的注入。     

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。     

PS/LDPE纳米复合材料介电性能研究

将一种高聚物纳米颗粒-聚苯乙烯(PS)纳米球加入到低密度聚乙烯(LDPE)中,通过熔融共混法制备了PS质量分数为2%的PS/LDPE纳米复合电介质,利用电声脉冲(PEA)法对40 k V/mm电场强度作用下试样内的空间电荷分布进行测试分析,并进行热刺激电流及电导测试。结果表明:PS/LDPE纳米复合材料内部的空间电荷量明显低于纯LDPE;PS/LDPE纳米复合材料在常温下的直流电导率也较纯LDPE小;热刺激电流(TSC)图谱显示PS纳米球的添加改变了材料的陷阱深度和密度,这有可能是抑制LDPE空间电荷累积和直流电导特性发生改变的原因。     

茂金属聚乙烯改性低密度聚乙烯介电性能与机械强度

为提高聚乙烯电缆料的击穿强度和机械性能,将少量茂金属聚乙烯(MPE)与普通低密度聚乙烯(LDPE)共混,用电声脉冲法(PEA)测量直流预压短路后的残余空间电荷量;详细研究了共混物的体积电阻率、直流击穿强度、直流预压反极性击穿电压和机械强度.实验结果表明:当MPE含量为1wt%时,能有效提高共混物的击穿强度和机械强度,但同时降低了体积电阻率和材料韧性,而且聚乙烯的介电性能和机械强度与其结晶形态密切相关.     

纳米碳化硅/低密度聚乙烯复合材料的空间电荷分布特性

空间电荷的积聚会引起局部电场的畸变,从而引起局部放电(PD)和电树枝的产生与发展,成为导致聚合物绝缘性能降低的重要因素。针对此问题,采用电声脉冲(pulsed electro-acoustic,PEA)法研究了利用不同偶联剂(包括KH-560偶联剂和A-171偶联剂)进行表面改性后的纳米SiC添加到低密度聚乙烯(LDPE)中所制备得到的SiC/LDPE复合材料的空间电荷分布。实验结果表明,纳米SiC粒子与LDPE本体之间的界面是陷阱的主要来源,添加纳米粒子对同极性电荷的注入具有一定的抑制作用;而偶联剂对陷阱的性质和能级有重要的影响,不同复合材料的空间电荷分布是不同的,KH-560SiC/LDPE复合材料中存在大量正极性亲和性的深陷阱,而A-171SiC/LDPE复合材料中则分布大量正极性亲和性的浅陷阱,从而影响载流子迁移,改变原有LDPE的介电性能。分析认为此现象源于不同偶联剂的分子结构差异,含有不对称侧链和端基的KH-560偶联剂更容易产生深陷阱,而含有烯烃结构的A-171偶联剂则容易产生浅陷阱。     

纳米复合材料导热与介电性能仿真

以纳米复合材料作为研究体系,选取典型的氮化硼（BN）/环氧树脂（EP）复合材料与钛酸钡（BT）/聚偏氟乙烯（PVDF）复合材料,通过有限元方法研究了纳米填料的体积分数、粒径大小和尺寸分布对复合材料导热性能和介电性能的影响,采用均匀场理论计算了复合材料的等效热导率和等效介电常数。结果表明：随着填料体积分数的提高,BN/EP和BT/PVDF的热导率和介电常数均提高;在相同体积分数、尺寸均匀分布的情况下,BN/EP和BT/PVDF的热导率和介电常数随着粒径增大而增大;在相同体积分数、同一粒径的情况下,BN/EP和BT/PVDF的热导率和介电常数随着粒径标准差增大而增大。因此,根据具体需求适当改变填料含量、粒径大小、粒径标准差是改善材料性能的有效方法。     

环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料的介电性能研究

采用插层聚合法制备了环氧树脂(EP)／蒙脱土(MMT)纳米复合材料,用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)研究了该纳米复合材料的结构,并用阻抗分析仪等研究了其介电性能。结果表明：EP／MMT纳米复合材料的介电常数和介电损耗随有机蒙脱土质量分数的增加有一个最低值,介电常数随频率的升高而降低,纳米复合材料的介电损耗在高频阶段保持稳定。     

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。     

聚乙烯/氮化硼高导热复合材料的耐电弧性和介电性能

聚乙烯是一种重要的绝缘材料,但较低的热导率限制了其进一步应用。向聚乙烯基体中添加高导热无机颗粒可有效提高复合材料整体的热导率,同时会对其耐电弧性和介电性能产生影响。鉴于此,分别以微米氮化硼和微纳米混合氮化硼颗粒作为填料,制备了不同填料质量分数的两类聚乙烯/氮化硼复合材料。除了对各复合试样的热导率进行测量,还通过高压电弧起痕实验分析了各试样热导率对其耐电弧性的影响,最后对各试样的相对介电常数和交流击穿强度进行了评估。结果表明:当氮化硼填料的质量分数由0增加至40%,复合试样的热导率不断增大,耐电弧性随之增强。但是基体中填料质量分数较高时(20%),复合试样的相对介电常数明显增大、交流击穿强度显著下降。此外,基体中填料的质量分数相同时,微纳米混合氮化硼颗粒填充的复合试样具有更优异的导热性能、耐电弧性和介电性能。     

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。     

低密度聚乙烯／聚硅氧烷接枝共混物的结构与介电性能研究

用含有乙烯基的聚硅氧烷通过共混接枝对聚乙烯进行改性，可从红外光谱分析结果及熔融指数表明了接枝反应的存在，同时用动态力学分析了它的结构状态。实验结果表明，改性后的聚乙烯，其电树引发示性电压和击穿场强均有提高。     

OMMT/PES/BMI复合材料的介电性能

采用十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)改性钠基蒙脱土(Na-MMT)获得有机蒙脱土(OMMT)。以两种烯丙基化合物和双马来酰亚胺(BMI)作为基体,添加2 wt%聚醚砜(PES)和不同含量(2~8 wt%)的OMMT,制备OMMT/PES/BMI多相复合材料。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)分析了Na-MMT改性前后红外特征峰和微观形貌的变化,结果表明其改性效果明显,将钠离子置换为OTAC有机阳离子,且OMMT片层结构清晰。介电性能测试结果表明:随着OMMT含量的增加,材料的介电常数和介质损耗角正切呈现先增加后下降的趋势,当OMMT含量为4 wt%时,两者达到最小,100 Hz下分别为3.49和0.002 6。体积电阻率和击穿场强在此时也达到最大,分别为19.98×1015?·m和26.07 k V/mm,与未添加OMMT的样品相比,分别提高了102.4%和38%。     

纳米SiO_2/芳纶绝缘纸复合材料的空间电荷特性和介电性能

为提高油纸绝缘系统的绝缘寿命,提出将纳米SiO_2粒子改性的芳纶绝缘纸应用于直流输变电设备的方法。在加压和去压短路条件下,测试了不同纳米SiO_2含量的芳纶绝缘纸试样的空间电荷特性、热刺激去极化电流、直流击穿强度和体积电阻率。结果表明:添加纳米SiO_2使芳纶绝缘纸的线均电荷密度明显低于纯芳纶纸试样;随纳米SiO_2含量的增加,试样平均电荷密度衰减速率呈现先减小后增大的变化趋势;SiO_2的添加增加了芳纶纸内部深陷阱和浅陷阱的密度;纳米SiO_2含量为1wt%时直流击穿强度最大;芳纶纸的体积电阻率随纳米SiO_2含量增加呈单调递增趋势。机理分析表明纳米SiO_2粒子浓度过高时,其分散性变差导致其对芳纶纸性能的改善作用变弱。     

乙烯咔唑接枝低密度聚乙烯的电性能研究

采用流变仪混炼器通过熔融法制备了乙烯咔唑(VK)接枝低密度聚乙烯,研究了VK含量对咔唑接枝低密度聚乙烯(VK-g-LDPE)复合材料的击穿场强、空间电荷、体积电阻率等电性能的影响。结果表明:随着VK含量的增加,VK-g-LDPE对内部空间电荷的抑制作用先增强后减弱,复合材料的击穿场强和体积电阻率呈先升高后降低的趋势。当VK含量为13.0%时,复合材料的击穿场强比纯LDPE提高了67.73%,空间电荷量比纯LDPE降低了95.9%,体积电阻率为纯LDPE的2.59倍。     

功能化SiO2/UV-XLPE纳米复合材料的交流介电性能研究

针对纳米SiO₂材料在XLPE基体中容易团聚的问题,采用巯基-双键点击化学原理和纳米材料的表面改性技术,将纳米SiO₂引入到了紫外光交联聚乙烯的网状结构中,提高了纳米SiO₂在XLPE基体中的分散性。同时引入了更多的深陷阱,改变了功能化纳米SiO₂与XLPE基体之间的界面特性,从而提高了功能化SiO₂/UV-XLPE纳米复合材料的介电性能。对材料进行核磁共振氢谱、红外光谱以及扫描电镜等实验进行结构表征。在线性升温条件下测试材料在工频下的介电常数ε_r和损耗角正切值tanδ,探讨功能化纳米SiO₂的表面高介电壳层对纳米复合材料的变温介电特性的影响;通过TSC测试探究材料内部的陷阱能级分布情况,并在不同温度下测试了材料的交流击穿特性。随着温度的提高,复合材料内部杂质分子热运动加剧,使得相对介电常数ε_r随温度提高减小,而偶极子转向在介电损耗中的贡献逐渐增大,所以损耗角正切值tanδ呈现出变大的趋势。另外功能化纳米SiO<...     

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...     

聚合物/BaTiO_3复合材料介电性能的研究

本文制备了聚合物／BaTiO3复合材料。研究了聚合物的分子链结构、极性、结晶度和BaTiO3粒子体积浓度对复合材料介电性能的影响，同时BaTiO3粒子的表面性质和界面层状态的影响也十分显著。     

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。