直流电晕放电作用下Kapton型聚酰亚胺裂解机理的ReaxFF分子动力学仿真

空气中电晕放电将产生具有活性的离子,可导致电介质的高分子主链C—C键断裂,逐渐丧失其绝缘性能。Kapton型聚酰亚胺薄膜被广泛应用于直流特高压设备的气固绝缘中,其在电晕作用下的电气性能将直接影响到设备以及特高压电力系统的安全运行。为此利用ReaxFF反应分子动力学方法,针对直流电晕产生的主要活性离子(O₃–、HO–、H₃O+、NO+)的冲击作用,计算了Kapton的裂解化学反应过程,并分析了直流电晕极性效应的影响。结果表明:在活性离子基团的入射冲击作用下,聚酰亚胺与活性离子接触后发生能量转移,并与相应的活性基团发生化学反应,造成聚酰亚胺主链裂解,释出气态小分子产物(主要是CO和H₂O)。针对不同极性电晕作用的仿真表明,正极性直流电晕对聚酰亚胺的侵蚀作用更加明显,这与已有的实验结果相符。最后通过仿真研究,阐释了电晕放电造成聚酰亚胺绝缘失效的微观作用机理。