交聯(lián)型聚苯乙烯的輻射制備及其真空沿面閃絡(luò)特性研究.pdf

1、以高功率脈沖設(shè)備為依托的脈沖功率技術(shù)主要應(yīng)用于新能源及國防科研領(lǐng)域，如 Z-箍縮驅(qū)動核聚變、高功率激光、強(qiáng)電磁脈沖等方面。為滿足應(yīng)用領(lǐng)域?qū)敵龉β实燃壓椭貜?fù)運(yùn)行壽命的要求，脈沖功率設(shè)備仍處在不斷地測試與優(yōu)化階段。以固體絕緣材料為主體的絕緣系統(tǒng)作為關(guān)鍵構(gòu)件之一，其絕緣能力關(guān)乎最終的匯流等級與設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。實(shí)踐表明，脈沖設(shè)備運(yùn)行時，絕緣系統(tǒng)處于高度真空的氛圍中，材料表面的電擊穿行為（即真空沿面閃絡(luò)現(xiàn)象）是制約絕緣性能的主要因素。因此，考

2、察固體絕緣材料在實(shí)際脈沖環(huán)境中的真空沿面閃絡(luò)特性，對絕緣系統(tǒng)的改良優(yōu)化有指導(dǎo)意義，對評估脈沖設(shè)備長期運(yùn)行的穩(wěn)定性有參考價值。
　　中國工程物理研究院建成了超高功率 Z箍縮脈沖驅(qū)動裝置（Primary Test Station，PTS），采用交聯(lián)型聚苯乙烯作為主要絕緣體材料。該材料以二乙烯基苯為“橋梁”，連接聚苯乙烯長鏈群，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐閃絡(luò)擊穿性能與機(jī)械加工強(qiáng)度。目前，該材料主要通過高溫引發(fā)自由基本體聚合的方法獲

3、得，但制備工藝仍存在爆聚等諸多弊端。探索發(fā)現(xiàn)，在熱聚合方法基礎(chǔ)上，分階段引入高能射線輻射技術(shù)，可排除爆聚隱患，提高產(chǎn)品純度，成為制備高品質(zhì)交聯(lián)型聚苯乙烯的有效工藝方法。
　　本文引入靜態(tài)γ射線輻射工藝，控制輻射劑量，制備一系列交聯(lián)型聚苯乙烯材料。同時對已成型的材料樣品進(jìn)行過量的γ射線輻射處理，實(shí)現(xiàn)樣品的輻射老化。研究材料的交聯(lián)結(jié)構(gòu)及輻射老化特征與閃絡(luò)特性的關(guān)系。此外，結(jié)合 PTS裝置在實(shí)際運(yùn)行時會釋放出高能量軟 X射線的特點(diǎn)，考慮

4、絕緣材料長期處于輻射環(huán)境中，本文設(shè)計并在PTS裝置上搭建實(shí)驗(yàn)腔，考察長期軟X射線輻射對交聯(lián)型聚苯乙烯閃絡(luò)特性的影響。
　　具體研究內(nèi)容如下：
　　（1）引入γ射線輻射工藝，調(diào)節(jié)苯乙烯與二乙烯基苯的配比，制備一系列交聯(lián)程度不同的材料產(chǎn)品。（2）利用紅外吸收光譜（FT-IR）、固體核磁共振（SSNMR）等手段表征交聯(lián)結(jié)構(gòu)；測試儲能模量，估算交聯(lián)度；測試介電性能、表面電荷衰減及閃絡(luò)電壓等，建立交聯(lián)結(jié)構(gòu)與閃絡(luò)特性之間的聯(lián)系。（3）在

5、空氣氛圍中，對已成型樣品進(jìn)行過量γ輻射輻射處理，利用FT-IR及X射線光電子能譜（XPS）表征材料的老化特征；測試介電性能、表面電荷衰減及閃絡(luò)電壓等，建立老化特征與閃絡(luò)特性之間的聯(lián)系。（4）在 PTS裝置上搭建輻照腔，隨PTS裝置的運(yùn)行，使樣品接受長期軟X射線輻射，并研究閃絡(luò)電壓的變化規(guī)律。
　　完成上述研究內(nèi)容，獲得以下主要結(jié)論：
　?。?）隨二乙烯基苯（DVB）含量的增加，交聯(lián)型聚苯乙烯的交聯(lián)程度呈線性增長。（2）隨交聯(lián)