低密度聚乙烯-二氧化鈦熱老化下的介電和空間電荷特性研究.pdf

1、聚乙烯納米電介質(zhì)不僅具有良好拉伸強(qiáng)度、高擊穿強(qiáng)度以及低電導(dǎo)等性能，還能改善電場分布、抑制電樹枝生長，其優(yōu)良的機(jī)械、電氣性能已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可。聚乙烯納米電介質(zhì)有望作為高壓直流電纜絕緣材料，降低空間電荷效應(yīng)，進(jìn)一步提高直流輸電電壓等級(jí)。電纜在運(yùn)行過程中會(huì)受到電、熱、機(jī)械等應(yīng)力作用，導(dǎo)致絕緣材料劣化，影響供電可靠性。因此，絕緣材料的老化特性是衡量電纜可靠性的重要指標(biāo)。探明聚乙烯納米電介質(zhì)在電纜運(yùn)行環(huán)境下能否持續(xù)保持優(yōu)良的機(jī)械、電氣性能是聚乙烯

2、納米電介質(zhì)在直流電纜上推廣應(yīng)用的前提。因此，本文研究了不同摻雜濃度的LDPE/TiO2納米復(fù)合材料在熱老化條件下的理化特性、介電特性以及空間電荷特性，主要工作如下：
　?、俳?jīng)過二甲基辛基硅烷（MDOS）偶聯(lián)劑處理的TiO2納米粒子與基體具有良好的相容性，未出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象；納米摻雜改變了無定形區(qū)大分子鏈的排列方式，提高了聚乙烯的結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性，引入的界面區(qū)域包含大量陷阱，提高了聚乙烯的擊穿場強(qiáng)；熱老化破壞了聚乙烯大分子鏈結(jié)構(gòu)，

3、產(chǎn)生了大量羥基、羧基和羰基等極性基團(tuán)，導(dǎo)致微區(qū)結(jié)構(gòu)變得粗糙松散，增加了低密度區(qū)域；微區(qū)形貌、基團(tuán)含量、結(jié)晶度和擊穿場強(qiáng)等與納米摻雜濃度關(guān)系密切，熱老化下低摻雜濃度復(fù)合材料的性能更加優(yōu)異。
　?、谠嚇咏橘|(zhì)損耗曲線基本形狀隨熱老化天數(shù)呈現(xiàn)明顯的規(guī)律變化，由未老化的“單駝峰”型變?yōu)槔匣捌诘摹唉！毙停僮優(yōu)槔匣笃诘摹癢”型；電導(dǎo)損耗、轉(zhuǎn)向極化損耗、深陷阱松弛損耗分別是造成低頻、中頻、高頻介質(zhì)損耗（ε′′）變化的主要原因；熱老化并未影響

4、低頻、中頻損耗峰對(duì)應(yīng)的活化能，而納米摻雜降低了低頻損耗峰對(duì)應(yīng)的活化能，增加了中頻損耗峰對(duì)應(yīng)的活化能；TiO2晶體介電常數(shù)具有負(fù)溫度系數(shù)和較寬的“軟化溫區(qū)”是導(dǎo)致復(fù)合材料ε′隨溫度的升高而減小的主要原因。
　?、劾砘阅芎徒殡妳?shù)測試表明 LDPE/TiO2復(fù)合材料具有一定抗熱老化能力，且摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，復(fù)合材料的抗熱老化性能更佳。TiO2納米粒子不僅可以充當(dāng)“聯(lián)接點(diǎn)”作用，降低分子鏈運(yùn)動(dòng)，增加復(fù)合材料結(jié)晶度，提高微區(qū)結(jié)構(gòu)

5、致密度，延緩氧氣侵入破壞大分子鏈；還可以充當(dāng)“傳熱點(diǎn)”作用，增加復(fù)合材料導(dǎo)熱率，快速將材料內(nèi)部的熱量排出體外，減少內(nèi)部局部過熱區(qū)域。
　?、?LDPE/TiO2復(fù)合材料在熱老化前后都表現(xiàn)出抑制空間電荷行為，且摻雜摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，抑制效果最佳；納米摻雜改變了聚乙烯的介電常數(shù)、電子親和能，加強(qiáng)了界面反電場作用，從而提高了電極電子（空穴）的注入勢壘，降低了同極性電荷來源，同時(shí)也增加了陷阱能級(jí)和密度，降低了載流子遷移率，加強(qiáng)了正負(fù)電