无机纳米ZnO或蒙脱土颗粒掺杂对低密度聚乙烯介电性能的影响

选择在低密度聚乙烯（LDPE）中掺杂无机纳米ZnO和蒙脱土（MMT）颗粒,探讨不同形态无机纳米颗粒对LDPE介电性能的影响。利用熔融共混法配合不同冷却方式制备不同结晶形态的纳米ZnO/LDPE和MMT/LDPE复合材料。通过FTIR、偏光显微镜（PLM）、SEM、DSC和热刺激电流（TSC）对试样进行表征,并。研究了纳米ZnO/LDPE和MMT/LDPE复合材料的交流击穿特性,结果表明：掺杂适当质量分数并经表面修饰的无机纳米颗粒可有效的避免其团聚现象,提高纳米ZnO/LDPE和MMT/LDPE复合材料的结晶速率,使结晶结构更完善,同时无机纳米颗粒掺杂使LDPE的陷阱密度和深度均有所增加,载流子入陷在试样内部形成界面"局域态"。经油冷却方式制备的纳米ZnO/LDPE和MMT/LDPE复合材料击穿场强比空气自然冷却分别高13.6%和14.4%,当掺杂纳米粒子质量分数为3wt%时,复合材料击穿场强出现最大值,其中纳米ZnO/LDPE复合材料比MMT/LDPE复合材料的击穿场强值高0.68%;电导率试验结果表明：纳米ZnO/LDPE复合材料电导率比MMT/LDPE复合材料低。介电性能测试表明,在1~10⁵ Hz的测试频率范围内,纳米ZnO/LDPE复合材料和MMT/LDPE复合材料介电常数降低,介质损耗角正切值有所提高。     

纳米ZnO/低密度聚乙烯复合材料的介电特性

为探讨纳米ZnO/低密度聚乙烯（LDPE）复合材料的介电特性,首先,采用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂对纳米ZnO进行改性,并利用两步法制备了不同纳米ZnO质量分数、不同纳米ZnO粒径、不同纳米ZnO表面修饰方式和不同冷却方式的纳米ZnO/LDPE复合材料;然后,通过FTIR、SEM、DSC和热激电流（TSC）测试了纳米ZnO在基体中的分散情况、复合材料的等温结晶过程参数变化及陷阱密度;最后,在不同实验温度下分别进行了交流击穿、绝缘电导率、介电常数和空间电荷实验。结果表明:纳米ZnO的加入使纳米ZnO/LDPE复合材料内部陷阱深度和密度均有所增加;当纳米ZnO的粒径为40 nm且质量分数为3%时,复合材料的结晶速度最快,纳米ZnO在基体中的分散性较好,击穿场强达到最高值133.3 kV/mm,电导率及介电常数也相对较低,加压时复合材料内部空间电荷少,短路时释放电荷速度快,介电性能较好;由于纳米粒子增加了材料内部的热传导速率,降低了复合材料随着温度升高而降解的速度,因而相对于纯LDPE,随着实验温度的提高,纳米ZnO/LDPE复合材料的击穿场强下降幅度及电导率上升幅度均较小。      

冷却方式对MMT/LDPE介电性能的影响

采用熔融插层法制备了蒙脱土/低密度聚乙烯(MMT/LDPE)纳米复合材料, 探讨空气自然冷却、空气快速冷却、水冷却和油冷却四种制备工艺对复合材料介电性能的影响。利用XRD、FTIR、AFM、PLM、DSC和TSC等分别对复合材料和纳米MMT粒子的微观形态、复合材料的电导、击穿、介电频谱和空间电荷特性进行表征。结果表明, 经表面修饰的纳米MMT粒子在基体聚合物中已经剥离并均匀分散; 不同冷却方式对复合材料的结晶度有一定的影响, 其中油冷却试样结晶速率最高, 结晶尺寸最小; 纳米MMT的加入使复合材料内部陷阱密度和深度均有所增加, 且试样的介电性能有不同程度的改善。油冷却试样抑制空间电荷的作用比较明显, 在20和40 kV/mm的场强下, 试样中正电荷的峰值与空气自然冷却试样相比分别下降了63.57%和51.39%; 且油冷却试样的电导率最小, 击穿场强值最大; 在1~10⁵ Hz的测试频率范围内, 与空气自然冷却试样相比, 其他三种试样的介电常数和介质损耗角正切值都有不同程度的降低。     

EVA对MgO/聚烯烃纳米复合材料介电性能的影响

针对高压、超高压直流输电电缆中存在空间电荷效应的现象,文中基于MgO/聚乙烯纳米复合材料,加入乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)进行改性,讨论了EVA的种类及用量对复合材料空间电荷、体积电阻率及直流击穿场强的影响,并通过扫描电镜(SEM)对粒子在复合材料中的分散性进行表征。结果表明,添加VA质量分数为14%的EVA制备的纳米复合材料介电性能要好于添加VA质量分数为50%的EVA,并且此种EVA质量分数为9%时,MgO粒子尺寸为56nm~76nm,达到了纳米级分散,有效地降低了复合材料中的空间电荷密度,对复合材料的体积电阻率和直流击穿场强均有提高。     

EVA对MgO/聚烯烃纳米复合材料介电性能的影响EI北大核心CSCD

针对高压、超高压直流输电电缆中存在空间电荷效应的现象,文中基于MgO/聚乙烯纳米复合材料,加入乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)进行改性,讨论了EVA的种类及用量对复合材料空间电荷、体积电阻率及直流击穿场强的影响,并通过扫描电镜(SEM)对粒子在复合材料中的分散性进行表征。结果表明,添加VA质量分数为14%的EVA制备的纳米复合材料介电性能要好于添加VA质量分数为50%的EVA,并且此种EVA质量分数为9%时,MgO粒子尺寸为56nm^76nm,达到了纳米级分散,有效地降低了复合材料中的空间电荷密度,对复合材料的体积电阻率和直流击穿场强均有提高。     

纳米ZnO填充乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的动态流变行为

为提供纳米ZnO/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)复合材料加工及性能优化的理论依据,通过熔融共混法制备了纳米ZnO/EVA复合材料,采用DSC研究了复合材料的熔融结晶行为,采用旋转流变仪分析了纳米ZnO质量分数以及偶联剂表面处理对复合材料体系动态流变行为的影响。结果表明:随着纳米ZnO质量分数的提高,纳米ZnO/EVA复合材料的结晶温度和熔融温度均先上升后下降;但改性纳米ZnO质量分数对改性纳米ZnO/EVA复合材料的熔融温度和结晶温度影响不大。当纳米ZnO的质量分数大于20%时,纳米ZnO/EVA体系的复数黏度发生突变,储存模量-角频率曲线在低频区出现第二平台,对应于应变扫描曲线上出现的两段线性黏弹区域,表明因纳米ZnO粒子间相互关联、团聚及粒子与基体间的相互作用形成了局部有序的逾渗网络结构;而纳米ZnO经偶联剂表面处理后,体系的复数黏度下降,储存模量-角频率曲线没有出现平台,说明改性纳米ZnO在复合材料体系中分散得更加均匀。研究表明偶联剂对纳米ZnO的表面处理改善了纳米ZnO在EVA中的分散性。     

纳米SiC/低密度聚乙烯复合材料的空间电荷与电导特性

利用熔融共混法制得不同纳米SiC质量分数（0.5%、2.0%、3.0%）的纳米SiC/低密度聚乙烯（LDPE）复合材料,研究了添加纳米SiC颗粒对LDPE介电性能的影响。利用SEM观测了纳米SiC颗粒的分散特性,利用电声脉冲（PEA）法测得40 kV/mm场强作用下纳米SiC/LDPE复合材料的空间电荷分布特性。利用热刺激电流（TSC）进一步验证纳米SiC添加能够提高LDPE的陷阱浓度。结果表明:纳米SiC颗粒能够均匀地分散在LDPE中,未出现较大的团聚现象。纳米SiC质量分数为0.5%、2.0%和3.0%的纳米SiC/LDPE复合材料空间电荷注入量明显低于LDPE。短路600 s后的残留空间电荷密度远小于LDPE。纳米SiC/LDPE复合材料的空间电荷注入量与电导率均随着纳米SiC的增加而减少。纳米SiC质量分数为3.0%的纳米SiC/LDPE复合材料场强非线性系数为2.6,远小于LDPE的4.3。TSC曲线表明纳米SiC/LDPE复合材料内部制造了大量的陷阱,抑制了载流子在材料内部的输运,从而阻碍了空间电荷的迁移和积聚。      

纳米MgO制备方法对MgO/LDPE纳米复合材料介电性能的影响

本文对比分析了传统法和微波辅助法合成的Mg(OH)2对所制备的纳米MgO晶粒尺寸和表面形貌的影响,以及纳米MgO不同制备方法对MgO/LDPE纳米复合材料空间电荷、体积电阻率及直流击穿场强的影响.结果表明,传统法制备的纳米MgO晶粒尺寸为22.74 nm,微波辅助法制备的纳米MgO的晶粒尺寸为12.76 nm,MgO质量分数为2%时有效降低了复合材料内部空间电荷的积聚,对复合材料的体积电阻和击穿场强均有提高.     

纳米粒子形貌对聚吡咯/LDPE纳米复合材料直流介电性能的影响

为了研究不同微观形貌的纳米导电粒子对低密度聚乙烯(LDPE)直流介电性能的影响,本文采用软模板法制备了直径约100 nm的聚吡咯(PPy)纳米球和纳米线,并将其与LDPE熔融共混制备得到了PPy/LDPE纳米复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)观察了PPy纳米粒子的微观形貌及其在PPy/LDPE纳米复合材料中的分散结构,并测试了复合材料的结晶度、空间电荷分布、介电谱、不同温度下的直流电导电流及直流击穿强度等介电性能。结果表明：PPy纳米粒子的加入可以提高LDPE的结晶度,抑制LDPE中空间电荷的累积,降低其相对介电常数、直流电导电流和直流击穿强度,其中PPy纳米球的加入可在不同温度下使LDPE直流电导电流降低1个数量级以上,而对其直流击穿强度的影响较小,并且在较高温度下可将LDPE的直流击穿强度提升4.4%。PPy纳米球对LDPE绝缘材料直流介电性能的改善效果要优于PPy纳米线。     

微纳米SiO_2/低密度聚乙烯复合材料的空间电荷性能

高压直流绝缘材料中空间电荷积聚限制了直流输电的发展。为探讨微米SiO_2、纳米SiO_2、微纳米SiO_2及制备工艺对SiO_2/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料空间电荷特性的影响。分别利用SEM、FTIR和DSC等对不同SiO_2/LDPE复合材料的微结构、结晶特性等进行了表征,利用热刺激电流(TSC)法研究其陷阱特性,通过电声脉冲(PEA)法研究其空间电荷特性。结果表明:SiO_2的引入使LDPE的晶粒尺寸减小,结晶度提高;SiO_2/LDPE复合材料的TSC曲线所包络面积增大,微米SiO_2的引入使TSC峰向低温方向偏移,而纳米SiO_2的引入使TSC峰向高温方向移动;SiO_2/LDPE复合材料表现出对空间电荷不同程度的抑制作用。微纳米SiO_2/LDPE复合材料的制备工艺对其性能有一定的影响,以母料形式制备微纳米SiO_2/LDPE复合材料时,其性能与后加入无机颗粒对应的SiO_2/LDPE复合材料更接近。     

纳米SiO2分散性对SiO2/LDPE纳米复合材料直流介电性能的影响

SiO₂/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料的介电性能与纳米SiO₂在LDPE基体中的分散性密切相关。为研究室温下拉伸处理对纳米SiO₂颗粒在LDPE基体中分散性的作用机制,本文选取7 nm粒径的疏水型纳米SiO₂与LDPE熔融共混制备SiO₂/LDPE纳米复合材料。将制备好的纳米复合材料经过三次拉伸处理,利用SEM、DSC表征纳米粒子的分散性及复合材料的结晶度,利用热刺激电流法(TSC)测试分析复合材料的陷阱能级和陷阱密度。通过对纳米复合材料的空间电荷,电导电流,直流击穿强度进行实验测试,研究了拉伸对纳米粒子分散性的影响及其所导致的直流介电性能的改变。结果表明室温下拉伸有助于纳米粒子的分散,使纳米SiO₂粒子的团聚尺寸从200 nm左右缩减到100 nm左右;但拉伸会破坏LDPE的结晶结构,劣化其性能;通过掺杂纳米SiO₂引入深陷阱能级可以改善LDPE的直流介电性能。经过拉伸的SiO₂/LDPE的空间电荷积累得到...     

多层介孔纳米MgO/低密度聚乙烯复合材料的制备及其绝缘性能

塑料高压直流电缆在电力输运中,绝缘层容易发生电子及空穴注入并局部积聚,形成空间电荷包,长期运行容易引发绝缘失效。为此,抑制电子及空穴的注入、积聚,防止空间电荷包的产生是制备塑料高压直流电缆的关键技术。通过制备多层介孔结构纳米MgO,采用低沸点溶剂法,实现了纳米MgO在低密度聚乙烯(LDPE)中的均匀分散。研究了1wt%纳米MgO/LDPE复合材料的空间电荷行为、直流击穿强度、热刺激电流及介电特性。结果表明:添加1wt%纳米MgO的LDPE在70 kV/mm电场下有效地抑制了空间电荷积聚,提高了直流击穿强度,降低了介电常数;热刺激电流研究表明纳米MgO形成了新的陷阱,有效捕获了载流子,形成独立电场,避免了局部有效电场,形成新的势垒,抑制了电极载流子的注入,最终抑制了空间电荷积聚。      

深度混炼对纳米SiO2/低密度聚乙烯复合材料分散性与直流电性能影响

利用同向平行双螺杆挤出机对纳米SiO₂/低密度聚乙烯（LDPE）复合材料进行深度混炼,采用SEM、直流击穿强度试验及变温空间电荷试验研究了该工艺对纳米SiO₂/LDPE复合体系中纳米SiO₂颗粒分散性、直流击穿强度和空间电荷特性的影响,综合评估了纳米SiO₂颗粒分散性改善和纳米SiO₂/LDPE复合材料熔融状态下机械剪切降解对电性能的影响。结果表明,随着混炼次数的增加,纳米SiO₂颗粒在LDPE中分散的更加均匀;深度混炼与单次混炼相比,SiO₂/低密度聚乙烯复合材料直流击穿强度上升,室温下达到433.1 kV/mm;随着混炼次数的增加,SiO₂/低密度聚乙烯复合材料低温时抑制空间电荷能力变强,但60℃以上高温时抑制能力变差。混炼次数的增加改善了纳米SiO₂颗粒的分散性,使其与LDPE基体的界面增多,同时,纳米SiO₂颗粒还使SiO₂/低密度聚乙烯复合材料的片晶厚度增大,结晶度升高,界面区和力学性能都随着分散性改善而增加和增强,两者共同促进了SiO₂/低密度聚乙烯复合材料电学性能的改善。但是由于深度混炼引发了材料降解,结构缺陷的增多影响了纳米SiO₂/LDPE复合材料高温区的空间电荷抑制性能。     

Improved electrical insulating properties of LDPE based nanocomposite: Effect of surface modification of magnesia nanoparticles

Three silane coupling agents with amino, long alkyl chain or vinyl functional groups were used to modify magnesia (MgO) nanoparticles. The modified nanoparticles were then mechanically mixed with low-density polyethylene (LDPE) to fabricate insulating nanocomposites. The average size of the modified MgO aggregates dispersed in LDPE matrix was below 100 nm. The pulsed electroacoustic method indicated that the MgO nanoparticles regardless of surface modification were effective to suppress the packet-like charge injection and accumulation in the LDPE sample, decrease the permittivity and tan δ, and also improved the direct-current breakdown strength of LDPE at different temperatures. The best insulating properties were found in the case of vinyl-silane-modified-MgO/LDPE samples probably owing to the improved interfacial adhesion. A multi-core model was used to discuss the results obtained.     

纳米SiO2/低密度聚乙烯复合材料的陷阱特性与电击穿机制

以低密度聚乙烯（LDPE）为聚合物基体,通过熔融共混的方式填充不同粒径的纳米SiO₂无机颗粒,制备纳米SiO₂/LDPE复合材料,研究提高聚乙烯电绝缘性能的纳米改性方法和机制。利用SEM表征纳米SiO₂在LDPE基体中的微观形态和分散程度,采用DSC和偏光显微镜（PLM）分析纳米SiO₂对LDPE基体结晶度和结晶形态的影响,通过热刺激电流法（TSC）分析纳米SiO₂/LDPE复合材料的陷阱密度和陷阱能级,并结合电击穿的Weibull分布研究纳米复合材料的击穿机制。研究结果表明:纳米SiO₂填充可以改变复合材料结晶度,进而增加LDPE基体本征结构缺陷和陷阱密度,同时填充纳米SiO₂颗粒可引入比LDPE基体本征陷阱更深的陷阱能级,纳米SiO₂填充颗粒引入的陷阱能级深度随着复合材料结晶度的增加而先增大后减小,填充浓度3wt%时可最有效地通过俘获载流子而抑制电击穿过程,纳米SiO₂/LDPE复合材料的击穿场强达到最高值。与60 nm SiO₂颗粒相比,30 nm SiO₂填充颗粒具有更高的比表面积,界面电极化导致更高的介电常数,更高密度的纳米界面深陷阱态对于提高电击穿场强更有效。当填充浓度为5wt%时,纳米颗粒的团聚作用导致纳米复合材料的击穿强度降低。基于电双层理论提出了电子捕捉模型和界面结构模型,合理阐释了纳米SiO₂/LDPE复合材料的微观陷阱特性及宏观电击穿机制。