電纜在持續(xù)工作中會(huì)產(chǎn)生熱量,聚乙烯材料的熱導(dǎo)率較低,熱量較難消散,致使熱老化成為影響絕緣材料的使用壽命和安全性能的關(guān)鍵問(wèn)題。其次,在高壓直流輸電過(guò)程中,空間電荷的積累會(huì)導(dǎo)致局部電場(chǎng)發(fā)生嚴(yán)重畸變,從而嚴(yán)重影響到的絕緣材料的老化和擊穿性能。因此,制備具有高導(dǎo)熱率且電學(xué)性能優(yōu)異的聚乙烯基復(fù)合材料并對(duì)其影響機(jī)理進(jìn)行研究將為聚乙烯用作高壓直流輸電電纜材料提供參考。對(duì)此,本文著重研究了BN/LDPE納米復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能及電學(xué)性能,同時(shí)以空間電荷特性作為切入點(diǎn),深入探討了不同摻雜濃度對(duì)BN/LDPE復(fù)合材料電性能的影響機(jī)制。通過(guò)熔融共混及熱壓的方式制備了不同摻雜濃度的BN/LDPE納米復(fù)合薄膜。采用掃描電鏡（SEM）、傅里葉紅外光譜（FT-IR）表征了薄膜的納米顆粒分散情況、斷面微觀形貌及結(jié)構(gòu)成分,確認(rèn)了納米復(fù)合材料摻雜效果。研究結(jié)果顯示,通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程中熱壓的溫度以及加壓的時(shí)間,可以制備出分散均勻的納米BN/LDPE復(fù)合薄膜。利用電聲脈沖法對(duì)不同比例摻雜的BN/LDPE復(fù)合薄膜在40 k V/mm的場(chǎng)強(qiáng)下加壓以及短路過(guò)程中的空間電荷分布的進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,氮化硼摻雜后有效抑制了空間電荷的... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱理工大學(xué)黑龍江省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

納米復(fù)合材料中的多殼模型

哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文8(a)介電雙層及其電位分布(b)介電雙層形成導(dǎo)電通道圖1-2納米電介質(zhì)介電雙層模型Fig.1-2Thedielectricbilayermodelofnanodielectric圖中A指代納米復(fù)合介質(zhì)中的納米填料，B指代聚合物基體，AB為他們之間的界面區(qū)域。當(dāng)處于高壓作用下，聚合物基體中可自由遷移的電荷和被電離的電荷兩者構(gòu)成了擴(kuò)散電荷雙電層。當(dāng)摻雜物濃度增加時(shí)，載流子濃度增大，電場(chǎng)作用下其遷移速率也隨之增加，介電雙層開(kāi)始出現(xiàn)重疊，在基體內(nèi)形成一個(gè)導(dǎo)電通道。介電雙層模型對(duì)納米復(fù)合電介質(zhì)的空間電荷行為、體積電阻率和擊穿電壓等特性做出了理論上的解釋。3.水殼模型此模型針對(duì)納米電介質(zhì)在潮濕環(huán)境下的介電弛豫現(xiàn)象做出了詳盡解釋[33]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)摻雜納米填料的形狀輪廓和粒徑尺寸影響納米電介質(zhì)的吸潮性能，進(jìn)而影響介電性能[34]。在干燥情況下，水殼太薄將不會(huì)使其發(fā)生重疊，結(jié)構(gòu)如圖1-3(a)所示。若處于潮濕環(huán)境下，無(wú)機(jī)納米顆粒的表面具有親水性，逐漸吸收環(huán)境中的水分在外表面形成一層“水殼”，如圖1-3(b)所示。當(dāng)納米顆粒的摻雜濃度達(dá)到較高比例時(shí)，“水殼”區(qū)域?qū)⒂锌赡馨l(fā)生重疊，形成導(dǎo)電通道，增大了復(fù)合介質(zhì)的介電常數(shù)以及介電損耗，降低了復(fù)合介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。

哈爾濱理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文152.3結(jié)構(gòu)表征2.3.1電子掃描顯微鏡掃描電鏡（SEM）為SU8020型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，1kV電壓下，電鏡的分辨率為1.3nm。本實(shí)驗(yàn)選用的測(cè)試樣品為納米氮化硼摻雜濃度1%的未經(jīng)表面處理試樣以及加入了相容劑表面處理后的薄膜試樣。測(cè)試前，薄膜需要先在液氮中急速冷區(qū)、進(jìn)行淬斷，再用掃描電鏡進(jìn)行觀測(cè)。圖2-1a)BN/LDPE復(fù)合薄膜與b)加入相容劑BN/LDPE復(fù)合薄膜的SEM圖Fig.2-1SEMimagesofthea)BN/LDPEcompositesandb)BN/LDPEcompositeswithcompatibilizer圖2-1a)和b)分別為BN/LDPE復(fù)合薄膜與加入相容劑的BN/LDPE復(fù)合薄膜的斷面形貌圖。2-1a）所示為未經(jīng)表面處理的納米氮化硼顆粒摻雜濃度為1%時(shí)的斷面形貌。可以看出，BN顆粒分布并不均勻，在低密度聚乙烯中存在團(tuán)簇現(xiàn)象。圖中比較明亮的區(qū)域是分散在聚乙烯中的氮化硼粒子，而暗的區(qū)域則表示連續(xù)相中的低密度聚乙烯基體。聚集在一起形成了尺度在200~400nm左右較大的氮化硼粒子，而且亮暗區(qū)域分明。而圖2-1b)中，無(wú)機(jī)相的尺度明顯減小，圖中可以明顯看出氮化硼填料在經(jīng)相容劑KH550改性的低密度聚乙烯基體中分散比較均勻,相容劑使得納米氮化硼顆粒與低密度聚乙烯的相容性得到了很大的改善。

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