發(fā)布時間：2020-10-31 18:43

　　 納米顆粒摻雜聚合物材料目前已成為改善電線電纜絕緣材料空間電荷積累等問題的主流方法,但團聚等現象大大影響了納米復合材料的使用。因此,本論文采用低密度聚乙烯(LDPE)作為基體材料,選擇不同含量的相容劑(LDPE-g-MAH)對基體材料進行改性,然后摻雜納米MgO顆粒,通過不同的測試表征手段來研究相容劑對納米復合材料空間電荷特性及其他性能的影響,討論材料微觀結構與宏觀性能的聯(lián)系,為電纜絕緣材料的研發(fā)和工程應用提供理論參考。論文闡述了聚合物共混體系相容原理、聚合物復合材料界面理論與聚合物空間電荷原理,為后續(xù)實驗提供了理論基礎。通過熔融共混的方法制備了純LDPE、MgO/LDPE與MgO/LDPE-g-MAH/LDPE三種薄膜樣品。經掃描電鏡觀察,MgO/LDPE復合材料分散較為均勻,但仍有團聚現象,而經相容劑改性的MgO/LDPE-g-MAH/LDPE薄膜的相容性好,MgO顆粒分散更加均勻,幾乎無團聚現象。采用電聲脈沖法(PEA)測試表征了經不同相容劑含量改性的納米復合聚乙烯材料在加壓與短路下的空間電荷特性。測試結果表明,質量分數為1wt%的MgO/LDPE復合材料較純LDPE薄膜來說,能夠抑制空間電荷積累,但由于納米顆粒團聚的現象,材料內部出現正負電荷交替的空間電荷包。而經相容劑改性后的MgO/LDPE-g-MAH/LDPE薄膜能有效抑制空間電荷,其中相容劑含量為10wt%的作用最為明顯,能減少空間電荷包的產生,材料內部空間電荷密度值由6.79C/m~3減少到0.35C/m~3。采用寬頻介電譜與光激電流法(PSD)研究了相容劑對MgO/LDPE薄膜材料介電性能與陷阱特性的影響,寬頻介電譜實驗結果表明,MgO/LDPE-g-MAH/LDPE薄膜的介電常數較未改性的小,但仍比純LDPE的介電常數高。PSD實驗結果表明,MgO/LDPE復合材料的深陷阱密度較純LDPE增加,淺陷阱的密度相對減小,這與其材料內部出現空間電荷包的現象相一致。MgO/LDPE-g-MAH/LDPE薄膜的陷阱能級分布大約5.18~5.91eV,相容劑含量為10wt%的譜峰面積最少,說明加入10wt%的相容劑能夠使得MgO/LDPE復合材料的陷阱密度大大減小。
【學位單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TQ325.12;TB383.2
【部分圖文】：

為增加納米 MgO 顆粒與有機基體個問題：1）對納米 MgO 顆粒表面進行改性；文選用高分子偶聯(lián)劑（相容劑）來對聚乙烯基接枝低密度聚乙烯（LDPE-g-MAH）作為相容用的相容劑大部分是以馬來酸酐（MAH）作為端為相容劑材料的的反應基團或者官能團，活性相容劑制備較為容易。從結構上來講，主要是的一部分與低密度聚乙烯基體有優(yōu)異的相容性酸酐端基，能夠與具有強極性的納米氧化鎂顆基體表面產生的極性官能團和納米顆粒協(xié)同作用模型闡述相容劑馬來酸酐接枝低密度聚乙烯（LDPE材料相容性的影響，通過不同相容劑的作用機反應型相容劑與非反應型相容劑，以下是兩種不共混體系的模型，如圖 2-2。

該模型認為，這種界面區(qū)域約為 2-9nm 厚的三層結構，而這三層結構包括：納米顆粒表面的鍵合成、處于中間位置的邊界層與緊鄰聚合物基體的松散層。由于在電場條件下，兩相界面區(qū)域會收到電場影響，存在庫侖力的相互疊加，當聚合物基體中有可移動的電荷時，在 Gouy-Chapnan 擴散層內會存在納米粒子與聚合物基體的界面處會感應出與基體相反極性的電荷分布，該感應電荷的分布遵循 Born 近似值的原則。當納米粒子的間距比較小時，界面區(qū)域會出現重疊的情況。Tanaka 等人運用多核結構模型闡述了納米復合電介質材料所具有的耐MgOMgO納米顆粒/相容劑/基體,所形成的界面部分聚乙烯基體納米 MgO 表面 相容劑官能團

哈爾濱理工大學工學碩士學位論文e）最后，把壓制成膜的 MgO/LDPE-g-MAH/LDPE 實驗樣品于真空干燥箱中干燥 24 小時，以避免水分與樣品內部的殘留應力對實驗的影響。3.2.3 LM 與 GLM 型樣品的結構表征本實驗采用掃描電鏡（SEM）來對樣品進行結構表征。所測試樣品為質量分數為 1wt%的 MgO 填料摻雜 LDPE（LM 型）樣品與 1wt%的 MgO 填料摻雜經相容劑改性的 LDPE（GLM-1 型）樣品，主要是為了觀察納米填料在 LDPE基體中的分散情況及在經相容劑改性的 LDPE 基體中的分散情況。
【參考文獻】

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本文編號：2864350