分別以導(dǎo)電炭黑（C-CB）和絕緣炭黑（I-CB）作為納米填充相,研究不同性能炭黑（CB）對(duì)低密度聚乙烯（LDPE）空間電荷特性的影響。采用多種測(cè)試方法對(duì)CB微觀形貌和表面化學(xué)特性進(jìn)行表征。利用電聲脈沖（PEA）法測(cè)量LDPE及其納米復(fù)合介質(zhì)的空間電荷分布,并結(jié)合動(dòng)態(tài)機(jī)械分析法（DMA）和熱刺激電流法（TSC）探索CB改善LDPE空間電荷特性的作用機(jī)理。結(jié)果表明:C-CB比I-CB具有更長(zhǎng)的鏈狀結(jié)構(gòu)和較少的表面基團(tuán),可與LDPE產(chǎn)生更強(qiáng)的相互作用;C-CB/LDPE和I-CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)均能夠有效地抑制空間電荷積聚,其中前者的空間電荷抑制能力更強(qiáng)。分析認(rèn)為復(fù)合介質(zhì)空間電荷性能改善是由于CB與LDPE相互作用,減少了參與α松弛的分子形成的缺陷數(shù)量,降低了LDPE內(nèi)的陷阱密度。 

【文章來源】：電機(jī)與控制學(xué)報(bào). 2017,21(06)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

－CB及I－CB的TEM照片

圖1C－CB及I－CB的TEM照片F(xiàn)ig．1TEMimagesofC－CBandI－CB圖2C－CB和I－CB的紅外光譜圖Fig．2FTIRspectraofC－CBandI－CB圖3C－CB和I－CB的光電子能譜Fig．3XPSspectraofC－CBandI－CB2．2CB粒子分散性本文應(yīng)用日立SU8020掃描電鏡(scanningelec-tronmicroscope，SEM)觀察CB顆粒在LDPE基體中的分散狀態(tài)。將厚度為1mm的CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)試樣浸入液氮內(nèi)進(jìn)行冷凍和脆斷，然后對(duì)試樣斷面進(jìn)行觀察。日立SU8020掃描電鏡采用冷場(chǎng)發(fā)射技術(shù)，可在較低的加速電壓下進(jìn)行測(cè)試，從而抑制電荷積聚現(xiàn)象的發(fā)生，具有較強(qiáng)的成像能力。C－CB/LDPE和I－CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)在1kV加速電壓下觀察到的CB分散狀態(tài)如圖4所示，圖中圓圈標(biāo)記的為CB顆粒。由圖4(a)和4(b)可以看出，填加的C－CB和I－CB顆粒都均勻的分散于LDPE基體中幾乎無團(tuán)聚現(xiàn)象。復(fù)合介質(zhì)內(nèi)的C－CB和I－CB顆粒都達(dá)到了納米級(jí)分散，粒徑在100nm左右。2．3空間電荷特性LDPE的空間電荷特性如圖5(a)所示，由圖5(a)可知，在40kV/mm場(chǎng)強(qiáng)下極化30s時(shí)LDPE試樣內(nèi)部已有明顯空間電荷積聚，并隨著電場(chǎng)作用時(shí)間的延長(zhǎng)，積聚的電荷量逐漸增加。C－CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)的空間電荷分布如圖5(b)所示，由圖可知可以看出，在電場(chǎng)作用的30min時(shí)間范圍內(nèi)僅在試樣中間位置有少量電荷出現(xiàn)，C－CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)表現(xiàn)出優(yōu)異空間電荷抑制能力。I－CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)的空間電荷分布如圖5(c)所示，由圖5(c)可見，在I－CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)的電極附近有少量空間電荷積聚，積聚的電荷量幾乎不隨電場(chǎng)作用時(shí)間發(fā)生變化。I－CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)積聚的電荷量明顯少于第6期閆志雨等:基于α松弛分析CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)空間電荷特性53

圖1C－CB及I－CB的TEM照片F(xiàn)ig．1TEMimagesofC－CBandI－CB圖2C－CB和I－CB的紅外光譜圖Fig．2FTIRspectraofC－CBandI－CB圖3C－CB和I－CB的光電子能譜Fig．3XPSspectraofC－CBandI－CB2．2CB粒子分散性本文應(yīng)用日立SU8020掃描電鏡(scanningelec-tronmicroscope，SEM)觀察CB顆粒在LDPE基體中的分散狀態(tài)。將厚度為1mm的CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)試樣浸入液氮內(nèi)進(jìn)行冷凍和脆斷，然后對(duì)試樣斷面進(jìn)行觀察。日立SU8020掃描電鏡采用冷場(chǎng)發(fā)射技術(shù)，可在較低的加速電壓下進(jìn)行測(cè)試，從而抑制電荷積聚現(xiàn)象的發(fā)生，具有較強(qiáng)的成像能力。C－CB/LDPE和I－CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)在1kV加速電壓下觀察到的CB分散狀態(tài)如圖4所示，圖中圓圈標(biāo)記的為CB顆粒。由圖4(a)和4(b)可以看出，填加的C－CB和I－CB顆粒都均勻的分散于LDPE基體中幾乎無團(tuán)聚現(xiàn)象。復(fù)合介質(zhì)內(nèi)的C－CB和I－CB顆粒都達(dá)到了納米級(jí)分散，粒徑在100nm左右。2．3空間電荷特性LDPE的空間電荷特性如圖5(a)所示，由圖5(a)可知，在40kV/mm場(chǎng)強(qiáng)下極化30s時(shí)LDPE試樣內(nèi)部已有明顯空間電荷積聚，并隨著電場(chǎng)作用時(shí)間的延長(zhǎng)，積聚的電荷量逐漸增加。C－CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)的空間電荷分布如圖5(b)所示，由圖可知可以看出，在電場(chǎng)作用的30min時(shí)間范圍內(nèi)僅在試樣中間位置有少量電荷出現(xiàn)，C－CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)表現(xiàn)出優(yōu)異空間電荷抑制能力。I－CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)的空間電荷分布如圖5(c)所示，由圖5(c)可見，在I－CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)的電極附近有少量空間電荷積聚，積聚的電荷量幾乎不隨電場(chǎng)作用時(shí)間發(fā)生變化。I－CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)積聚的電荷量明顯少于第6期閆志雨等:基于α松弛分析CB/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)空間電荷特性53

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]先進(jìn)交直流輸電技術(shù)在中國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 湯廣福,龐輝,賀之淵.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2016(07)
[2]納米粒子分散性對(duì)SiO2/LDPE納米復(fù)合介質(zhì)直流介電性能的影響[J]. 楊佳明,趙洪,鄭昌佶,王暄,楊超塵.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2015(19)
[3]基于RMC的海上風(fēng)電多端高壓直流輸電研究[J]. 鄧文浪,陳勇奇,郭有貴,袁婷,蔣衛(wèi)龍.  電機(jī)與控制學(xué)報(bào). 2014(11)
[4]交聯(lián)聚乙烯絕緣高壓直流電纜電場(chǎng)分布計(jì)算[J]. 葉信紅,韓寶忠,黃慶強(qiáng),趙洪,楊佳明.  電機(jī)與控制學(xué)報(bào). 2014(05)
[5]炭黑填充橡膠復(fù)合材料的宏細(xì)觀力學(xué)行為研究[J]. 李慶,楊曉翔.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2013(18)
[6]MgO/LDPE納米復(fù)合材料抑制空間電荷及電樹枝化特性[J]. 趙洪,徐明忠,楊佳明,張文龍,王暄,雷清泉.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2012(16)
[7]納米ZnO/低密度聚乙烯復(fù)合材料的介電特性[J]. 王霞,成霞,陳少卿,鄭曉泉,屠德民.  中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2008(19)
[8]碳納米管和炭黑在橡膠體系增強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng)[J]. 范壯軍,王垚,羅國(guó)華,李志飛,魏飛.  新型炭材料. 2008(02)
[9]聚乙烯/炭黑復(fù)合材料導(dǎo)電體系的結(jié)構(gòu)形態(tài)[J]. 沈烈,益小蘇.  高分子學(xué)報(bào). 2001(01)

博士論文
[1]聚乙烯基無機(jī)納米復(fù)合電介質(zhì)的陷阱特性與電性能研究[D]. 田付強(qiáng).北京交通大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3302582