為了研究聚合物/無機(jī)微納米復(fù)合物的耐電樹枝性能,采用熔融共混法制備了環(huán)氧樹脂/二氧化硅/蒙脫土（EP/SiO₂/MMT）微納米復(fù)合材料,利用針–板電極系統(tǒng)同時(shí)配合數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)對(duì)純EP及其復(fù)合材料試樣進(jìn)行電樹枝引發(fā)并記錄樹枝的生長過程以及形貌特征,對(duì)比研究了4種試樣的起樹率、電樹枝發(fā)展過程、電樹枝長度、擴(kuò)展系數(shù)和形態(tài)特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:與純環(huán)氧樹脂相比,微米復(fù)合材料和微納米復(fù)合材料起樹率較低,而納米復(fù)合材料和微納米復(fù)合材料電樹枝長度較短,在所研究的4種試樣中,微納米復(fù)合材料具有最大的擴(kuò)展系數(shù)。利用景深合成技術(shù),獲得了環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料中電樹枝的疊層立體圖像和電樹枝通道細(xì)節(jié),據(jù)此建立了EP/SiO₂/MMT微納米復(fù)合材料電樹枝發(fā)展的模型。 

【文章來源】：高電壓技術(shù). 2017,43(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

電樹枝試樣示意圖

硎黽蚪啵?諍笮?急砑靶鶚鮒蟹直鷯?EP代表純環(huán)氧樹脂，MC代表含微米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的EP/SiO2微米復(fù)合材料，NC代表含納米MMT質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的EP/MMT納米復(fù)合材料，MNC代表微米SiO2和納米MMT質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別占2%和1%的EP/SiO2/MMT微納米復(fù)合材料。1.2復(fù)合材料耐電樹枝性能研究電樹枝引發(fā)實(shí)驗(yàn)采用針板電極系統(tǒng)，針板電極系統(tǒng)試樣如圖1所示，其中針尖曲率半徑為3μm，針板間距為2mm。本文采用電樹枝引發(fā)與數(shù)字?jǐn)z像聯(lián)合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，觀察施加9kV工頻電壓的2h實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，電樹枝的引發(fā)及生長情況。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。2結(jié)果與討論2.1電樹枝的生長特性環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料試樣的電樹枝引發(fā)情況如表1所示，試樣生長長度>10μm即視為起樹[10]。從表中數(shù)據(jù)可以看出，微米復(fù)合材料MC的起樹率相對(duì)于其他試樣的起樹率要低，而純環(huán)氧樹脂EP和納米復(fù)合材料NC的試樣則全部起樹。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是由于微米填料自身的熱傳導(dǎo)性能優(yōu)于納米填料，當(dāng)高電場導(dǎo)致針電極產(chǎn)生電子發(fā)射時(shí)，高能電子轟擊所產(chǎn)生的熱量被微米顆粒所耗散，對(duì)聚合物分子鏈段的熱腐蝕效應(yīng)降低，使得電樹枝通道難以形成，因此，電樹枝引發(fā)概率降低。圖1電樹枝試樣示意圖Fig.1Schematicdiagramofelectricaltreespecimen注：1—計(jì)算機(jī)；2—數(shù)字?jǐn)z像系統(tǒng)；3—板電極；4—光源；5—導(dǎo)電棒；6—絕緣油；7—針電極；8—電樹枝試樣；9—地線圖2電樹枝實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)Fig.2Experimentalsystemofelectricaltree表1不同試樣的起樹情況Table1Surveyofemergingelectricaltreeinsamples試樣總數(shù)起樹數(shù)量未起樹數(shù)量擊穿數(shù)量起樹率/%EP202000100MC20128060MNC20173085NC202000100

2810高電壓技術(shù)2017,43(9)圖3所示為120min內(nèi)電樹枝生長長度L隨時(shí)間t變化的曲線，由圖可見：純EP試樣的電樹枝生長初期，即前5min階段，電樹枝生長速度極快，約為61.1μm/min，在5~60min內(nèi)電樹枝生長速度大幅減緩接近于8.3μm/min，而在接下來的60min里，樹枝生長速率僅為0.9μm/min，生長幾乎停滯。與純EP相似，MNC試樣中電樹枝生長更早進(jìn)入停滯期，將這一時(shí)間提前至30min。對(duì)于NC試樣，電樹枝的生長比較緩慢，但并未出現(xiàn)明顯的滯長階段，只是于90min開始樹枝生長速率趨于更緩慢。出現(xiàn)以上現(xiàn)象可能是因?yàn)�，電樹枝引發(fā)后，在樹枝通道內(nèi)不斷發(fā)生局部放電而促使電樹枝長度迅速增加，但樹枝長度增加的同時(shí)也在樹枝末端形成空間電荷積聚，空間電荷形成的電場屏蔽效應(yīng)降低了電樹枝末端局部放電發(fā)生的概率，所以電樹枝生長速率趨緩，當(dāng)局部放電難以在電樹枝末端發(fā)生時(shí)，電樹枝出現(xiàn)生長停滯現(xiàn)象。將電樹枝引發(fā)120min的試樣每組取10個(gè)試樣對(duì)電樹枝沿針板方向的長度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到如圖4所示的電樹枝生長長度柱狀圖。從圖4可見，純EP試樣的電樹枝平均生長長度是最長的，達(dá)到813.2μm，而復(fù)合材料的電樹枝長度相對(duì)較短，MC、MNC和NC的電樹枝平均長度分別為485.2μm、229.5μm和198.9μm。其中MNC和NC表現(xiàn)出優(yōu)異的耐電樹枝能力，平均長度只有純EP試樣的28.2%和24.5%。NC和MNC復(fù)合材料試樣電樹生長長度較短的原因可能是因?yàn)榧{米MMT片層具有的阻擋效應(yīng)，使得電樹枝放電通道生長至粒子周圍時(shí)，無法穿過粒子，只能繞過其繼續(xù)生長，導(dǎo)致放電路徑轉(zhuǎn)折，即形成“Z型路徑”，這一過程需要更多的能量，故樹枝生長長度較短。納米復(fù)合材料NC抑制電樹枝生長性能最為優(yōu)異的原因主要是因?yàn)榧{米MMT片層結(jié)構(gòu)與聚合物基體形成了更多比表面積巨大的界?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]環(huán)氧樹脂在低溫環(huán)境下的電樹枝生長特性[J]. 杜伯學(xué),張苗苗,姜恵蘭,劉弘景,傅明利,侯帥.  高電壓技術(shù). 2016(02)
[2]無機(jī)微米填料改性聚酰亞胺復(fù)合材料非線性電導(dǎo)特性[J]. 劉晨陽,鄭曉泉,彭平.  高電壓技術(shù). 2015(12)
[3]表層氟化環(huán)氧納米復(fù)合材料表面的電荷動(dòng)態(tài)特性[J]. 李昂,杜伯學(xué),徐航,李忠磊,肖萌,韓濤.  高電壓技術(shù). 2015(02)
[4]納米氮化鋁改性對(duì)芳綸1313絕緣紙介電特性的影響[J]. 柏舸,廖瑞金,劉娜,柳海濱,楊麗君,Shakeel Akram.  高電壓技術(shù). 2015(02)
[5]頻率對(duì)硅橡膠起樹電壓及電樹枝形態(tài)的影響[J]. 聶瓊,周遠(yuǎn)翔,陳錚錚,陳海航.  高電壓技術(shù). 2009(01)
[6]交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣中的雙結(jié)構(gòu)電樹枝特性及其形態(tài)發(fā)展規(guī)律[J]. 鄭曉泉,G Chen,AE Davies.  中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2006(03)

碩士論文
[1]溫度對(duì)環(huán)氧樹脂/蒙脫土納米復(fù)合材料電樹枝特性的影響[D]. 姜禹.哈爾濱理工大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3532011