晶须改性交联聚苯乙烯复合材料的制备及性能研究

发布时间：2020-04-23 13:28

【摘要】：交联聚苯乙烯(CLPS)块体材料是一种性能优异的高分子聚合物材料,其性能优异体现在介电损耗和介电常数较低,抗辐射能力、空间稳定性、绝缘性、模量较高等特点,因此被广泛应用在微波电路、微波通讯、雷达天线等领域。在脉冲功率系统中,交联聚苯乙烯作为绝缘材料得到了很好的应用,但是随着大型脉冲功率装置的发展,对固体绝缘材料提出了更高的要求,交联聚苯乙烯材料的力学和电学性能等已无法满足应用要求。因此,急需进一步提高交联聚苯乙烯材料的综合性能。基于以上发展背景,本文分别以四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)和碱式硫酸镁晶须(MOSw)为添加剂,采用超声分散和本体聚合的方法,通过控制四针状氧化锌晶须和碱式硫酸镁晶须在苯乙烯中的用量和分散性,制备出一系列具有不同四针状氧化锌晶须和碱式硫酸镁晶须添加量的四针状氧化锌晶须/交联聚苯乙烯复合材料和碱式硫酸镁晶须/交联聚苯乙烯复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、沿面闪络装置、高阻计、热重分析仪(TGA)等手段分别表征了不同粉体和对应添加量对复合材料的形貌结构、沿面闪络性能、电性能、热性能等方面的影响。研究结果表明:(1)无机填料的含量不同,CLPS的复合材料的结构和性能也不同。力学性能测试的结果显示T-ZnOw/CLPS复合材料的断裂伸长率和拉伸强度随着晶须含量增大均呈下降趋势;冲击强度随晶须含量的增多先增后减,当晶须含量为3 wt%时,达到最大值6.87 kJ/m2。复合材料的弹性模量和储能模量随着晶须添加量的增大同样表现出先升后降,在晶须含量为4 wt%时弹性模量达到最大值4065.8 Mpa。T-ZnOw/CLPS复合材料的热稳定性、沿面闪络性能和表面导电性能较初始CLPS得到提高。(2)MOSw/CLPS复合材料的拉伸强度一直未得到改善,复合材料的断裂伸长率均随着MOSw含量的增大而不断下降,冲击强度随着MOSw含量的增加先增后降,在MOSw为3wt%时,达到最大值12.82kJ/m2;复合材料的拉伸模量和弹性模量随着MOSw含量的增大而先增加后减少。掺入MOSw使MOSw/CLPS复合材料的热稳定性能得到提高。复合材料的沿面闪络性能随着MOSw添加量的增加而先增后减,当晶须添加量为4 wt%时,样品耐受电压Vho达到约160 kV。复合材料的的表面电阻率常数与MOSw的添加量关系不明显。
【图文】：

示意图,复合材料,触变剂,示意图

Ｔ－ＺｎＯｗ的密度远大于液态Ｓｔ，直接添加的Ｔ－ＺｎＯｗ会在有机溶液底部沉淀，达不逡逑到均匀分散的目的，为此向溶液中加入了邋Ａ－２００（纳米Ｓｉ０２颗粒）作为触变剂，以提逡逑高液体的粘度，防止Ｔ－ＺｎＯｗ的沉淀，达到均匀分散的目的。合成的流程如图２－３逡逑所示，实验对触变剂Ａ－２００的添加量进行了研宄，发现只有添加质量分数大于１％逡逑时，才能有效降低Ｔ－ＺｎＯｗ的沉降，同时又能使得Ｔ－ＺｎＯｗ在溶液中分散较均匀。逡逑考虑性价比，最终复合材料合成采用的物料质量比为单体Ｓｔ：交联剂ＤＶＢ：触变剂逡逑Ａ－２００：引发剂邋ＡＩＢＮ＝邋１００：２：１．５：０．０２。逡逑Ｔ－ＺｎＯｗ／ＣＬＰＳ复合材料的制备主要包括预聚和后聚合两个部分，由于Ｓｔ、ＤＶＢ逡逑和ＡＩＢＮ使用前需要纯化，所以具体流程包括以下几个方面：逡逑（１）

沿面闪络电压,支撑系统,绝缘子,真空

图２－４绝缘子真空沿面闪络电压测试系统逡逑（ａ）原理图（ｂ）实物图（ｃ）输出与击穿波形（ｄ）支撑系统逡逑冲击电压，通过电压示波器上的电压波形判断样品是否发生闪络，，若样络后将电压降至完全不发生闪络时的状态，然后重新调节电压。逡逑动态力学测试（ＤＭＡ）逡逑动态力学性能是指材料在振动条件下做出的力学响应，即力学性能（模温度、频率的关系。测定并分析一定温度范围内材料的动态力学性能变力学测试（ＤＭＡ）。逡逑根据公式：逡逑ｓ邋＝邋ｅ０邋ｓｉｎ邋0）ｔ逦（ｃｒ邋＝逦ａ0邋ｃｏｓ（0）ｔ）ｓ＼ｎＳ邋＋邋ａ０邋ｓｉｎ（ｏ）ｔ）邋ｃｏｓ８逦（＝邋（ｃｒｏ／￡ｏ）ｃ0ｓ＜５＞逦（，ｒ
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33

【参考文献】