相容剂LDPE-g-MAH对MgO掺杂聚乙烯复合薄膜空间电荷特性的影响

发布时间：2020-10-31 18:43

　　 纳米颗粒掺杂聚合物材料目前已成为改善电线电缆绝缘材料空间电荷积累等问题的主流方法,但团聚等现象大大影响了纳米复合材料的使用。因此,本论文采用低密度聚乙烯(LDPE)作为基体材料,选择不同含量的相容剂(LDPE-g-MAH)对基体材料进行改性,然后掺杂纳米MgO颗粒,通过不同的测试表征手段来研究相容剂对纳米复合材料空间电荷特性及其他性能的影响,讨论材料微观结构与宏观性能的联系,为电缆绝缘材料的研发和工程应用提供理论参考。论文阐述了聚合物共混体系相容原理、聚合物复合材料界面理论与聚合物空间电荷原理,为后续实验提供了理论基础。通过熔融共混的方法制备了纯LDPE、MgO/LDPE与MgO/LDPE-g-MAH/LDPE三种薄膜样品。经扫描电镜观察,MgO/LDPE复合材料分散较为均匀,但仍有团聚现象,而经相容剂改性的MgO/LDPE-g-MAH/LDPE薄膜的相容性好,MgO颗粒分散更加均匀,几乎无团聚现象。采用电声脉冲法(PEA)测试表征了经不同相容剂含量改性的纳米复合聚乙烯材料在加压与短路下的空间电荷特性。测试结果表明,质量分数为1wt%的MgO/LDPE复合材料较纯LDPE薄膜来说,能够抑制空间电荷积累,但由于纳米颗粒团聚的现象,材料内部出现正负电荷交替的空间电荷包。而经相容剂改性后的MgO/LDPE-g-MAH/LDPE薄膜能有效抑制空间电荷,其中相容剂含量为10wt%的作用最为明显,能减少空间电荷包的产生,材料内部空间电荷密度值由6.79C/m~3减少到0.35C/m~3。采用宽频介电谱与光激电流法(PSD)研究了相容剂对MgO/LDPE薄膜材料介电性能与陷阱特性的影响,宽频介电谱实验结果表明,MgO/LDPE-g-MAH/LDPE薄膜的介电常数较未改性的小,但仍比纯LDPE的介电常数高。PSD实验结果表明,MgO/LDPE复合材料的深陷阱密度较纯LDPE增加,浅陷阱的密度相对减小,这与其材料内部出现空间电荷包的现象相一致。MgO/LDPE-g-MAH/LDPE薄膜的陷阱能级分布大约5.18~5.91eV,相容剂含量为10wt%的谱峰面积最少,说明加入10wt%的相容剂能够使得MgO/LDPE复合材料的陷阱密度大大减小。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ325.12;TB383.2
【部分图文】：

为增加纳米 MgO 颗粒与有机基体个问题：1）对纳米 MgO 颗粒表面进行改性；文选用高分子偶联剂（相容剂）来对聚乙烯基接枝低密度聚乙烯（LDPE-g-MAH）作为相容用的相容剂大部分是以马来酸酐（MAH）作为端为相容剂材料的的反应基团或者官能团，活性相容剂制备较为容易。从结构上来讲，主要是的一部分与低密度聚乙烯基体有优异的相容性酸酐端基，能够与具有强极性的纳米氧化镁颗基体表面产生的极性官能团和纳米颗粒协同作用模型阐述相容剂马来酸酐接枝低密度聚乙烯（LDPE材料相容性的影响，通过不同相容剂的作用机反应型相容剂与非反应型相容剂，以下是两种不共混体系的模型，如图 2-2。

该模型认为，这种界面区域约为 2-9nm 厚的三层结构，而这三层结构包括：纳米颗粒表面的键合成、处于中间位置的边界层与紧邻聚合物基体的松散层。由于在电场条件下，两相界面区域会收到电场影响，存在库仑力的相互叠加，当聚合物基体中有可移动的电荷时，在 Gouy-Chapnan 扩散层内会存在纳米粒子与聚合物基体的界面处会感应出与基体相反极性的电荷分布，该感应电荷的分布遵循 Born 近似值的原则。当纳米粒子的间距比较小时，界面区域会出现重叠的情况。Tanaka 等人运用多核结构模型阐述了纳米复合电介质材料所具有的耐MgOMgO纳米颗粒/相容剂/基体,所形成的界面部分聚乙烯基体纳米 MgO 表面 相容剂官能团

哈尔滨理工大学工学硕士学位论文e）最后，把压制成膜的 MgO/LDPE-g-MAH/LDPE 实验样品于真空干燥箱中干燥 24 小时，以避免水分与样品内部的残留应力对实验的影响。3.2.3 LM 与 GLM 型样品的结构表征本实验采用扫描电镜（SEM）来对样品进行结构表征。所测试样品为质量分数为 1wt%的 MgO 填料掺杂 LDPE（LM 型）样品与 1wt%的 MgO 填料掺杂经相容剂改性的 LDPE（GLM-1 型）样品，主要是为了观察纳米填料在 LDPE基体中的分散情况及在经相容剂改性的 LDPE 基体中的分散情况。
【参考文献】

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本文编号：2864350