电场和温度场下SiO 2 /聚合物微结构演化及介电和热性能
发布时间：2021-02-11 17:09
聚合物基纳米电介质材料因其优异的电气性能、热性能广泛应用于电气绝缘、变频电机、直流电缆等领域。由于界面层是决定纳米复合电介质材料热性能和电性能优劣的关键因素,已成为纳米电介质材料科学研究的热点。本文以非晶极性聚酰亚胺（PI）、半结晶非极性低密度聚乙烯（LDPE）和交联聚乙烯（XLPE）为基体材料,掺杂SiO2、气相SiO2（V-SiO2）、偶联剂包覆气相SiO2（K-SiO2）,研究颗粒尺寸、组分、表面修饰及基体特性等因素对复合薄膜微结构的影响;在施加电场和温度场下,研究复合薄膜微结构演化规律及对介电性能的影响。论文主要工作如下。采用原位聚合法制备了不同尺寸、组分的SiO2/PI、V-SiO2/PI和K-SiO2/PI复合薄膜,采用SAXS、TEM等测试手段表征复合薄膜微结构,研究不同尺寸、组分和表面修饰的SiO2颗粒在PI基体中的分散性及与界面层之间关系。研究结果表明,SiO2<...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
PI分子结构
图 1-2 (a)理想两项体界面 (b)弥散的片晶 (c)片晶流苏型胶束结构Figure 1-2 Two-phase structure of polymer(a) ideal interfacial (b) diffuse lamellar (c) structure of tassel micelle lamellar1973 年，Vonk[98,99]基于样品电子密度线性变化，提出一维关联函数（1DCF），计算 SAXS 数据所得到的过渡区域，这是基于对 Porod 定律修正得到的方法。1981 年，Roe 等人[100]对 Porod 定律修正后得到：在 X 射线小角衍射中，样品中存在大量缺陷，表现为正偏离；样品存在一个扩散过渡层表现为负偏离。随着技术进步，SAXS 数据由针孔准直发展为狭缝准直。尽管针孔准直使用针孔准直散射强度产生的理想方法，直接估算过渡层厚度。狭缝准值器提供一个更高强度和分辨能力及更低干扰散射，狭缝散射受到更广泛应用。1.5 论文主要研究内容本课题得到国家自然基金重点项目“交联聚乙烯绝缘材料直流介电性能改善及其机理研究”（51337002）和国家自然科学基金面上项目“同步辐射 X 射线研究外场下聚酰亚胺基纳米杂化薄膜微结构演化及对介电性能的影响”（51077028）资助。根据目前对聚合物基复合薄膜微结构与性能研究存在的问题和难点，本文
- 15 -图 1-3 研究方案Figure 1-3 Project design demonstration具体研究内容如下：1. 采用气相法制备 SiO2颗粒（V-SiO2），通过表面氨基硅烷偶联剂 KH550改性 SiO2颗粒（K-SiO2）；采用原位聚合法制备不同尺寸、组分的 SiO2/PI、V-SiO2/PI 和 K-SiO2/PI 复合薄膜，采用共混法制备 V-SiO2/LDPE、K-SiO2/LDPE、V-SiO2/XLPE 和 K-SiO2/XLPE 复合薄膜，研究颗粒表面状态对复合薄膜结构和性能的影响；2. 采用可视的 TEM 和无损的 SAXS 测试方法研究颗粒粒径分布、界面层、分形特征等复合薄膜微结构特性，探索颗粒尺寸、组分对复合薄膜微结构影响规律；对复合薄膜进行耐电晕测试，研究微结构对复合薄膜耐电晕性能的影响；3. 通过对 SiO2/PI 复合薄膜进行介电性能和热性能测试，研究 SiO2组分对SiO2/PI 复合薄膜介电常数、介电损耗、电导率的影响；对复合薄膜施加高、低温度场，研究微观结构演化规律，建立复合薄膜微观结构与介电、热学、电学
【参考文献】：
期刊论文
[1]高分子结晶和熔融行为的Flash DSC研究进展[J]. 李照磊,周东山,胡文兵. 高分子学报. 2016(09)
[2]关于工程电介质中几个经常涉及的问题与思考[J]. 雷清泉,李盛涛. 高电压技术. 2015(08)
[3]LDPE纳米复合介质的直流电导特性及其对高压直流电缆中电场分布的影响[J]. 杨佳明,王暄,韩宝忠,赵洪,徐明忠. 中国电机工程学报. 2014(09)
[4]聚乙烯化工材料的结构特点和应用发展[J]. 李婷. 化学工业. 2014(01)
[5]纳米颗粒填充对LDPE/silica纳米复合介质阈值电场的影响[J]. 吴建东,兰莉,尹毅,李喆,李旭光. 中国电机工程学报. 2013(22)
[6]聚合物纳米复合电介质的界面性能研究进展[J]. 罗杨,吴广宁,彭佳,张依强,徐慧慧,王鹏. 高电压技术. 2012(09)
[7]MgO/LDPE纳米复合材料抑制空间电荷及电树枝化特性[J]. 赵洪,徐明忠,杨佳明,张文龙,王暄,雷清泉. 中国电机工程学报. 2012(16)
[8]纳米SiO2/低密度聚乙烯复合介质的击穿特性[J]. 兰莉,吴建东,纪哲强,王俏华,李喆,肖登明,尹毅. 中国电机工程学报. 2012(13)
[9]纳米添加物的粒径对聚合物纳米复合电介质中空间电荷行为的影响[J]. 刘文辉,吴建东,王俏华,李旭光,尹毅. 中国电机工程学报. 2009(S1)
[10]纳米无机粒子/聚合物复合材料界面结构的研究[J]. 娄渊华,刘梅红,王新平. 高分子通报. 2009(04)
博士论文
[1]汽轮发电机端部电磁场与涡流损耗及其影响因素的研究[D]. 王立坤.哈尔滨理工大学 2015
[2]MgO/LDPE与SiO2/LDPE纳米复合介质直流介电性能影响因素研究[D]. 杨佳明.哈尔滨理工大学 2015
[3]局部放电对聚酰亚胺薄膜的损伤特性及材料改性研究[D]. 罗杨.西南交通大学 2014
[4]PI/（MMT+AlN）纳米复合薄膜结构、耐电晕特性及机理研究[D]. 陈明华.哈尔滨理工大学 2013
硕士论文
[1]高密度聚乙烯基木塑复合材料的研究[D]. 熊成.上海交通大学 2009
本文编号：3029438
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
PI分子结构
图 1-2 (a)理想两项体界面 (b)弥散的片晶 (c)片晶流苏型胶束结构Figure 1-2 Two-phase structure of polymer(a) ideal interfacial (b) diffuse lamellar (c) structure of tassel micelle lamellar1973 年，Vonk[98,99]基于样品电子密度线性变化，提出一维关联函数（1DCF），计算 SAXS 数据所得到的过渡区域，这是基于对 Porod 定律修正得到的方法。1981 年，Roe 等人[100]对 Porod 定律修正后得到：在 X 射线小角衍射中，样品中存在大量缺陷，表现为正偏离；样品存在一个扩散过渡层表现为负偏离。随着技术进步，SAXS 数据由针孔准直发展为狭缝准直。尽管针孔准直使用针孔准直散射强度产生的理想方法，直接估算过渡层厚度。狭缝准值器提供一个更高强度和分辨能力及更低干扰散射，狭缝散射受到更广泛应用。1.5 论文主要研究内容本课题得到国家自然基金重点项目“交联聚乙烯绝缘材料直流介电性能改善及其机理研究”（51337002）和国家自然科学基金面上项目“同步辐射 X 射线研究外场下聚酰亚胺基纳米杂化薄膜微结构演化及对介电性能的影响”（51077028）资助。根据目前对聚合物基复合薄膜微结构与性能研究存在的问题和难点，本文
- 15 -图 1-3 研究方案Figure 1-3 Project design demonstration具体研究内容如下：1. 采用气相法制备 SiO2颗粒（V-SiO2），通过表面氨基硅烷偶联剂 KH550改性 SiO2颗粒（K-SiO2）；采用原位聚合法制备不同尺寸、组分的 SiO2/PI、V-SiO2/PI 和 K-SiO2/PI 复合薄膜，采用共混法制备 V-SiO2/LDPE、K-SiO2/LDPE、V-SiO2/XLPE 和 K-SiO2/XLPE 复合薄膜，研究颗粒表面状态对复合薄膜结构和性能的影响；2. 采用可视的 TEM 和无损的 SAXS 测试方法研究颗粒粒径分布、界面层、分形特征等复合薄膜微结构特性，探索颗粒尺寸、组分对复合薄膜微结构影响规律；对复合薄膜进行耐电晕测试，研究微结构对复合薄膜耐电晕性能的影响；3. 通过对 SiO2/PI 复合薄膜进行介电性能和热性能测试，研究 SiO2组分对SiO2/PI 复合薄膜介电常数、介电损耗、电导率的影响；对复合薄膜施加高、低温度场，研究微观结构演化规律，建立复合薄膜微观结构与介电、热学、电学
【参考文献】：
期刊论文
[1]高分子结晶和熔融行为的Flash DSC研究进展[J]. 李照磊,周东山,胡文兵. 高分子学报. 2016(09)
[2]关于工程电介质中几个经常涉及的问题与思考[J]. 雷清泉,李盛涛. 高电压技术. 2015(08)
[3]LDPE纳米复合介质的直流电导特性及其对高压直流电缆中电场分布的影响[J]. 杨佳明,王暄,韩宝忠,赵洪,徐明忠. 中国电机工程学报. 2014(09)
[4]聚乙烯化工材料的结构特点和应用发展[J]. 李婷. 化学工业. 2014(01)
[5]纳米颗粒填充对LDPE/silica纳米复合介质阈值电场的影响[J]. 吴建东,兰莉,尹毅,李喆,李旭光. 中国电机工程学报. 2013(22)
[6]聚合物纳米复合电介质的界面性能研究进展[J]. 罗杨,吴广宁,彭佳,张依强,徐慧慧,王鹏. 高电压技术. 2012(09)
[7]MgO/LDPE纳米复合材料抑制空间电荷及电树枝化特性[J]. 赵洪,徐明忠,杨佳明,张文龙,王暄,雷清泉. 中国电机工程学报. 2012(16)
[8]纳米SiO2/低密度聚乙烯复合介质的击穿特性[J]. 兰莉,吴建东,纪哲强,王俏华,李喆,肖登明,尹毅. 中国电机工程学报. 2012(13)
[9]纳米添加物的粒径对聚合物纳米复合电介质中空间电荷行为的影响[J]. 刘文辉,吴建东,王俏华,李旭光,尹毅. 中国电机工程学报. 2009(S1)
[10]纳米无机粒子/聚合物复合材料界面结构的研究[J]. 娄渊华,刘梅红,王新平. 高分子通报. 2009(04)
博士论文
[1]汽轮发电机端部电磁场与涡流损耗及其影响因素的研究[D]. 王立坤.哈尔滨理工大学 2015
[2]MgO/LDPE与SiO2/LDPE纳米复合介质直流介电性能影响因素研究[D]. 杨佳明.哈尔滨理工大学 2015
[3]局部放电对聚酰亚胺薄膜的损伤特性及材料改性研究[D]. 罗杨.西南交通大学 2014
[4]PI/（MMT+AlN）纳米复合薄膜结构、耐电晕特性及机理研究[D]. 陈明华.哈尔滨理工大学 2013
硕士论文
[1]高密度聚乙烯基木塑复合材料的研究[D]. 熊成.上海交通大学 2009
本文编号：3029438
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