BTO纳米纤维及其等离子体氟化对EP复合材料表面绝缘特性的影响

发布时间：2021-12-10 18:29

　　环氧树脂的纳米改性是提升其复合材料表面绝缘强度的重要手段。该文采用静电纺丝法制备钛酸钡（barium titanate,BTO）纳米纤维,并对其进行等离子体氟化处理,通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）与傅里叶红外光谱仪（Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR）等手段表征填料氟化改性效果。将氟化前后的2种纳米纤维掺杂在环氧树脂复合材料中,并通过实验研究氟化改性与填料质量分数对其闪络电压与电荷消散速率的影响。结果表明,等离子体氟化改性后的填料在低浓度时能有效提高复合材料的闪络电压,质量分数为2%时材料的闪络电压比纯环氧树脂提高了23.58%;同时,氟化后的复合材料电荷消散速率均高于氟化前。最后,结合材料表面陷阱分布特性解释机理,认为BTO掺杂与填料氟化能提高材料浅陷阱密度,含氟基团对二次电子发射有一定的抑制作用,从而能有效提高环氧树脂（epoxy resin,EP）沿面闪络电压。 

【文章来源】：中国电机工程学报. 2020,40(12)北大核心EICSCD

【文章页数】：13 页

【部分图文】：

(c)BTO纳米纤维TEM

阅擅赘男缘?EP样片进行表面电阻率测试，电极为三电极结构，试验电压为1000V，采样步长为20ms。试验环境温度控制在30℃，湿度控制在30%。电阻率测试前，先将试样表面用乙醇擦拭并烘干，排除表面沉积颗粒物的影响；再将试样与电极紧密贴合，施加测试电压，每种试样测试时长为5min，对电阻率数据稳定部分的1000个结果取均值，得到每种样片的表面电阻率[29]。2实验结果及讨论2.1填料及试样表征分析图5为静电纺丝法制备的BTO纳米纤维以及等5m(a)BTO纳米纤维SEM图5m(b)FBTO纳米纤维SEM图5m(c)BTO纳米纤维TEM图5m(d)FBTO纳米纤维TEM图图5BTO与FBTO纳米纤维形貌Fig.5MorphologyofBTOandFBTOnanofiber离子体氟化后的FBTO纳米纤维的微观形貌图。图5(a)、(b)为场发射扫描电镜(HitachiS4800)表征的等离子体氟化处理前后BTO纳米纤维的SEM图，可以看出，氟化处理前后的BTO纳米纤维平均纤维直径约为400nm。BTO纳米纤维表面光滑，而FBTO纳米纤维表面存在一层颗粒状突起，因为等离子体氟化过程中将含氟基团接枝在了纤维表面，同时等离子体处理过程会影响纳米纤维表面形貌。图5(c)、(d)为场发射透射电子显微镜(transmissionelectronmicroscope，TEM)表征的氟化处理前后的BTO纳米纤维的TEM图，氟化前后的BTO纳米纤维晶粒大小无明显差别，约为20nm。

barrierdischarges，DBD)的形式，平台如图2所示。将BTO粉末均匀涂覆在石英反应釜中，两端加直径为50mm的圆形金属电极，反应釜两侧连接L型进气口，通入比例为101的Ar与CF4混合气体，Ar作为保护气体，CF4作为氟源气体。反应开始时，打开等离子体发生器，调节电压为10kV，频率50kHz，氟化时间控制在30min。对等离子体氟化后的钛酸钡(fluorinatedbariumtitanate，FBTO)纳米泰勒锥纳米线注射器收集器混合溶液高压电源20.0kV图1BTO纳米纤维制备Fig.1BTOnanofiberpreparation反应釜示波器变压器气体钢瓶ArCF4等离子体发生器流量控制器交流电源AC~220V图2等离子体氟化处理装置Fig.2Plasmafluorinationtreatmentdevice纤维表征其氟化效果。1.3EP复合材料制备及其表面电特性测试将制备好的BTO与FBTO纳米纤维分别按掺杂质量分数为1%、2%、4%、8%置于烧杯中，并加入适量DGEBA，60℃油浴搅拌20min，使填料分散均匀。再加入MTHPA与DMP-30，质量比为DGEBAMTHPADMP-30100:80:1，充分搅拌30min并脱气，浇筑到模具中，按照140℃/30min+120℃/10h工艺进行固化，得到每种体系环氧树脂复合材料试样5片。对固化后的环氧树脂复合材料试样断面借助电子显微镜(scanningelectronmicroscope，SEM)表征其填料分散性。采用均匀升压法对制备好的EP复合材料样片进行大气中负极性直流闪络测试。实验平台如图3所示，主要由负极性高压直流电源(输出范围为0~50kV)、电流测量线圈(Pearson,Model6

【参考文献】：
期刊论文
[1]聚合物绝缘材料载流子陷阱的表征方法及陷阱对绝缘击穿影响的研究进展[J]. 高宇,王小芳,李楠,许棒棒,王继隆,杜伯学.  高电压技术. 2019(07)
[2]氟化剥离填料对氮化硼/环氧复合材料沿面闪络电压的影响[J]. 律方成,阴凯,付可欣,林浩凡,谢庆,侯志灵,张翀.  高电压技术. 2017(09)
[3]聚合物纳米复合材料的界面特性[J]. 何金良,彭思敏,周垚,杨洋,胡军.  中国电机工程学报. 2016(24)
[4]SF6中环氧树脂纳秒脉冲沿面闪络实验研究[J]. 谢庆,刘熊,吴高林,王谦,黄河,邵涛.  中国电机工程学报. 2016(24)
[5]基于等温表面电位衰减法的直流电缆用低密度聚乙烯和交联聚乙烯陷阱电荷分布特性[J]. 欧阳本红,赵健康,周福升,李建英,闵道敏,刘孟佳.  高电压技术. 2015(08)
[6]表层氟化环氧纳米复合材料表面的电荷动态特性[J]. 李昂,杜伯学,徐航,李忠磊,肖萌,韩涛.  高电压技术. 2015(02)
[7]特高压输电线路无源干扰谐振特性及其影响因子研究[J]. 唐波,张建功,王惠丽,葛光祖,刘兴发.  电工电能新技术. 2014(06)
[8]钛酸钡-环氧树脂复合材料的制备与介电性研究[J]. 王歆,夏亚飞,刘继红,刘勇.  中国陶瓷. 2014(03)
[9]空间材料二次电子发射过程的理论研究[J]. 冯娜,杨生胜,陈益峰,高欣,张雷.  真空与低温. 2013(03)
[10]复合材料的陷阱参数对其在真空中高压脉冲下沿面闪络特性的影响[J]. 赵文彬,张冠军,严璋.  中国电机工程学报. 2007(09)



本文编号：3533166