EP/SiO 2 /MMT微纳米复合材料耐电树枝性能
发布时间：2021-12-10 05:42
为了研究聚合物/无机微纳米复合物的耐电树枝性能,采用熔融共混法制备了环氧树脂/二氧化硅/蒙脱土（EP/SiO2/MMT）微纳米复合材料,利用针–板电极系统同时配合数字摄像系统对纯EP及其复合材料试样进行电树枝引发并记录树枝的生长过程以及形貌特征,对比研究了4种试样的起树率、电树枝发展过程、电树枝长度、扩展系数和形态特征。实验结果表明:与纯环氧树脂相比,微米复合材料和微纳米复合材料起树率较低,而纳米复合材料和微纳米复合材料电树枝长度较短,在所研究的4种试样中,微纳米复合材料具有最大的扩展系数。利用景深合成技术,获得了环氧树脂及其复合材料中电树枝的叠层立体图像和电树枝通道细节,据此建立了EP/SiO2/MMT微纳米复合材料电树枝发展的模型。
【文章来源】：高电压技术. 2017,43(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
电树枝试样示意图
硎黾蚪啵?诤笮?急砑靶鹗鲋蟹直鹩?EP代表纯环氧树脂，MC代表含微米SiO2质量分数为3%的EP/SiO2微米复合材料，NC代表含纳米MMT质量分数为3%的EP/MMT纳米复合材料，MNC代表微米SiO2和纳米MMT质量分数分别占2%和1%的EP/SiO2/MMT微纳米复合材料。1.2复合材料耐电树枝性能研究电树枝引发实验采用针板电极系统，针板电极系统试样如图1所示，其中针尖曲率半径为3μm，针板间距为2mm。本文采用电树枝引发与数字摄像联合实验系统，观察施加9kV工频电压的2h实验时间内，电树枝的引发及生长情况。实验系统如图2所示。2结果与讨论2.1电树枝的生长特性环氧树脂及其复合材料试样的电树枝引发情况如表1所示，试样生长长度>10μm即视为起树[10]。从表中数据可以看出，微米复合材料MC的起树率相对于其他试样的起树率要低，而纯环氧树脂EP和纳米复合材料NC的试样则全部起树。产生这种现象的原因是由于微米填料自身的热传导性能优于纳米填料，当高电场导致针电极产生电子发射时，高能电子轰击所产生的热量被微米颗粒所耗散，对聚合物分子链段的热腐蚀效应降低，使得电树枝通道难以形成，因此，电树枝引发概率降低。图1电树枝试样示意图Fig.1Schematicdiagramofelectricaltreespecimen注：1—计算机；2—数字摄像系统；3—板电极；4—光源；5—导电棒；6—绝缘油；7—针电极；8—电树枝试样；9—地线图2电树枝实验系统Fig.2Experimentalsystemofelectricaltree表1不同试样的起树情况Table1Surveyofemergingelectricaltreeinsamples试样总数起树数量未起树数量击穿数量起树率/%EP202000100MC20128060MNC20173085NC202000100
2810高电压技术2017,43(9)图3所示为120min内电树枝生长长度L随时间t变化的曲线，由图可见：纯EP试样的电树枝生长初期，即前5min阶段，电树枝生长速度极快，约为61.1μm/min，在5~60min内电树枝生长速度大幅减缓接近于8.3μm/min，而在接下来的60min里，树枝生长速率仅为0.9μm/min，生长几乎停滞。与纯EP相似，MNC试样中电树枝生长更早进入停滞期，将这一时间提前至30min。对于NC试样，电树枝的生长比较缓慢，但并未出现明显的滞长阶段，只是于90min开始树枝生长速率趋于更缓慢。出现以上现象可能是因为，电树枝引发后，在树枝通道内不断发生局部放电而促使电树枝长度迅速增加，但树枝长度增加的同时也在树枝末端形成空间电荷积聚，空间电荷形成的电场屏蔽效应降低了电树枝末端局部放电发生的概率，所以电树枝生长速率趋缓，当局部放电难以在电树枝末端发生时，电树枝出现生长停滞现象。将电树枝引发120min的试样每组取10个试样对电树枝沿针板方向的长度进行统计，得到如图4所示的电树枝生长长度柱状图。从图4可见，纯EP试样的电树枝平均生长长度是最长的，达到813.2μm，而复合材料的电树枝长度相对较短，MC、MNC和NC的电树枝平均长度分别为485.2μm、229.5μm和198.9μm。其中MNC和NC表现出优异的耐电树枝能力，平均长度只有纯EP试样的28.2%和24.5%。NC和MNC复合材料试样电树生长长度较短的原因可能是因为纳米MMT片层具有的阻挡效应，使得电树枝放电通道生长至粒子周围时，无法穿过粒子，只能绕过其继续生长，导致放电路径转折，即形成“Z型路径”，这一过程需要更多的能量，故树枝生长长度较短。纳米复合材料NC抑制电树枝生长性能最为优异的原因主要是因为纳米MMT片层结构与聚合物基体形成了更多比表面积巨大的界?
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧树脂在低温环境下的电树枝生长特性[J]. 杜伯学,张苗苗,姜恵兰,刘弘景,傅明利,侯帅. 高电压技术. 2016(02)
[2]无机微米填料改性聚酰亚胺复合材料非线性电导特性[J]. 刘晨阳,郑晓泉,彭平. 高电压技术. 2015(12)
[3]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)
[4]纳米氮化铝改性对芳纶1313绝缘纸介电特性的影响[J]. 柏舸,廖瑞金,刘娜,柳海滨,杨丽君,Shakeel Akram. 高电压技术. 2015(02)
[5]频率对硅橡胶起树电压及电树枝形态的影响[J]. 聂琼,周远翔,陈铮铮,陈海航. 高电压技术. 2009(01)
[6]交联聚乙烯电缆绝缘中的双结构电树枝特性及其形态发展规律[J]. 郑晓泉,G Chen,AE Davies. 中国电机工程学报. 2006(03)
硕士论文
[1]温度对环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料电树枝特性的影响[D]. 姜禹.哈尔滨理工大学 2016
本文编号：3532011
【文章来源】：高电压技术. 2017,43(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
电树枝试样示意图
硎黾蚪啵?诤笮?急砑靶鹗鲋蟹直鹩?EP代表纯环氧树脂，MC代表含微米SiO2质量分数为3%的EP/SiO2微米复合材料，NC代表含纳米MMT质量分数为3%的EP/MMT纳米复合材料，MNC代表微米SiO2和纳米MMT质量分数分别占2%和1%的EP/SiO2/MMT微纳米复合材料。1.2复合材料耐电树枝性能研究电树枝引发实验采用针板电极系统，针板电极系统试样如图1所示，其中针尖曲率半径为3μm，针板间距为2mm。本文采用电树枝引发与数字摄像联合实验系统，观察施加9kV工频电压的2h实验时间内，电树枝的引发及生长情况。实验系统如图2所示。2结果与讨论2.1电树枝的生长特性环氧树脂及其复合材料试样的电树枝引发情况如表1所示，试样生长长度>10μm即视为起树[10]。从表中数据可以看出，微米复合材料MC的起树率相对于其他试样的起树率要低，而纯环氧树脂EP和纳米复合材料NC的试样则全部起树。产生这种现象的原因是由于微米填料自身的热传导性能优于纳米填料，当高电场导致针电极产生电子发射时，高能电子轰击所产生的热量被微米颗粒所耗散，对聚合物分子链段的热腐蚀效应降低，使得电树枝通道难以形成，因此，电树枝引发概率降低。图1电树枝试样示意图Fig.1Schematicdiagramofelectricaltreespecimen注：1—计算机；2—数字摄像系统；3—板电极；4—光源；5—导电棒；6—绝缘油；7—针电极；8—电树枝试样；9—地线图2电树枝实验系统Fig.2Experimentalsystemofelectricaltree表1不同试样的起树情况Table1Surveyofemergingelectricaltreeinsamples试样总数起树数量未起树数量击穿数量起树率/%EP202000100MC20128060MNC20173085NC202000100
2810高电压技术2017,43(9)图3所示为120min内电树枝生长长度L随时间t变化的曲线，由图可见：纯EP试样的电树枝生长初期，即前5min阶段，电树枝生长速度极快，约为61.1μm/min，在5~60min内电树枝生长速度大幅减缓接近于8.3μm/min，而在接下来的60min里，树枝生长速率仅为0.9μm/min，生长几乎停滞。与纯EP相似，MNC试样中电树枝生长更早进入停滞期，将这一时间提前至30min。对于NC试样，电树枝的生长比较缓慢，但并未出现明显的滞长阶段，只是于90min开始树枝生长速率趋于更缓慢。出现以上现象可能是因为，电树枝引发后，在树枝通道内不断发生局部放电而促使电树枝长度迅速增加，但树枝长度增加的同时也在树枝末端形成空间电荷积聚，空间电荷形成的电场屏蔽效应降低了电树枝末端局部放电发生的概率，所以电树枝生长速率趋缓，当局部放电难以在电树枝末端发生时，电树枝出现生长停滞现象。将电树枝引发120min的试样每组取10个试样对电树枝沿针板方向的长度进行统计，得到如图4所示的电树枝生长长度柱状图。从图4可见，纯EP试样的电树枝平均生长长度是最长的，达到813.2μm，而复合材料的电树枝长度相对较短，MC、MNC和NC的电树枝平均长度分别为485.2μm、229.5μm和198.9μm。其中MNC和NC表现出优异的耐电树枝能力，平均长度只有纯EP试样的28.2%和24.5%。NC和MNC复合材料试样电树生长长度较短的原因可能是因为纳米MMT片层具有的阻挡效应，使得电树枝放电通道生长至粒子周围时，无法穿过粒子，只能绕过其继续生长，导致放电路径转折，即形成“Z型路径”，这一过程需要更多的能量，故树枝生长长度较短。纳米复合材料NC抑制电树枝生长性能最为优异的原因主要是因为纳米MMT片层结构与聚合物基体形成了更多比表面积巨大的界?
【参考文献】：
期刊论文
[1]环氧树脂在低温环境下的电树枝生长特性[J]. 杜伯学,张苗苗,姜恵兰,刘弘景,傅明利,侯帅. 高电压技术. 2016(02)
[2]无机微米填料改性聚酰亚胺复合材料非线性电导特性[J]. 刘晨阳,郑晓泉,彭平. 高电压技术. 2015(12)
[3]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)
[4]纳米氮化铝改性对芳纶1313绝缘纸介电特性的影响[J]. 柏舸,廖瑞金,刘娜,柳海滨,杨丽君,Shakeel Akram. 高电压技术. 2015(02)
[5]频率对硅橡胶起树电压及电树枝形态的影响[J]. 聂琼,周远翔,陈铮铮,陈海航. 高电压技术. 2009(01)
[6]交联聚乙烯电缆绝缘中的双结构电树枝特性及其形态发展规律[J]. 郑晓泉,G Chen,AE Davies. 中国电机工程学报. 2006(03)
硕士论文
[1]温度对环氧树脂/蒙脱土纳米复合材料电树枝特性的影响[D]. 姜禹.哈尔滨理工大学 2016
本文编号：3532011
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