大气压低温等离子体处理环氧树脂加快表面电荷消散的研究

发布时间：2017-08-15 00:27

  本文关键词：大气压低温等离子体处理环氧树脂加快表面电荷消散的研究

  更多相关文章： 介质阻挡放电 电特性 表面电位 衰减率 改性表征

【摘要】：环氧树脂材料因其优异的电学、力学等性能被广泛地应用于电力设备中。事实上,随着直流高压输电等级的提高,介质材料表面积聚的电荷成为制约其进一步发展的关键因素。利用低温等离子体对材料进行改性,在不影响材料本体的情况下改变表面的物理化学性能,可以实现加快表面电荷消散的目的。本文基于自主搭建的介质阻挡放电(DBD)实验平台,表面电位测试系统和沿面闪络实验装置,使用课题组自主研制的脉冲激励电源,首先对不同激励源下的电压电流特性、光谱特性以及传输电荷特性进行了对比研究。其次使用介质阻挡放电产生的低温等离子体对环氧树脂材料进行表面处理,研究了不同因素下处理前后材料的表面电位衰减变化情况。同时对等离子体处理前后的环氧树脂材料进行了沿面闪络测试。最后,借助于各种测量表征手段对等离子体处理加快表面电荷的消散这一现象进行了探讨。实验对比研究了微秒和纳秒激励下的电压电流特性。同种放电条件下,纳秒激励具有更高的电压上升率,因此纳秒激励下的瞬时功率较高。但从电荷传输特性来看,对于单个脉冲放电能量,微秒激励下的要大于纳秒激励下。间隙距离影响放电的模式转化,放电能量随间隙距离的增大呈先增大后减小的趋势。搭建了一套完整的针-板电极表面电位测试系统。在针-板电极下,研究了多种因素下环氧树脂材料表面电位衰减变化情况。结果表明等离子体处理可以明显加快表面电位的衰减,这一结论在针-板电极和平面电极下均得到了验证。此外,衰减速率随处理时间的增加呈先增加后减小的变化趋势,处理时间为180s时达到最大。材料老化对表面电位的衰减影响明显。闪络实验结果表明,等离子体处理可以在一定程度上提升沿面闪络能力。表面电荷消散途径的分析表明,表面传导是电荷消散的主导途径。材料改性表征的结果表明,空气中等离子体处理具有提高表面电导率,浅化表面陷阱能级的作用,这是表面电荷衰减加快的主要原因。总之,重频脉冲介质阻挡放电处理能够有效加快环氧树脂材料表面电荷的消散,这对于拓展低温等离子体的应用有重要作用。
【关键词】：介质阻挡放电 电特性 表面电位 衰减率 改性表征
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM215
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.1.1 等离子体分类10
• 1.1.2 聚合物材料改性及作用原理10-11
• 1.2 大气压介质阻挡放电研究进展11-16
• 1.2.1 放电物理特性12-14
• 1.2.2 介质阻挡放电等离子体改性应用14-15
• 1.2.3 实验室介质阻挡放电及材料改性研究进展15-16
• 1.3 聚合物材料表面电特性的研究现状16-22
• 1.3.1 聚合物材料表面电荷动态特性的研究进展16-17
• 1.3.2 表面改性抑制电荷积聚的方法17-20
• 1.3.3 表面电荷动态特性对沿面闪络的影响20-22
• 1.4 本文主要内容22-23
• 2 实验装置23-31
• 2.1 脉冲电源原理与搭建23-25
• 2.2 实验系统搭建25-26
• 2.3 等离子体参数测量26-28
• 2.3.1 电气特性测量26-27
• 2.3.2 光学特性测量27-28
• 2.4 材料改性表征方法28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 大气压下脉冲介质阻挡放电特性31-47
• 3.1 纳秒/微秒脉冲介质阻挡放电特性对比31-39
• 3.1.1 典型电压电流波形31-32
• 3.1.2 放电参数对DBD电气特性的影响32-36
• 3.1.3 放电参数对DBD光学特性的影响36-39
• 3.2 传输电荷特性对比39-46
• 3.2.1 实验装置39-40
• 3.2.2 典型电压电流波形及Q-V图形40-43
• 3.2.3 不同因素下Q-V图形的对比分析43-46
• 3.3 本章小结46-47
• 4 等离子体处理环氧树脂材料对其表面电特性的影响47-66
• 4.1 表面电位测量系统装置及搭建47-50
• 4.1.1 实验装置47-49
• 4.1.2 静电探头测量原理49
• 4.1.3 实验过程49-50
• 4.1.4 典型实验结果50
• 4.2 材料选取与放电条件50-53
• 4.3 表面电位测试结果53-61
• 4.3.1 针-板电极下表面电位实验结果53-60
• 4.3.1.1 电压幅值和加压时间的影响53-54
• 4.3.1.2 相对湿度的影响54-55
• 4.3.1.3 栅极网的影响55-56
• 4.3.1.4 等离子体处理时间的影响56-58
• 4.3.1.5 老化的影响58-60
• 4.3.2 平面电极下表面电位实验结果60-61
• 4.4 沿面闪络实验研究61-63
• 4.4.1 沿面闪络实验装置61-62
• 4.4.2 沿面闪络实验结果62-63
• 4.5 聚合物表面电荷消散影响途径分析63-65
• 4.6 本章小结65-66
• 5 等离子体表面改性表征66-77
• 5.1 电导率测试66-68
• 5.1.1 三电极法测试原理66-67
• 5.1.2 不同处理时间下的电导率测试结果67-68
• 5.2 水接触角测试68-70
• 5.3 AFM测试70-72
• 5.4 XPS测试72-74
• 5.5 等离子体处理对环氧树脂表面电荷消散的影响机理分析74-75
• 5.6 本章小结75-77
• 6 结论与展望77-79
• 6.1 主要工作总结77-78
• 6.2 未来工作展望78-79
• 参考文献79-85
• 致谢85-86
• 作者在学期间研究成果86

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本文编号：675495