热处理温度对三元乙丙橡胶交流电场特性的影响研究
发布时间：2021-03-25 09:50
通过三元乙丙橡胶片状试样在100℃和200℃常压环境下分别18h热处理后,对试样中副产物含量、交流击穿场强、陷阱参数和空间电荷等特性进行检测和对比,研究热处理温度对乙丙橡胶交流电场特性的影响。检测结果表明:试样中主要杂质含量和空间电荷量随热处理温度上升而减少,其中100℃处理后击穿场强、陷阱能级变化不大,200℃处理后击穿场强下降11%,深能级陷阱密度大幅上升。击穿场强和陷阱密度的变化趋势表明,100℃处理后绝缘性能无明显变化,但200℃热处理后绝缘已明显老化。未处理试样中半导电电极侧和铝电极侧分别表现为明显的异极性电荷和同极性电荷积累,且在交流电场180°区域未出现明显的电荷积累;200℃处理后的老化试样在两电极侧区域均为同极性电荷积累,且铝电极侧在交流电场180°区域出现了显著的负极性电荷积累。根据空间电荷等密度线扩散趋势和不同类型电荷在正、负半周电场下的迁移方向,可以推测电极侧的同极性电荷主要源自电极注入,异极性电荷主要源自杂质解离形成的离子。交流电场180°区域的负极性空间电荷积累,可能与200℃处理后试样老化导致的0.72～0.95eV范围内的陷阱大量形成相关,正半周内注入电...
【文章来源】：中国电机工程学报. 2020,40(15)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
30kV/mm工频电场下的空间电荷响应试样厚度/相位/()
第15期缪林鑫等：热处理温度对三元乙丙橡胶交流电场特性的影响研究5047mean/(C/m3)相位/()未处理试样090180270360100℃,18h200℃,18h绝对相正电荷负电荷负电荷积累电场峰值(30kV/mm)311331133113图5不同热处理试样的平均体电荷密度图Fig.5Averagevolumechargedensitydiagramofdifferentheatagingsamples综合上述100℃热处理18h后的现象变化：空间电荷变化趋势类似，空间电荷积累量下降，0.80eV~0.85eV范围的能级分布改变，以及3类主要杂质含量的下降和击穿场强的略微提高，可知该温度短时处理可改善EPDM性能，其材料结构并未发生明显老化。200℃热处理试样的电荷积累特性与其他2种试样的区别较大：在电场正半周的电荷积累以正电荷为主，也有明显的负电荷积累；在电场负半周以负电荷积累为主，也有一定量的正电荷存在。正、负半周期内分别残留的负电荷和正电荷的直观表现为该温度下空间电荷在极化电场过零点相位(0和180)区域出现残留电荷。根据图3所示的陷阱能级分布特性，EPDM试样在200℃热处理后，0.9eV能级附近的陷阱密度显著增大，因此上述正、负半周电场下的空间电荷残留可能与EPDM形成的深陷阱相关。由于陷阱能级较深，入陷电荷在电场极性反转时无法快速脱陷，导致在180相位处出现了明显的空间电荷残留。这也可能是该温度点下试样击穿场强明显下降的主要原因之一。因此，200℃下的热老化处理容易导致EPDM材料性能改变，绝缘发生老化。3.2未老化EPDM中的空间电荷源及其迁移本文采用空间电荷等密度线的方式，对EPDM内部各区域的空间电荷迁移深入研究。图6为未老
5048中国电机工程学报第40卷EPDM200℃热处理18h相位/()0.104C/m31501209060300位置/m图7200℃热老化试样的电荷等密度线图Fig.7Chargeisodensitylineof200℃treatedsample电场下解离出离子的可能性较低。由此推断出经200℃老化后EPDM中积累的空间电荷主要源自两侧电极的注入。由图3可知，EPDM在200℃老化后，内部分子结构氧化引入了大量深能级陷阱。正半周期注入的负电荷可在接地极侧试样表面积聚。注入电荷被深陷阱俘获后无法在10ms的半周期内快速抽出，残留至负半周期后，在试样接近表面区域成为异极性电荷。电极侧的异极性电荷积累导致电极表面电场增强，从而使得电极注入电荷更加容易。另外，根据图7中正、负半周期内EPDM内部的空间电荷等密度线扩散图可知，试样半导电电极侧区域的同极性电荷量显著大于铝电极侧，因此试样与半导电电极的接触界面的注入势垒可能大于与铝电极的注入势垒。4结论本文通过三元乙丙橡胶在100℃和200℃分别短时热处理前后理化和介电性能分析，研究了热处理温度对乙丙橡胶交流电场特性的影响，可得出如下结果：1）100℃处理后击穿场强、陷阱能级变化不大，200℃处理后击穿场强下降11%，深能级陷阱密度大幅上升，表明100℃处理后绝缘性能无明显变化，但200℃热处理后绝缘已明显老化；2）100℃热处理未老化试样中，半导电电极侧和铝电极侧分别出现明显的异极性电荷和同极性电荷积累，分别源自杂质在高场下解离形成的离子和电极的注入电荷，且在交流电场180区域未出现明显的电荷积累；3）200℃热处理后老化
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同温度下高压直流电缆绝缘击穿场强的厚度效应[J]. 钱恺羽,苏鹏飞,吴建东,尹毅. 中国电机工程学报. 2018(24)
[2]交联副产物对交联聚乙烯中空间电荷行为的影响[J]. 钟琼霞,兰莉,吴建东,尹毅. 中国电机工程学报. 2015(11)
博士论文
[1]温度对聚合物绝缘中空间电荷行为的影响[D]. 兰莉.上海交通大学 2015
本文编号：3099493
【文章来源】：中国电机工程学报. 2020,40(15)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
30kV/mm工频电场下的空间电荷响应试样厚度/相位/()
第15期缪林鑫等：热处理温度对三元乙丙橡胶交流电场特性的影响研究5047mean/(C/m3)相位/()未处理试样090180270360100℃,18h200℃,18h绝对相正电荷负电荷负电荷积累电场峰值(30kV/mm)311331133113图5不同热处理试样的平均体电荷密度图Fig.5Averagevolumechargedensitydiagramofdifferentheatagingsamples综合上述100℃热处理18h后的现象变化：空间电荷变化趋势类似，空间电荷积累量下降，0.80eV~0.85eV范围的能级分布改变，以及3类主要杂质含量的下降和击穿场强的略微提高，可知该温度短时处理可改善EPDM性能，其材料结构并未发生明显老化。200℃热处理试样的电荷积累特性与其他2种试样的区别较大：在电场正半周的电荷积累以正电荷为主，也有明显的负电荷积累；在电场负半周以负电荷积累为主，也有一定量的正电荷存在。正、负半周期内分别残留的负电荷和正电荷的直观表现为该温度下空间电荷在极化电场过零点相位(0和180)区域出现残留电荷。根据图3所示的陷阱能级分布特性，EPDM试样在200℃热处理后，0.9eV能级附近的陷阱密度显著增大，因此上述正、负半周电场下的空间电荷残留可能与EPDM形成的深陷阱相关。由于陷阱能级较深，入陷电荷在电场极性反转时无法快速脱陷，导致在180相位处出现了明显的空间电荷残留。这也可能是该温度点下试样击穿场强明显下降的主要原因之一。因此，200℃下的热老化处理容易导致EPDM材料性能改变，绝缘发生老化。3.2未老化EPDM中的空间电荷源及其迁移本文采用空间电荷等密度线的方式，对EPDM内部各区域的空间电荷迁移深入研究。图6为未老
5048中国电机工程学报第40卷EPDM200℃热处理18h相位/()0.104C/m31501209060300位置/m图7200℃热老化试样的电荷等密度线图Fig.7Chargeisodensitylineof200℃treatedsample电场下解离出离子的可能性较低。由此推断出经200℃老化后EPDM中积累的空间电荷主要源自两侧电极的注入。由图3可知，EPDM在200℃老化后，内部分子结构氧化引入了大量深能级陷阱。正半周期注入的负电荷可在接地极侧试样表面积聚。注入电荷被深陷阱俘获后无法在10ms的半周期内快速抽出，残留至负半周期后，在试样接近表面区域成为异极性电荷。电极侧的异极性电荷积累导致电极表面电场增强，从而使得电极注入电荷更加容易。另外，根据图7中正、负半周期内EPDM内部的空间电荷等密度线扩散图可知，试样半导电电极侧区域的同极性电荷量显著大于铝电极侧，因此试样与半导电电极的接触界面的注入势垒可能大于与铝电极的注入势垒。4结论本文通过三元乙丙橡胶在100℃和200℃分别短时热处理前后理化和介电性能分析，研究了热处理温度对乙丙橡胶交流电场特性的影响，可得出如下结果：1）100℃处理后击穿场强、陷阱能级变化不大，200℃处理后击穿场强下降11%，深能级陷阱密度大幅上升，表明100℃处理后绝缘性能无明显变化，但200℃热处理后绝缘已明显老化；2）100℃热处理未老化试样中，半导电电极侧和铝电极侧分别出现明显的异极性电荷和同极性电荷积累，分别源自杂质在高场下解离形成的离子和电极的注入电荷，且在交流电场180区域未出现明显的电荷积累；3）200℃热处理后老化
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同温度下高压直流电缆绝缘击穿场强的厚度效应[J]. 钱恺羽,苏鹏飞,吴建东,尹毅. 中国电机工程学报. 2018(24)
[2]交联副产物对交联聚乙烯中空间电荷行为的影响[J]. 钟琼霞,兰莉,吴建东,尹毅. 中国电机工程学报. 2015(11)
博士论文
[1]温度对聚合物绝缘中空间电荷行为的影响[D]. 兰莉.上海交通大学 2015
本文编号：3099493
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3099493.html
教材专著
