PE/SiC复合材料伏安特性及其影响因素的实验研究

论文摘要

非线性电介质是指其电导率和(或)极化率随外加电场变化而变化的绝缘介质。聚乙烯及交联聚乙烯作为性能优异的高分子绝缘材料,广泛应用于电缆、电气设备等的固体绝缘结构中。由于聚乙烯具有化学结构简单、加工方便等优点,本文出于基础研究的目的将其作为聚合物基体,添加碳化硅制备非线性复合材料,研究复合材料在直流电压作用下的伏安特性及其影响因素,并对导电机理进行初步探讨。不同压力、不同温度下非线性电介质的导电特性存在着明显的差别,不同压力和温度下非线性复合材料伏安特性测试对于区别非线性电介质的导电行为(离子电导或电子电导)有极大的帮助。本论文结合已有的测试方法,开发和设计了一套可调温度和压力的非线性复合材料直流伏安特性测试系统,并针对聚乙烯/碳化硅复合材料伏安特性进行了系统测试,以研究温度、压力、碳化硅掺杂浓度、聚乙烯基料和预电应力水平等因素对非线性复合材料直流伏安特性的影响;其中重点研究了压力和温度对非线性复合材料直流伏安特性的影响。同时本文根据已知的影响因素,结合现有的导电机理模型,通过分析温度和压力对非线性复合材料的直流伏安特性的影响,探讨了非线性复合材料导电行为。本论文通过对非线性绝缘材料直流电导的测试和导电机理的探讨,加深了对非线性电介质导电机理的了解,为复合材料微观结构的设计和新型功能材料的开发研制提供理论参考。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景、目的及意义
• 1.2 非线性复合材料国内外研究进展
• 1.2.1 热固性聚合物/无机填料复合材料
• 1.2.2 热塑性聚合物/无机填料复合材料
• 1.2.3 非线性复合材料的表征
• 1.3 本课题来源及研究内容
• 第2章 非线性复合材料的导电机理
• 2.1 渗流导电理论
• 2.1.1 经典统计渗流理论
• 2.1.2 热力学渗流理论
• 2.2 有效介质理论
• 2.2.1 经典有效介质理论方程
• 2.2.2 有效介质普适方程
• 2.2.3 基于渗流理论的有效介质方程
• 2.3 其他导电理论
• 2.3.1 低温热跃迁导电理论
• 2.3.2 Simmons 隧道导电理论
• 2.3.3 Ezquerra 隧道导电模型及场致发射理论
• 2.4 小结
• 第3章 实验方法研究
• 3.1 主要实验原料
• 3.2 样品制备
• 3.2.1 碳化硅填料与聚乙烯的混合
• 3.2.2 实验试样的制备
• 3.2.3 预电应力下实验样品的制备
• 3.3 压力实验装置的设计和改进
• 3.3.1 温度和压力可调的直流伏安特性测试系统
• 3.3.2 压力罐密封装置的设计
• 3.3.3 压力装置电极系统
• 3.3.4 泄漏电流的产生和消除
• 3.3.5 寄生电流的产生和消除
• 3.3.6 测试系统的验证性试验
• 3.4 温度和压力作用下非线性电介质伏安特性的测试方法
• 3.5 小结
• 第4章 实验结果及讨论
• 4.1 基料对复合材料伏安特性的影响
• 4.2 填料浓度对复合材料伏安特性的影响
• 4.3 温度对复合材料伏安特性的影响
• 4.4 压力对复合材料伏安特性的影响
• 4.4.1 压力对纯聚乙烯的伏安特性的影响
• 4.4.2 压力对HDPE/SiC 复合材料的影响
• 4.4.3 压力对LDPE/SiC 复合材料的影响
• 4.4.4 压力对LLDPE/SiC 复合材料的影响
• 4.4.5 压力条件下基料对复合材料伏安特性的影响
• 4.5 预电应力大小对复合材料伏安特性的影响
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢