磁场环境下聚合物介质的表面击穿与伽玛线辐射的影响

论文摘要

聚合物材料以其优异的机电性能被广泛的应用于各种电力、电子设备中,而在选择绝缘材料时必须要考虑设备的运行环境。宇宙空间及核电站中存在的各种高能放射线会改变绝缘材料的电气性能。实际运行中,除辐射之外聚合物材料还会经常应用在强磁场环境下,磁场对其电气性能的影响不容忽视。所以研究强磁场环境下聚合物材料表面绝缘击穿和放射线辐射量的影响具有理论意义和实用价值。试验采用经60Co放射源照射的聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)作为试样,辐射率为10 kGy/h,辐射量达到100 kGy和1000 kGy。试验中设置磁场与电场正交,磁通密度为249 mT,使得E×B与材料表面的相对角是0,90,180,270和360度。本文主要研究了磁场环境下聚合物介质的表面击穿与伽玛线辐射对绝缘击穿时间和放电量的影响。结果表明:相对角为180度时,PBN和PBT的击穿时间均出现极小值而放电量均出现极大值;相对角为0/360,90/270度时,PBN和PBT的击穿时间均有所增长而放电量均有所下降;随辐射量的增加,PBN的击穿时间延长,放电量减少,而PBT的趋势相反。比较相同条件下的放电痕迹可发现, PBT放电痕迹的面积明显大于PBN;随辐射量的增加,PBN放电痕迹的面积减小,而PBT放电痕迹的面积增大;当相对角为90/270度时,PBN、PBT放电痕迹均有明显弯曲;相对角为180度时PBN放电痕迹的面积小于其0/360度时放电痕迹的面积,而PBT呈现相反的趋势。本文从材料化学结构的角度(PBN和PBT主链上苯环数量不同)进一步探讨了辐射环境下聚合物材料绝缘性能的变化机理,推测分子主链上的苯环数量对辐射反应结果(交联占优或降解占优)有较大的影响。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 核电安全问题
• 1.1.2 实际运行要求及安全问题
• 1.2 本课题研究现状
• 1.2.1 高能辐射对聚合物电气性能影响研究
• 1.2.2 磁场环境下绝缘破坏的研究
• 1.3 本论文主要工作
• 第二章 辐射老化理论及固体聚合物击穿机理
• 2.1 聚合物的辐射老化理论
• 2.1.1 引起聚合物老化的放射线种类
• 2.1.2 聚合物的辐照效应
• 2.1.3 辐射交联反应
• 2.1.4 辐射降解反应
• 2.1.5 耐辐射聚合物
• 2.2 固体聚合物的击穿理论
• 2.2.1 固体介质的击穿机理
• 2.2.2 影响固体介质击穿的因素
• 2.3 本章小结
• 第三章 固体聚合物的绝缘击穿试验
• 3.1 试验材料
• 3.1.1 聚对苯二甲酸丁二醇酯
• 3.1.2 聚萘二甲酸丁二醇酯
• 3.2 试验方法
• 3.3 试验数据处理
• 3.3.1 绝缘击穿时间的概念
• 3.3.2 放电量的概念
• 3.3.3 不规则图形面积计算方法
• 3.3.4 数据处理方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 脉冲间隔对聚合物击穿时间和放电量的影响
• 4.2 辐射对聚合物击穿时间和放电量的影响
• 4.3 磁场对聚合物击穿时间和放电量的影响
• 4.4 聚合物放电痕迹的比较讨论
• 4.5 聚合物分子结构影响的比较讨论
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢