聚丙烯结构形态与树枝化放电特性研究

论文摘要

聚丙烯由于耐化学腐蚀性、力学性能、电绝缘性能好,击穿场强高等特点,被广泛的应用于电力电容器的绝缘材料。但是聚丙烯本身韧性差、抗低温冲击性能差、成型收缩率大,限制了它在高压绝缘领域的应用。聚丙烯作为结晶性高聚物,结晶形态对其性能起关键作用,因此,研究聚丙烯结晶形态对其性能的影响正逐渐成为人们的关注热点。本课题采用四种不同型号的聚丙烯作为基体材料,加入成核剂CA202,采用熔融混合法制备了PP/CA202材料;并用有机改性的蒙脱土作为纳米填料,马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MAH）作为相容剂,采用熔融插层复合法制备了PP/MMT纳米复合材料。研究了纯PP、PP/CA202材料和PP/MMT纳米复合材料结晶形态与树枝化性能之间的关系。本文通过偏光显微镜（PLM）观察了纯PP、PP/CA202材料和PP/MMT纳米复合材料的结晶形态,发现成核剂和蒙脱土都起到了异相成核剂的作用,但是MMT的片层结构阻碍了晶粒的生长。利用数字摄像测量装置对比研究聚丙烯Z30s、T30s、550J和300H的纯PP、PP/CA202材料和PP/MMT纳米复合材料的耐电树枝化性能。实验结果表明:在施加交流电压时,纯PP电树枝引发概率小,引发期较长,在引发期后电树枝生长速度快,在施压240min后电树枝长度较长;加入成核剂的PP/CA202试样电树枝引发概率相对较大,引发期较短,但在引发期后电树枝生长速度慢,在施压240min后电树枝长度较短;而PP/MMT纳米复合材料的耐电树枝化性能较差,在施压240min后电树枝长度最长。直流短路电压时,与纯PP相比,加入成核剂的PP/CA202试样的耐直流短路树枝化特性有所提高。并且用偏光显微镜（PLM）观察了电树枝发展与结晶形态的关系,看到电树枝单枝沿着球晶晶界发展。利用光激放电测量系统研究了纯PP、PP/CA202材料和PP/MMT纳米复合材料的光激电流特性,应用高阻计测试了不同试样的绝缘电阻率。其结果显示:与纯PP相比,加入成核剂后的PP/CA202材料陷阱密度较大,并且材料中存在新的浅陷阱,因此可以降低载流子在运动过程中的能量,使得其自由行程变短,热电子的数量得到减少,从而有效地抑制了电树枝的发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 聚合物纳米复合材料发展概况
• 1.2 聚合物纳米复合材料电树枝化研究意义
• 1.3 聚合物纳米复合材料树枝化研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 课题来源及其主要研究内容
• 第2章 聚合物结晶与电树枝化理论基础
• 2.1 聚合物结晶形态理论与影响因素
• 2.2 聚合物树枝化特性理论基础
• 2.3 本章小结
• 第3章 聚合物电树枝化实验内容
• 3.1 实验原料
• 3.2 混料制样与实验仪器
• 3.3 电树枝化实验系统
• 3.3.1 试验系统
• 3.3.2 试样制备
• 3.4 本章小结
• 第4章 聚合物电树枝化实验过程与结果分析
• 4.1 实验过程
• 4.2 四种型号聚丙烯交流引发树枝实验结果分析
• 4.2.1 四种型号聚丙烯结晶形态分析
• 4.2.2 四种型号聚丙烯耐电树枝化性能对比分析
• 4.2.3 四种型号聚丙烯光激电流实验结果分析
• 4.3 成核剂对聚丙烯耐电树枝化性能的影响
• 4.3.1 成核剂对聚丙烯结晶形态的影响
• 4.3.2 成核剂对聚丙烯耐电树枝化性能的影响
• 4.3.3 成核剂对聚丙烯光激电流特性的影响
• 4.4 纳米蒙脱土对聚丙烯耐电树枝化性能的影响
• 4.4.1 纳米蒙脱土对聚丙烯结晶形态的影响
• 4.4.2 纳米蒙脱土对聚丙烯耐电树枝化性能的影响
• 4.4.3 纳米蒙脱土对聚丙烯光激电流特性的影响
• 4.5 直流短路电树枝实验对比分析
• 4.6 不同型号试样绝缘电阻率的变化
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢