PE/MMT纳米复合材料空间电荷行为的研究
【摘要】：塑料以其独有的优点已经开始逐步取代传统的油纸,成为高压直流输电电缆的主要绝缘材料。在聚乙烯、交联聚乙烯等塑料电缆的运行中,绝缘内部容易发生空间电荷的积聚,引发局部电场的严重畸变,长期作用会导致绝缘的老化甚至击穿。人们尝试向聚合物中添加纳米粒子用以抑制空间电荷的积聚,提高材料的介电性能。
本文以低密度聚乙烯(LDPE)为基体材料,以有机化蒙脱土(O-MMT)为改性剂,利用熔融插层法制备了聚乙烯/蒙脱土(LDPE/O-MMT)纳米复合材料。又使用过氧化物交联法制备了交联聚乙烯/蒙脱土(XLPE/O-MMT)纳米复合材料。采用电声脉冲法(PEA)测量了复合材料在施加电场和短路条件下的空间电荷分布情况,研究了蒙脱土含量对于复合材料空间电荷行为的影响。利用热激电流测量装置得到复合材料的热激电流谱图,利用高阻计测量了复合材料在室温下的绝缘电阻率,分析了陷阱密度和深度、载流子迁移率对于空间电荷行为的影响。
电声脉冲法的测试结果表明,在50kV/mm的直流电场下LDPE内部主要为同极性空间电荷,XLPE内部主要为异极性空间电荷,XLPE比LDPE具有更好的抑制空间电荷积聚的能力,复合材料内部的空间电荷密度随着蒙脱土含量的增加呈现出先减小后增大的变化趋势,蒙脱土含量为0.5%的LDPE/O-MMT复合材料和蒙脱土含量为1%的XLPE/O-MMT复合材料在高场下空间电荷注入量最小。热激电流的测量结果表明,XLPE/O-MMT复合材料的陷阱密度以及陷阱深度随蒙脱土含量的增加而增大,但在蒙脱土含量为1%时陷阱密度及深度较小。绝缘电阻率的测量结果表明,复合材料的电导也随蒙脱土含量的增加呈现出先减小后增大变化趋势。
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