聚烯烴基納米介電復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、絕緣材料在電力電纜、變壓器、電機(jī)等領(lǐng)域起著重要的作用，其性能甚至直接決定著電力設(shè)備的使用壽命。隨著人們?nèi)找嬖鲩L的電力需求及電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對電纜絕緣材料的性能也提出更高要求。以聚合物材料為絕緣層的高壓直流（HVDC）電纜得到越來越廣泛的關(guān)注。在高壓直流電場下，一方面聚合物絕緣材料易積累空間電荷，造成電場分布無序，加速電纜的老化，另一方面，聚合物絕緣材料易與空氣中的氧氣反應(yīng)，引發(fā)分子鏈斷裂和交聯(lián)反應(yīng)，影響電纜的性能。因此，如何提高電線

2、電纜絕緣層的電氣性能和熱（氧）性能，增強(qiáng)HVDC電纜的可靠性和使用壽命尤為重要。本文選用電纜絕緣材料中應(yīng)用最廣的聚乙烯和聚丙烯為基體，制得一系列聚烯烴基納米復(fù)合材料，并對材料力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)性能等進(jìn)行表征，研究填料對材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。
　　在第二章中，以氧化石墨烯（GO）為固體模板，制得一種具有良好抗氧性能的新型受阻酚類抗氧劑。首先利用乙二胺和3-（3,5-二叔丁基-4-羥基苯基）丙酸甲酯（AO）反應(yīng)制得活性抗氧劑。然后利用G

3、O表面的含氧官能團(tuán)和活性抗氧劑的氨基反應(yīng)，再利用多巴胺還原得到抗氧劑功能化的還原氧化石墨烯（RGO-AO）。紅外光譜（FT-IR）、X射線衍射（XRD）和X射線光電子能譜儀（XPS）等證明活性抗氧劑成功接枝到氧化石墨烯表面。接著，利用溶液共混法制得不同RGO-AO含量的低密度聚乙烯（LDPE）基復(fù)合材料。通過氧化誘導(dǎo)時間（OIT）和等溫TGA曲線研究復(fù)合材料的熱氧穩(wěn)定性。測試結(jié)果表明，RGO-AO/LDPE復(fù)合材料具有較好的熱氧穩(wěn)定性。

4、RGO-AO不僅可明顯提高LDPE基體的OIT值，且可延遲其在高溫下的熱降解過程。此外，寬頻介電譜測試結(jié)果表明RGO-AO/LDPE復(fù)合材料可保持LDPE優(yōu)異的電絕緣性，可作為介電材料。
　　在第三章中，采用不同烷基鏈長的硅烷偶聯(lián)劑改性氧化鎂（MgO）納米粒子，紅外光譜（FT-IR）和固體核磁（13C NMR）證明硅烷偶聯(lián)劑成功接枝到 MgO表面。接著通過熔融共混法制得1 wt.%MgO/LDPE和MgO/XLPE納米復(fù)合材料，并

5、研究MgO對復(fù)合材料力學(xué)性能、熱性能、空間電荷分布及直流擊穿強(qiáng)度的影響。研究結(jié)果表明，聚乙烯基MgO納米復(fù)合材料的初始熱分解溫度和最大熱分解溫度均比純聚合物高，但熔融溫度、結(jié)晶溫度和結(jié)晶度差異不是很明顯。此外，MgO納米粒子對聚乙烯尤其是XLPE具有明顯的空間電荷抑制作用，經(jīng)丙基三甲氧基硅烷改性后，制得的MgO-C3/LDPE和MgO-C3/XLPE的平均體電荷密度和殘余電荷均很低。
　　在第四章中，通過雙螺桿熔融共混法制得未改性

6、和三種不同烷基鏈長硅烷偶聯(lián)劑改性的MgO/丙烯-乙烯共聚物復(fù)合材料。SEM和TEM圖顯示，烷基硅烷表面改性可明顯提高 MgO在丙烯-乙烯共聚物基體中的分散性。此外，丙烯-乙烯共聚物及其復(fù)合材料的斷裂伸長率和拉伸強(qiáng)度分別大于1000%和40 MPa，兼具優(yōu)異的柔韌性和強(qiáng)度。表面改性的MgO對丙烯-乙烯共聚物的空間電荷具有一定抑制作用，但硅烷偶聯(lián)劑的烷基鏈長對復(fù)合材料的影響并不明顯。丙烯-乙烯共聚物具有良好的力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能，有望作為環(huán)