氟樹脂結(jié)構(gòu)形態(tài)與空間電荷關(guān)系研究.pdf

1、氟樹脂因其優(yōu)異的電氣和機(jī)械性能而被廣泛用于航空航天和特種電力電纜的絕緣材料。但是由于氟碳鍵極性大,氟樹脂極易捕獲電荷而形成空間電荷。在直流電場(chǎng)下,聚合物中空間電荷的聚集嚴(yán)重畸變電場(chǎng)分布并最終引發(fā)絕緣擊穿,導(dǎo)致絕緣性能失效,引發(fā)短路、放電等現(xiàn)象,使儀器損壞;在航空航天領(lǐng)域,電介質(zhì)中形成的空間電荷嚴(yán)重影響衛(wèi)星的安全運(yùn)行,空間環(huán)境中存在著宇宙線、高能質(zhì)子和等離子體,入射到介質(zhì)上的高能電子形成嵌入電荷,空間電荷的積累在材料內(nèi)和表面上感應(yīng)出很高的

2、電位差,常常觸發(fā)放電,引起元件工作失常,導(dǎo)致航空器的失效和翻轉(zhuǎn)。因此,研究氟樹脂空間電荷的成因、抑制空間電荷的生成或改善其分布,對(duì)于保證絕緣的有效性和航天器的安全運(yùn)行,有著十分重要的意義。影響聚合物中的空間電荷量及其分布的因素很多,如實(shí)驗(yàn)溫度、外施電場(chǎng)、加電壓時(shí)間、試樣幾何形狀、電極類型及材料、電極-試樣的界面特性、試樣的制備工藝、化學(xué)構(gòu)成、試樣的結(jié)晶程度、氧化度、雜質(zhì)以及添加劑等。通常改善材料電荷存儲(chǔ)能力的方法包括不同高分子共混、加入

3、成核劑或者引入極性基團(tuán)。目前國(guó)際上對(duì)聚烯烴類(例如聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡膠等)空間電荷的研究非常活躍,對(duì)氟樹脂聚合物的研究主要集中在駐極體領(lǐng)域,而忽略了氟樹脂作為特種絕緣材料時(shí)空間電荷的危害。
　　 本文選用PTFE、FEP、PVDF三種典型得氟樹脂進(jìn)行研究,通過改善加工工藝、共混改性、加入添加劑三種方法抑制氟樹脂中空間電荷的形成,改善空間電荷分布。通過研究氟樹脂的形態(tài)以及添加組分在氟樹脂中的分布,分析了空間電荷與氟

4、樹脂聚集態(tài)之間的關(guān)系,討論了空間電荷的形成和消除機(jī)理,為航空航天領(lǐng)域中使用含氟聚合物材料的改性和加工提供了理論依據(jù)。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析,可以得到以下結(jié)論：⑴通過改善加工工藝抑制電荷形成。淬火工藝可以明顯地改善PTFE、FEP空間電荷分布,減少空間電荷總量。淬火工藝并未改變PTFE、FEP的晶型及形態(tài),而降低了其結(jié)晶度、晶粒尺寸、晶粒的有序程度及完美程度。結(jié)晶形態(tài)地變化,使得材料中淺陷阱比例增加,電荷傳輸能力增強(qiáng),被陷阱捕獲得電荷容易傳導(dǎo)出

5、去,因此空間電荷減少。⑵通過共混改性抑制電荷形成。PVDF與PMMA共混可明顯地減少PVDF在高壓直流電場(chǎng)下的電荷存儲(chǔ)量及其分布。PMMA的加入改善了PVDF電荷傳輸能力,減弱了PVDF捕獲電荷的能力,同時(shí)使PVDF球晶、晶粒尺寸減小。PMMA的極性側(cè)基可作為電荷跳躍點(diǎn)傳導(dǎo)被捕獲的電荷。相結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變影響電荷的傳輸能力。PMMA、PVDF之間氫鍵的形成減少了PVDF中深陷阱的數(shù)目,使得PVDF捕獲電荷的能力減弱。上述結(jié)果都是共混物電荷減少