微、納米ZnO-LDPE復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形態(tài)與介電性能研究.pdf

1、聚合物/無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料與傳統(tǒng)聚合物/無(wú)機(jī)微米復(fù)合材料相比，具有介電強(qiáng)度高，耐電樹(shù)及局部放電性能好等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于微米復(fù)合材料而言，由于其熱傳導(dǎo)特性和熱阻擋效應(yīng)較好，因此，且耐表面電腐蝕性比較突出。如何利用二者的協(xié)同效應(yīng)，開(kāi)拓電介質(zhì)復(fù)合材料更寬廣的應(yīng)用范圍，近年來(lái)引起人們的廣泛關(guān)注。
　　本文以低密度聚乙烯(LDPE)為基體聚合物，以微米或納米氧化鋅(ZnO)為無(wú)機(jī)填料，通過(guò)表面修飾、工藝參數(shù)調(diào)控等技術(shù)手段，采用熔融共混法和兩步法制備

2、了納米ZnO/LDPE、微米ZnO/LDPE和微-納米ZnO/LDPE復(fù)合材料。利用偏光顯微鏡(PLM)、傅立葉紅外光譜(FTIR)、X-射線衍射(XRD)、差示掃描量熱分析(DSC)、掃描電鏡(SEM)等微觀分析方法，對(duì)無(wú)機(jī)填料及其微、納米復(fù)合材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和分析。結(jié)果表明:經(jīng)偶聯(lián)劑表面處理的納米粒子可以在基體中分散更均勻，有效避免了團(tuán)聚現(xiàn)象;微、納米粒子的填充使基體材料結(jié)晶尺寸不同程度地減小，晶粒排列更加的規(guī)則而致密，結(jié)晶度有所提

3、高;采用不同冷卻方式制備的試樣中，油冷卻方式制備的納米復(fù)合材料結(jié)晶度最高。根據(jù)結(jié)晶動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)所形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形態(tài)的物理機(jī)制進(jìn)行了分析，建立了不同結(jié)晶形態(tài)聚集結(jié)構(gòu)的模型。
　　實(shí)驗(yàn)研究了微、納米ZnO/LDPE復(fù)合材料的交流擊穿性能以及耐電暈性能，探討了微納米ZnO含量、微納米ZnO比例、偶聯(lián)劑修飾、實(shí)驗(yàn)溫度及冷卻方式等對(duì)復(fù)合材料擊穿性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:ZnO納米顆粒的添加可有效提高復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，當(dāng)納米ZnO顆粒經(jīng)

4、硅烷偶聯(lián)劑修飾，且質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％時(shí)，復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)較純LDPE提高約11％;而填充微米ZnO顆粒的復(fù)合材料擊穿場(chǎng)強(qiáng)則隨著微米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而下降。采用油冷卻方式制備的納米ZnO/LDPE復(fù)合材料比空氣自然冷卻試樣提高9.4％;無(wú)機(jī)微米和納米ZnO在不同程度上提高復(fù)合材料的耐電暈腐蝕性，當(dāng)微、納米ZnO含量分別為2％和3％時(shí)，微-納米復(fù)合材料腐蝕深度和腐蝕面積最小。根據(jù)固體電介質(zhì)本征電擊穿的電子能量交換理論，分析了微納米復(fù)合材料耐

5、電暈特性優(yōu)異的物理機(jī)制。
　　探討了電場(chǎng)強(qiáng)度、溫度、頻率對(duì)復(fù)合材料電導(dǎo)和介電性能的影響，結(jié)果表明:與純LDPE的相比，納米ZnO/LDPE復(fù)合材料的電導(dǎo)電流密度明顯減小，微米ZnO/LDPE復(fù)合材料的電導(dǎo)電流密度則略微增大，而微、納米ZnO含量分別為2％和3％的微納米復(fù)合材料的電導(dǎo)電流密度最小。在10～105Hz的電場(chǎng)頻率范圍內(nèi)，所有復(fù)合材料的介電常數(shù)均略低于純LDPE，且含納米ZnO的復(fù)合材料表現(xiàn)出極性電介質(zhì)的損耗特征?；诎虢Y(jié)