熱老化下納米二氧化硅摻雜低密度聚乙烯的空間電荷特性研究.pdf

1、低密度聚乙烯（LDPE）是直流電纜中廣泛采用的絕緣材料。在長期運(yùn)行過程中，聚乙烯電纜內(nèi)部的空間電荷會(huì)引發(fā)局部放電、樹枝化等絕緣缺陷，同時(shí)熱老化以及水分也會(huì)加速聚乙烯老化。因此，研究熱老化作用下納米粒子摻雜低密度聚乙烯的空間電荷特性具有重要的意義。本文通過分子動(dòng)力學(xué)（MD）和基于密度泛函理論（DFT）的量子力學(xué)方法研究了聚乙烯無定形區(qū)的微觀特性及其老化產(chǎn)物的陷阱特性；采用熔融共混法制備了納米含量為0.5％，1%，3%，5%的LDPE/Si

2、O2復(fù)合材料，并在363K下對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行10天和30天的熱老化，研究了熱老化作用下復(fù)合材料內(nèi)部空間電荷的積聚特性和消散特性。主要研究內(nèi)容如下：
　?、贅?gòu)建聚乙烯無定形區(qū)、二氧化硅以及水分的復(fù)合模型，仿真分析不同復(fù)合體系的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）及其相關(guān)微觀特性。結(jié)果表明，水分的加入降低了復(fù)合體系的玻璃轉(zhuǎn)化溫度和熱穩(wěn)定性；二氧化硅的添加增強(qiáng)了體系的熱穩(wěn)定性，提高了復(fù)合體系的玻璃轉(zhuǎn)化溫度并對(duì)復(fù)合體系內(nèi)聚乙烯的鏈運(yùn)動(dòng)有一定的抑制作用；聚乙

3、烯鏈的均方位移行為表現(xiàn)出與體系玻璃化轉(zhuǎn)變的一致性。
　?、诩t外光譜測(cè)量結(jié)果表明，熱老化過程中聚乙烯材料會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，生成酮基與羧基等基團(tuán)；空間電荷測(cè)量結(jié)果表明，相比于未老化的LDPE樣品，熱老化后的LDPE內(nèi)部負(fù)極性空間電荷積聚更為明顯；分子模擬結(jié)果表明，酮基與羧基等基團(tuán)的引入會(huì)增加聚乙烯材料的陷阱深度，隨著老化時(shí)間的增長，材料內(nèi)部的深陷阱密度也會(huì)增加；復(fù)合材料內(nèi)部深陷阱的增加是空間電荷累積的主要原因，從微觀角度解釋了熱老化后L

4、DPE內(nèi)部空間電荷的積聚特性。
　?、塾秒娐暶}沖法測(cè)量未老化LDPE/SiO2復(fù)合介質(zhì)內(nèi)空間電荷的累積和消散特性，結(jié)果表明，納米二氧化硅的添加對(duì)復(fù)合介質(zhì)內(nèi)部的空間電荷有一定的抑制作用，當(dāng)納米二氧化硅濃度為1%時(shí)，抑制效果最明顯。對(duì)比分析熱老化前后不同摻雜濃度LDPE/SiO2復(fù)合介質(zhì)內(nèi)空間電荷的累積和消散特性，結(jié)果表明，熱老化10天后，濃度為3%、5%的LDPE/SiO2復(fù)合介質(zhì)內(nèi)空間電荷的積聚量較少，具有較明顯的熱老化抑制作用；