氟樹脂結(jié)構(gòu)形態(tài)與空間電荷關系研究.pdf

1、氟樹脂因其優(yōu)異的電氣和機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。在直流電場下,聚合物中空間電荷的聚集嚴重畸變電場分布并最終引發(fā)絕緣擊穿,導致絕緣性能失效,引發(fā)短路、放電等現(xiàn)象,使儀器損壞;在航空航天領域,電介質(zhì)中形成的空間電荷嚴重影響衛(wèi)星的安全運行,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)和表面上感應出很高的

2、電位差,常常觸發(fā)放電,引起元件工作失常,導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,對于保證絕緣的有效性和航天器的安全運行,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,如實驗溫度、外施電場、加電壓時間、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。目前國際上對聚烯烴類(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,對氟樹脂聚合物的研究主要集中在駐極體領域,而忽略了氟樹脂作為特種絕緣材料時空間電荷的危害。
　　 本文選用PTFE、FEP、PVDF三種典型得氟樹脂進行研究,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)之間的關系,討論了空間電荷的形成和消除機理,為航空航天領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)。通過實驗結(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,被陷阱捕獲得電荷容易傳導出

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在高壓直流電場下的電荷存儲量及其分布。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傳導被捕獲的電荷。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