【摘 要】
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为研究聚丙烯作为节能环保型新型电缆绝缘材料的可行性,并考虑到纳米颗粒对于介质性能的改善作用,本文将经过表面处理和未经表面处理两组不同的纳米MgO分别以0.5wt%、1wt%和3wt%的浓度添加到PP基体中形成不同组分的纳米MgO/PP复合介质。通过透射电镜TEM和差示扫描量热DSC来观察纳米MgO/PP的微观结构,通过空间电荷试验、交直流击穿试验和宽频介电谱试验等来研究PP和纳米MgO/PP电气介
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为研究聚丙烯作为节能环保型新型电缆绝缘材料的可行性,并考虑到纳米颗粒对于介质性能的改善作用,本文将经过表面处理和未经表面处理两组不同的纳米MgO分别以0.5wt%、1wt%和3wt%的浓度添加到PP基体中形成不同组分的纳米MgO/PP复合介质。通过透射电镜TEM和差示扫描量热DSC来观察纳米MgO/PP的微观结构,通过空间电荷试验、交直流击穿试验和宽频介电谱试验等来研究PP和纳米MgO/PP电气介电性能,通过动态热机械分析DMA试验和热重分析TGA试验分析来研究新型绝缘材料的机械性能和耐热特性。综合考察PP及其纳米复合介质作为输电电缆绝缘材料的应用性。微观TEM和DSC试验表明,纳米MgO在基体PP中整体分布均匀,经过表面处理的试样纳米粒子团聚更少。纳米MgO/PP复合介质结晶度和结晶峰值温度均高于纯PP。空间电荷试验表明,在去极化过程中,纳米MgO的加入能减少试样中阴极电荷的积累,同时阳极的异极性电荷基本消失,中高场下,纳米复合介质整体电荷密度有明显下降。经过表面处理的组分对空间电荷密度和峰值的抑制效果不如未经过表面处理的试样,但对电场强度畸变的抑制效果更为明显。在所做试样中,MgO含量为0.5wt%时对空间电荷的改善效果最佳。击穿试验表明,PP和纳米MgO/PP的交流击穿场强和直流击穿场强分别在120k V/mm以上和200k V/mm以上,直流击穿场强高于交流击穿场强。纳米MgO的添加能增加复合介质的击穿场强,经过表面处理的组分高于未经表面处理的组分。交流下最高击穿场强出现在纳米含量为3wt%的试样,直流下最高击穿场强出现在1wt%的试样。宽频介电谱试验表明,常温下纳米MgO的加入能降低复合介质的相对介电常数,经过表面处理的组分下降幅度更大;同时相比于纯PP,复合介质的介质损耗角正切增加,电导率略微提升。工频下的介电温谱表明,PP和纳米MgO/PP的相对介电常数随着温度上升会先增加后趋于稳定甚至有略微下降,介质损耗角正切随温度上升也会增加,添加经过表面处理的高浓度纳米颗粒会大幅提升介质损耗角。DMA试验表明,PP以及纳米MgO/PP复合介质的玻璃化转变温度为2℃左右,纳米MgO的加入会提升粘流态转变温度,增加力学损耗因子。TGA实验表明,添加低浓度纳米MgO难以提高PP的耐热性,当纳米粒子含量达到3wt%时,未经过表面处理和经过表面处理的复合介质初始热分解温度相比于PP分别提高76℃和148℃。
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