聚丙烯接枝4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮及其性能

摘要

高压直流电缆输电具有电能损耗小、稳定性好、可靠性高和造价低等优点，成为当今研究的热点之一。聚丙烯(PP)具有优良的介电性能、耐热性能以及机械性能等，成为热塑性高压直流电缆材料的首选。但是，PP作为高压直流输电缆材料存在空间电荷的积聚，易引起电场的畸变，甚至产生局部击穿等问题，限制其应用。基于此，本文在PP分子上接枝带有共轭结构的空间电荷抑制剂4-丙氧烯基-2-羟基二苯甲酮(AHB)分子，研究PP接枝AHB(PP-g-AHB)的空间电荷及介电性能、耐热性能和机械性能等。为热塑性高压PP直流电缆的研制打下良好的基础。
　　本文采用熔融接枝的方法制备PP-g-AHB，利用正交设计实验方法和红外光谱表征对其进行研究。结果表明:PP-g-AHB的最佳工艺参数为混炼温度200℃，转子转速50r/min，混炼时间9min，物料的重量比为PP∶AHB∶DCP=50∶0.8∶0.05时，接枝率最大为0.94％;红外光谱分析，在1723.15cm-1处有碳氧双键的伸缩振动峰，可以证明AHB成功接在PP上。
　　通过空间电荷、电树枝、击穿、体积电阻率、介电常数以及介电损耗的测试分析，研究AHB的接枝率对PP-g-AHB电性能的影响。结果表明:AHB接枝后产物的空间电荷量明显降低，以接枝后材料的最大空间电荷2.21C/m3计算，比纯PP的降低74.45％;接枝产物对电树枝的产生也有抑制作用，随接枝率的增加，产生电树的起始引发电压先升高后下降，产生电树枝的引发概率先降低后升高，当接枝率为0.73％时，PP-g-AHB的产生电树的起始引发电压和引发概率分别为8.0kV和45％，比纯PP的6.5kV和65％分别提高23.1％和降低30.8％;接枝后的产物改善了击穿场强随温度升高而降低的敏感性，当接枝率为0.73％时，材料的击穿场强随温度升高下降了37.7％，而纯PP的击穿场强下降幅度高达57.5％;AHB接枝产物对体积电阻率有显著的提高，当接枝率为0.73％时，体系的体积电阻率为1.69×1015Ω-m，比纯的PP提高了2.1倍;随AHB接枝率的增加，介电常数先增加后降低，当接枝率为0.73％时，介电常数最大为2.19，比纯的PP提高了1.1倍，介电损耗角正切则变化不大。
　　通过力学性能和动态力学测试分析，研究AHB的接枝率对PP-g-AHB机械性能的影响。结果表明:随AHB接枝率的增加，PP-g-AHB的弹性模量逐渐下降，拉伸强度和断裂伸长率先增加后降低，当AHB的接枝率为0.73％时，拉伸强度和断裂伸长率达到最大，分别为29.64MPa和17.13％，比纯的PP提高了17.9％和1.2倍;由DMA测试分析可知，随AHB的接枝率增加，储能模量先下降后增加，损耗模量和损耗角正切值有上升的趋势但不明显。

目录

声明

摘要

1．1 高压直流输电

1．1．1 高压直流输电的研究进展

1．1．2 高压直流输电的特点及发展的前景

1．2 聚烯烃改性及直流电缆的研究现状

1．2．1 聚烯烃改性的研究进展

1．2．2 聚丙烯改性的研究现状

1．2．3 有机共轭分子抑制空间电荷的研究

1．3 课题研究目的及意义

1．4 课题研究主要内容

2．1 主要原料

2．2 实验仪器及设备

2．3 聚丙烯接枝产物的制备及纯化

2．4 试样制备及后处理

2．5 材料性能测试与表征

2．5．1 红外表征

2．5．2 相对接枝率的表征

2．5．3 空间电荷的测试

2．5．4 电树枝化测试

2．5．5 击穿场强测试

2．5．6 体积电阻率测试

2．5．7 介电常数和介电损耗的测试

2．5．8 力学性能测试

2．5．9 动态力学分析

2．5．10 热失重分析

2．5．11 DSC的测试

2．5．12 熔体流动指数的测试

2．6 本章小结

第3章 结果与讨论

3．1 聚丙烯接枝工艺确定

3．2 聚丙烯接枝配比确定

3．3 聚丙烯接枝红外表征

3．4 聚丙烯接枝熔体流动指数分析

3．5 聚丙烯接枝击穿场强分析

3．6 聚丙烯接枝体积电阻率分析

3．7 聚丙烯接枝介电常数及介电损耗分析

3．8 聚丙烯接枝电树枝化分析

3．9 聚丙烯接枝空间电荷分析

3．10 聚丙烯接枝力学性能分析

3．11 聚丙烯接枝动态力学性能分析

3．12 聚丙烯接枝热稳定性能分析

3．13 聚丙烯接枝DSC分析

3．14 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢