乙烯咔唑接枝聚乙烯制备与性能研究

摘要

聚乙烯具有突出的电性能、加工性以及较低的价格，成为高压和超高压直流电缆材料的首选。但是，聚乙烯在用于高压直流电缆材料时存在空间电荷积聚的问题，研究发现在聚乙烯中加入一些无机纳米粒子和有机共轭小分子可以有效的抑制聚乙烯中空间电荷的积聚，但是无机纳米粒子存在相容性和易团聚的问题，有机共轭小分子存在迁移和挥发的问题，导致复合材料的性能不能长期保持稳定。为了抑制聚乙烯中空间电荷，同时避免无机粒子的团聚问题和有机共轭小分子的迁移问题，本文将具有共轭大π键结构和良好的电荷分散能力的空间电荷抑制剂乙烯咔唑接枝到聚乙烯分子上，研究乙烯咔唑接枝聚乙烯电性能和物理机械性能。为高性能的聚乙烯直流电缆材料工业化打下基础。
　　本文采用熔融法和热压法制备乙烯咔唑接枝聚乙烯，通过比较两种方法制备的乙烯咔唑接枝聚乙烯材料的接枝率、凝胶含量和电性能，确定更好的接枝方法。通过对比分析乙烯咔唑接枝聚乙烯和N-乙基咔唑/聚乙烯物理共混材料的电学性能及力学性能，确定在提高聚乙烯性能和抑制空间电荷方面更有效的改性方法。结果表明：熔融法接枝产物接枝率更高，在接枝过程中交联副反应更少，接枝更均匀，且材料在体积电阻率以及击穿场强电性能方面明显优于热压法。熔融接枝改性在提高聚乙烯体积电阻率和击穿场强方面明显优于物理共混改性，聚乙烯接枝材料在稳定性和抑制空间电荷的效果方面明显优于N-乙基咔唑/聚乙烯复合材料；乙烯咔唑接枝聚乙烯最大体积电阻率为聚乙烯复合材料的2.1倍，最大击穿场强为复合材料的1.36倍；但在提高力学性能方面，两种改性方法相近。
　　通过对乙烯咔唑接枝聚乙烯电性能、热稳定性、力学性能和空间电荷分布的测试，研究接枝率对乙烯咔唑接枝聚乙烯性能的影响。结果表明：熔融法制备乙烯咔唑接枝聚乙烯的最佳工艺是接枝温度180℃，转子转速50 r/min，接枝反应时间9 min，LDPE:DCP:VK质量比为150:1:50时，接枝率最高达到15.24％。随着接枝率的提高，乙烯咔唑接枝聚乙烯材料的介电常数呈现出先降低后升高的趋势，体积电阻率和击穿场强均呈现出先升高后降低的趋势，当接枝率为10.12%时，乙烯咔唑接枝聚乙烯体积电阻率是纯聚乙烯的3.2倍；当接枝率为13.02%时，击穿场强比聚乙烯提高了67.64%，此时对聚乙烯内部的空间电荷抑制效果最好，乙烯咔唑接枝聚乙烯内部的电荷最大密度仅为0.31 C/m3。乙烯咔唑接枝聚乙烯的电性能和力学性能均比聚乙烯有明显的提高。

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第1章 绪论

1.1高电压直流输电

1.2直流电缆用聚乙烯改性研究现状

1.3咔唑及其衍生物介绍

1.4课题研究目的意义

1.5课题研究主要内容

第2章 实验部分

2.1原料及仪器设备

2.2微波法合成N-乙基咔唑及乙烯咔唑

2.3 N-乙基咔唑/LDPE复合材料试样的制备

2.4乙烯咔唑(VK)乙烯咔唑接枝聚乙烯的制备

2.5材料表征与性能测试

2.6本章小结

第3章 结果与讨论

3.1 N-乙基咔唑的制备工艺

3.2乙烯咔唑接枝聚乙烯工艺

3.3熔融接枝与共混改性对比研究

3.4接枝率对乙烯咔唑接枝聚乙烯结晶度的影响

3.5接枝率对乙烯咔唑接枝聚乙烯热稳定性的影响

3.6接枝率对乙烯咔唑接枝聚乙烯加工性能的影响

3.7接枝率对乙烯咔唑接枝聚乙烯介电常数和介电损耗的影响

3.8接枝率对乙烯咔唑接枝聚乙烯体积电阻率的影响

3.9接枝率对乙烯咔唑接枝聚乙烯击穿场强影响

3.10接枝率对乙烯咔唑接枝聚乙烯空间电荷分布的影响

3.11接枝率对乙烯咔唑接枝聚乙烯力学性能的影响

3.12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