基于有机硅溶胶制备LDPE/SiOx纳米复合材料的研究

摘要

聚烯烃纳米复合材料已成为材料领域研究的热点之一,因其综合性能好,尤其在电性能方面表现突出,被广泛应用于电气领域。但纳米粒子粒径小,易团聚,制备理想分散的纳米复合材料非常困难,尤其是制备聚乙烯基纳米复合材料。基于此,本文在研究高沸点有机硅溶胶制备工艺的基础上,探讨新的LDPE/SiOx纳米复合材料的方法,对其力学性能和电学性能进行研究,为大规模工业化生产高性能聚乙烯基纳米复合材料打下了坚实的基础。
　　 本文采用醇解法以正硅酸乙酯(TEOS)和实验室自制试剂N为原料制备高沸点有机硅溶胶,通过单因素实验研究配比(试剂N与TEOS的摩尔比值)、反应温度和反应时间对有机硅溶胶的固含量的影响,确定正交实验的因素和水平,进行正交设计。对实验结果进行分析,确定了制备高沸点有机硅溶胶的最优工艺条件,成功的制备了固含量约为39wt％,挥发份的挥发温度范围为130℃～170℃,稳定时间8个月以上的透明的高沸点有机硅溶胶。
　　 同时首次采用高沸点有机硅溶胶与熔融的低密度聚乙烯(LDPE)直接共混(即溶-熔共混法)制备LDPE/ SiOx纳米复合材料,采用均匀设计法,对SiOx含量、密炼时间、密炼转数、密炼温度等七个因素进行了均匀设计,拉伸强度和断裂伸长率作为力学性能评价指标,击穿强度和体积电阻率为电学性能评价指标,并对实验结果进行数理统计分析,确定了制备LDPE/SiOx复合材料的共混工艺,成功的制得了SiOx粒子尺寸为55nm～96nm的LDPE/SiOx纳米复合材料。
　　 通过一系列的测试分析,研究SiOx含量对LDPE/ SiOx复合材料加工流变性、力学性能、空间电荷分布、电树放电、击穿场强及体积电阻的影响。结果表明:添加SiOx纳米粒子能有效的降低材料的空间电荷密度;添加SiOx纳米粒子使电树起始电压提高到了11.25kV,抑制了电树生长; LDPE/ SiOx纳米复合材料的体积电阻率与纯LDPE相比提高了82.6％;同时,材料的击穿场强、拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量均得到了不同程度的提升。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 硅溶胶概述

1．1．1 硅溶胶定义

1．1．2 硅溶胶种类

1．1．3 硅溶胶的制备方法

1．1．4 有机硅溶胶的应用

1．2 聚合物基氧化硅纳米复合材料

1．2．1 聚合物基氧化硅纳米复合材料概述

1．2．2 聚合物基氧化硅纳米复合材料的制备方法

1．3 研究的目的和意义

1．4 研究的主要内容

第2章 实验部分

2．1 实验的原料及仪器设备

2．2 有机硅溶胶的制备

2．2．1 醇解法制备有机硅溶胶

2．2．2 单因素实验

2．2．3 正交试验

2．3 LDPE／SiOx复合材料的制备

2．3．1 熔-溶共混法制备LDPE／SiOx复合材料

2．3．2 均匀设计

2．4 测试与表征

2．4．1 有机硅溶胶的固含量测试

2．4．2 扫描电镜分析方法

2．4．3 加工流变性能分析方法

2．4．4 力学性能测试

2．4．5 空间电荷测试

2．4．6 树枝放电试验方法

2．4．7 体积电阻率测试

2．4．8 击穿强度试验

2．5 本章小结

第3章 结果与讨论

3．1 有机硅溶胶制备的影响因素

3．1．1 配比对有机硅溶胶制备的影响

3．1．2 反应温度对有机硅溶胶制备的影晌

3．1．3 反应时间对有机硅溶胶制备的影响

3．2 醇解法制备有机硅溶胶工艺的确定

3．3 最佳条件验证

3．4 LDPE／SiOx复合材料均匀设计分析

3．4．1 力学性能分析

3．4．2 电学性能分析

3．5 SiOx含量对材料加工流变性能的影响

3．6 SiOx含量对材料力学性能的影响

3．7 空间电荷分析

3．8 电树放电分析

3．9 SiOx含量对材料体积电阻率和击穿场强的影响

3．10 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