MgO/LDPE纳米复合材料的制备及其电学性能研究

摘要

近年，随着高压直流输电在国内电力系统发展迅速，国内对超高压直流输电电缆的要求也越来越高。聚乙烯(PE)在直流电场作用下易发生空间电荷积聚，从而使电缆中的电场分布发生畸变、促使其老化，甚至引起电缆的绝缘击穿。向PE中加入少量纳米MgO，可以有效抑制空间电荷的聚集，满足超高压直流输电对电缆的要求。基于此，本文研究Mg(OH)2的煅烧工艺，纳米MgO的表面处理工艺，共混法制备MgO/LDPE纳米复合材料的共混工艺，以及纳米复合材料的力学性能、体积电阻率、击穿场强和空间电荷特性。
　　 采用正交实验设计，研究分步煅烧工艺。根据分步煅烧方案，煅烧自制的Mg(OH)2粉末，测量MgO粉末的粒径，SPSS软件分析数据，确定分步煅烧工艺;结合XRD测试，对比分析分步煅烧和一步煅烧制得的MgO粒子。结果表明，分步煅烧制得的MgO晶粒尺寸小于一步煅烧制得MgO的晶粒尺寸，且粒径分布均匀。
　　 用KH-540、KH-550、KH-570、NDZ-105、XLS型稀土偶联剂对纳米MgO进行表面处理。研究KH-540、KH-550、KH-570、NDZ-105改性温度对纳米MgO沉降高度的影响，XLS型稀土偶联剂用量对纳米MgO沉降高度的影响，确定各偶联剂的处理工艺;并结合SEM测试，选出适合纳米MgO表面处理的偶联剂。结果表明，KH-550在改性温度55℃时处理MgO的效果最好，纳米MgO粒径约为50nm，分散均匀。
　　 采用正交实验设计，研究MgO/LDPE纳米复合材料的制备工艺。根据共混方案制备MgO/LDPE纳米复合材料，电子显微镜观测复合材料薄片试样，根据MgO粒子的粒径及在LDPE中的分散情况，将各复合材料试样分级，SPSS软件分析数据，确定共混工艺。结果表明，当共混条件为温度150℃、转速60r/min、时间0.25h时，制备出的MgO/LDPE纳米复合材料效果最好，纳米MgO粒径为60-90nm，在LDPE基体中分散均匀。
　　 通过拉伸实验、体积电阻率、击穿强度以及空间电荷等测试方法研究纳米MgO、EVA对MgO/LDPE纳米复合材料性能影响。结果表明:当纳米MgO含量为2wt％时，EVA含量6和9 wt％时，MgO/LDPE纳米复合材料有较好的力学、电学性能，并有效的降低MgO/LDPE纳米复合材料内空间电荷的集聚。此时，复合材料内阴极电荷密度17.4 C/m3、阳极电荷密度13.4C/m3。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 纳米氧化镁

1．1．1 纳米MgO的性质及用途

1．1．2 纳米MgO的制备

1．1．3 纳米MgO的表面处理

1．1．4 纳米MgO的研究现状

1．2 无机纳米/聚合物复合材料

1．2．1 无机纳米/聚合物复合材料的制备方法

1．2．2 纳米粒子/PE复合材料研究现状

1．2．3 纳米MgO/PE复合材料研究现状

1．3 课题研究来源及目的意义

1．4 课题研究的主要内容

第2章 实验部分

2．1 主要实验原料及仪器设备

2．2 纳米MgO的制备

2．2．1 Mg(OH)2的制备

2．2．2 Mg(OH)2的煅烧

2．3 纳米MgO的表面处理

2．3．1 纳米MgO的表面处理

2．3．2 沉降实验

2．4 MgO/LDPE纳米复合材料的制备

2．4．1 共混工艺的确定

2．4．2 制备复合材料

2．4．3 制备测试试样

2．5 材料的测试和表征

2．5．1 电子显微镜测试

2．5．2 激光粒度分析

2．5．3 XRD测试

2．5．4 SEM测试

2．5．5 力学性能测试

2．5．6 体积电阻率测试

2．5．7 击穿强度测试

2．5．8 空间电荷测试

2．6 本章小结

第3章 结果与讨论

3．1 影响Mg(OH)2煅烧的因素及表征

3．1．1 第一步煅烧时间对MgO粒径的影响

3．1．2 第二步煅烧温度对MgO粒径的影响

3．1．3 第二步煅烧时间对MgO粒径的影响

3．1．4 分步煅烧与一步煅烧的XRD对比

3．2 影响纳米MgO表面处理的因素及表征

3．2．1 温度对纳米MgO改性效果的影响

3．2．2 用量对纳米MgO改性效果的影响

3．2．3 偶联剂种类对纳米MgO改性效果的影响

3．2．4 偶联剂种类对纳米MgO粒子的微观影响

3．3 影响共混法制备MgO/LDPE纳米复合材料的因素

3．3．1 时间对纳米MgO在LDPE基体中分散的影响

3．3．2 转速对纳米MgO在LDPE基体中分散的影响

3．3．3 温度对纳米MgO在LDPE基体中分散的影响

3．4 纳米MgO对材料的性能影响

3．4．1 纳米MgO对材料力学性能的影响

3．4．2 纳米MgO对材料体积电阻率和击穿场强的影响

3．4．3 纳米MgO对材料空间电荷特性的影响

3．4．4 纳米MgO对材料形貌的影响

3．5 EVA对MgO/LDPE纳米复合材料(MgO 2wt％)的性能影响

3．5．1 EVA对MgO/LDPE纳米复合材料(MgO2wt％)力学性能影响

3．5．2 EvA对MgO/LDPE纳米复合材料(MgO2wt％)电学性能影响

3．5．3 EVA对MgO/LDPE纳米复合材料(MgO2wt％)空间电荷影响

3．5．4 EVA对MgO/LDPE纳米复合材料(MgO2wt％)形貌的影响

3．6 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