纳米MgO的合成及MgO/LDPE复合材料的制备与性能研究

摘要

近年，随着超高压直流输电在国内迅猛发展，国内电力系统对超高压直流输电电缆的要求也越来越高。在直流电场作用下，聚乙烯中容易形成空间电荷，空间电荷会使电场分布发生畸变、促使老化，甚至引起绝缘击穿，所以聚乙烯绝缘电力电缆要满足超高压直流输电的要求就必须抑制电场作用下聚乙烯中空间电荷集聚效应。据报道，将少量纳米MgO掺入聚乙烯中能有效降低空间电荷效应，满足超高压直流输电的要求。国内在这方面的研究鲜有报道，基于此本文重点研究了氢氧化镁的合成工艺、氢氧化镁的煅烧工艺；研究了纳米MgO的偶联剂表面处理和MgO/LDPE复合材料的制备工艺，并对复合材料的力学性能和空间电荷分布进行了测试分析。
　　 首先，以硝酸镁为原料、尿素为沉淀剂，采用均匀沉淀法合成了氢氧化镁，确定了合成氢氧化镁的最佳工艺条件。结合XRD和SEM测定纳米MgO的粒径，分析纳米MgO团聚情况，讨论了煅烧工艺、PEG用量对纳米MgO的粒径、团聚状况的影响，确定了氢氧化镁的最佳煅烧工艺及合成氢氧化镁过程中加入分散剂PEG的用量，在最佳煅烧工艺和PEG用量条件下制得了平均粒径为50nm且分散性较好的纳米MgO。
　　 其次，用钛酸酯偶联剂KH-105对纳米MgO进行了表面处理。讨论了偶联剂用量和偶联剂处理条件对纳米MgO活化指数的影响，确定了最佳偶联剂用量、偶联剂处理温度及时间。处理结果表明纳米MgO经KH-105处理后，团聚状况得到很大改善。
　　 最后，分别采用直接法和母料法制备了MgO/LDPE复合材料。通过拉伸试验和PEA法对MgO/LDPE复合材料力学性能、空间电荷分布进行了分析。讨论了纳米MgO添加量对MgO/LDPE复合材料力学性能、空间电荷分布的影响。结果表明：当纳米MgO添加量为1wt％时，MgO/LDPE复合材料的力学性能最好；当纳米MgO添加量为0.5～2wt％时，能有效的降低MgO/LDPE复合材料内空间电荷的集聚，添加量为2wt％时效果最佳。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 纳米粒子的结构与性能

1.2 纳米粒子的制备及表面改性

1.2.1 纳米粒子的制备方法

1.2.2 纳米粒子表面改性的目的及方法

1.3 纳米MgO的研究进展

1.3.1 MgO的性质及应用

1.3.2 纳米MgO的国内外研究现状

1.3.3 纳米MgO的制备现状

1.3.4 纳米MgO的表面改性

1.4 聚合物／无机纳米复合材料

1.4.1 聚合物／无机纳米复合材料的制备方法

1.4.2 PE/无机纳米复合材料的研究现状

1.4.3 PE/无机纳米复合材料的介电性能

1.5 课题研究来源及目的意义

1.6 课题研究的主要内容

第2章 实验部分

2.1 主要原辅料及仪器设备

2.2 纳米MgO的制备

2.2.1 均匀沉淀法制备氢氧化镁

2.2.2 氢氧化镁的煅烧

2.3 纳米MgO的偶联剂处理研究

2.3.1 纳米MgO的偶联剂处理

2.3.2 纳米MgO的活化指数测试

2.4 MgO/LDPE复合材料的制备

2.4.1 纳米MgO母料的制备

2.4.2 MgO/LDPE复合材料的制备

2.4.3 试样的制备

2.5 材料的测试和表征

2.5.1 TG分析

2.5.2 XRD分析

2.5.3 SEM形貌分析

2.5.4 空间电荷测量

2.5.5 力学性能测试

2.6 本章小结

第3章 结果与讨论

3.1 反应条件对氢氧化镁产率的影响

3.1.1 反应物配比对氢氧化镁产率的影响

3.1.2 反应温度对氢氧化镁产率的影响

3.1.3 反应时间对氢氧化镁产率的影响

3.2 煅烧条件对纳米MgO粒径的影响

3.3 分散剂对纳米MgO粒径和团聚的影响

3.4 偶联剂处理对纳米MgO分散性的影响

3.4.1 偶联剂用量对活化指数的影响

3.4.2 偶联剂处理温度对活化指数的影响

3.4.3 偶联剂处理时间对活化指数的影响

3.4.4 偶联剂处理对纳米MgO团聚的影响

3.5 纳米MgO含量对复合材料力学性能的影响

3.5.1 纳米MgO含量对弹性模量的影响

3.5.2 纳米MgO含量对拉伸强度的影响

3.5.3 纳米MgO含量对断裂伸长率的影响

3.5.4 制备工艺对复合材料性能的影响

3.6 纳米MgO含量对复合材料电性能的影响

3.7 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