高分子绝缘材料表面改性后的憎水恢复性机理研究

摘要

近年来，高分子绝缘材料以其独特的憎水性和憎水恢复性在电力行业中得到了广泛的应用。然而在诸如紫外、电晕放电、等离子体等自然或人为因素的作用下，高分子绝缘材料的表面层会逐渐发生老化，最终导致材料完全失去憎水恢复性。尽管关于高分子绝缘材料的老化研究已见于诸多报导，但由于老化手段及研究方法各异，得出的结论也不尽相同，特别是大多数研究只关注于高分子绝缘材料最终失效的结构，对于其早期老化阶段中的表面憎水性研究报导的结果尚无公认的机理进行解释。因此，本文主要利用低温离子体模拟自然环境中的电老化过程。利用等离子体技术处理高分子绝缘材料中的硅橡胶、高密度聚乙烯（HDPE）、乙烯-醋酸乙烯酯（EVA），并使用接触角测量、显微红外、扫描电镜以及正电子分析等手段研究电老化对材料表面的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴不同气氛的等离子体处理硅橡胶样品后，样品表面的憎水性得到很大程度的改变。通过改变等离子体工作气体的种类、处理功率、处理时间、工作压强等参数，研究表面处理后样品表面的憎水性。通过显微红外和扫描电镜对样品进行分析，发现样品内部的官能团没有明显的变化，但是表面形貌由于受到不同等离子体气氛的处理，会有所不同。通过比较不同工作气体的憎水恢复性结果，可以发现氩气等离子体处理后，硅橡胶的憎水恢复性最强；而氧气和氮气等离子体处理后，硅橡胶的憎水恢复性较弱。⑵利用射频等离子体对 HDPE进行处理，检测其表面亲水性以及化学基团在材料中的深度分布，研究等离子体处理过程对这两者的影响。实验发现，处理后 HDPE表面接触角随时间变化的数据可以被一个两参数衰变模型很好的拟合，表明材料表面的憎水恢复性可能是由两种不同亲水基团的扩散导致的。正电子束的结果表明，HDPE仅仅有从表面起到700nm深度范围内的区域被等离子体所影响。⑶等离子体处理EVA表面后，能明显改善材料表面的亲水性。随着等离子体作用时间的增加，EVA表面的接触角减小，但是当处理时间达到足够长时，接触角达到饱和。继续增加作用的时间，接触角不会继续减小。等离子体处理EVA表面后，它的表面接触角会随着存放时间的增加而增加。这种憎水恢复性可以利用单参数衰变模型进行拟合。

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第1章绪论

1.1 高分子绝缘材料及其电老化行为

1.2等离子体概述

1.3低温等离子体对高分子绝缘材料的作用

1.4本文主要研究内容与创新点

第2章 利用等离子体改性模拟电老化实验

2.1实验试剂与仪器

2.2实验步骤

2.3结构表征与性能测试

第3章 利用等离子体技术对硅橡胶进行表面处理

3.1影响因素的探讨

3.2不同工作气体的影响

3.3功率的影响

3.4时间的影响

3.5等离子体处理后的憎水恢复性

3.6 本章小结

第4章利用等离子体对聚烯烃进行表面处理

4.1 等离子体表面改性聚乙烯模拟电老化行为

4.2 等离子体表面改性EVA模拟电老化行为

4.3 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2论文展望

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢