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山东理工大学李秀峰团队:XLPE/OMMT纳米复合电介质力学性能和水树枝特性研究

论文第一作者:杨云梦

通信作者:李秀峰

基金项目:山东省自然科学基金面上项目(ZR2019MEE100)

《绝缘材料》2021年第8期,点击阅读全文

交联聚乙烯(XLPE)以其优异的电气性能和力学性能而广泛应用于电力电缆绝缘层。电力电缆在运行过程中,由于受到电、热、力等联合作用,绝缘层会发生一系列物理化学变化,导致其电气性能、力学性能以及其他性能逐渐劣化,进而影响电缆的使用寿命。聚合物纳米复合材料因其独特的结构和优异的综合性能,为电气绝缘材料的研究提供了新的思路。纳米粒子的掺入可以改善复合材料的电气强度、耐电晕、耐树枝化等电气性能。纳米粒子在聚合物基体中的分散状态是决定复合材料性能优劣的关键因素,而交联过程又会影响纳米粒子在复合体系中的分散情况,从而改变其微观结构,进而影响宏观性能,但是目前关于交联行为对纳米复合材料力学性能及抗水树枝性能的相关研究相对较少。


近日,山东理工大学李秀峰副教授报道了通过熔融共混的方法分别制备了聚乙烯/蒙脱土(PE/OMMT)和交联聚乙烯/蒙脱土(XLPE/OMMT)纳米复合材料,分析交联行为和OMMT填充量对纳米复合材料弹性形变和塑性形变等力学性能的影响,研究力学性能的改变对水树枝的抑制机理。

交联前,随着OMMT含量的增加,两种纳米复合试样的的弹性模量、屈服强度和屈服应变均出现不同程度的提高。交联后,无论是XLPE还是纳米复合材料,弹性形变参数均呈下降趋势。而纳米复合材料的断裂能进一步提高,增强、增韧作用明显增大。由于交联过程影响了OMMT的分散状态,致使复合试样的储能模量下降,tanδ峰值呈下降趋势,损耗峰值温度向低温方向移动。

4种试样中水树枝是由针孔通道及针尖向四周发射状生长,其纵向截面呈半圆形。添加OMMT的纳米复合材料水树枝生长长度在沿电场方向和垂直主电场方向都有一定程度的减小,水树枝引发时间缩短。交联后形成的密实三维网状结构能够有效分散纳米复合材料所受到的形变应力,使得XLPE/OMMT纳米复合材料具有更优的抗水树枝性能。


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