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《聚乙烯_納米蒙脫土微觀形態(tài)與力-電性能仿真及實驗研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、工學(xué)博士學(xué)位論文聚乙烯/納米蒙脫土微觀形態(tài)與力-電性能仿真及實驗研究李麗麗哈爾濱理工大學(xué)2018年06月國內(nèi)圖書分類號：TM215.92工學(xué)博士學(xué)位論文聚乙烯/納米蒙脫土微觀形態(tài)與力-電性能仿真及實驗研究博士研究生：李麗麗導(dǎo)師：張曉虹申請學(xué)位級別：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：高電壓與絕緣技術(shù)所在單位：電氣與電子工程學(xué)院答辯日期：2018年06月授予學(xué)位單位：哈爾濱理工大學(xué)ClassifiedIndex：TM215.92DissertationfortheDoctorDegreeinEngineeringStudyonMicro-morphologyandMechanical-Elec
2、tricalCharacteristicsofPolyethylene/NanomontmorilloniteCompositesbySimulationandExperimentsCandidate：LiLiliSupervisor：ZhangXiaohongAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：HighVoltageandInsulationTechnologyDateofOralExamination：June,2018University：HarbinUniversityofScienceandTe
3、chnology聚乙烯/納米蒙脫土微觀形態(tài)與力-電性能仿真及實驗研究摘要聚乙烯(PE)因其優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和加工性能被廣泛應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)中。隨著經(jīng)濟高速發(fā)展帶來的電網(wǎng)規(guī)模迅速擴大和電壓等級不斷提高，對高壓電力設(shè)備絕緣在高溫、高場強下的力學(xué)、電學(xué)性能提出了更高的要求。大量的研究證實，納米顆粒摻雜使聚合物的介電性能有不同程度的改善，然而由于聚合物與納米顆粒相互作用的復(fù)雜性，目前的研究工作主要是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)而給出的理論推測，對其內(nèi)在機理尚不十分清楚，一些關(guān)鍵問題還存在很大爭議。因此，有必要深入系統(tǒng)地研究影響聚合物性能的微觀機理。本文采用MaterialsStudio軟
4、件，以非極性PE為研究對象，分別在不同溫度、預(yù)直流有效電場和摻雜表面修飾納米蒙脫土(O-MMT)等條件下，探討了非晶PE的分子鏈段運動及其對力學(xué)和擊穿性能的影響。并通過熔融插層法制備了PE/MMT復(fù)合材料，借助X射線衍射、傅立葉紅外光譜、掃描電子顯微鏡、動態(tài)熱機械分析和擊穿性能測試等手段對PE/MMT復(fù)合材料性能的仿真結(jié)果進行了實驗驗證。PE微觀形態(tài)的仿真模擬結(jié)果表明，在升溫過程中，根據(jù)熱交換原理，由于熱應(yīng)力的存在，PE分子無序化運動增強，使分子鏈段出現(xiàn)無規(guī)則排列，分子間靜電能降低，自由體積增大。而施加1000kV/mm預(yù)直流有效電場作用時，根據(jù)高場電子能量傳遞原理，材料內(nèi)高
5、能載流子和電應(yīng)力的協(xié)同作用并未破壞化學(xué)鍵，此時分子鏈段局部有序排列，使分子間相互吸引作用增強，自由體積減小。在電熱耦合場作用下，無論分子鏈運動還是相互作用能或是自由體積分布，非晶PE的微觀形態(tài)特性均對電場表現(xiàn)出更強的依賴性。在不同溫度、預(yù)直流電場作用下對PE體系的微觀形態(tài)分析，揭示了溫度、電場對微觀形態(tài)的影響機理。X射線衍射測試結(jié)果表明，O-MMT的層間距增大到約2.4nm，與仿真模擬的計算結(jié)果相接近；掃描電子顯微鏡和紅外光譜的測試結(jié)果顯示，相對-I-未改性的原土蒙脫土(YT-MMT)，O-MMT在PE中分散較為均勻，從實驗上證實了仿真模擬提出的觀點。當(dāng)PE分子鏈插入到MMT
6、片層時通過氫鍵作用形成界面相互作用區(qū)，從而使MMT均勻分散在PE/MMT復(fù)合材料中，揭示了納米MMT與PE分子鏈間的界面結(jié)合作用機理?；谖⒂^形態(tài)變化的仿真分析，探討了溫度、預(yù)直流電場及O-MMT摻雜對PE材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：溫度升高使PE材料的力學(xué)性能參數(shù)下降，而預(yù)直流電場的作用效果略有不同，在有效電場為1000kV/mm時，PE的楊氏模量、體積模量和剪切模量較無外電場作用時有所改善。對于PE/MMT復(fù)合材料而言，當(dāng)O-MMT質(zhì)量分數(shù)為4.0%時，復(fù)合材料的力學(xué)性能得到明顯提高。以碰撞電離理論、Maxwell力學(xué)模型和Doolittle經(jīng)驗公式為基礎(chǔ)，結(jié)合自由體積
7、分布與擊穿特性的相關(guān)性，對自由體積擊穿理論的計算模型進行了修正?；赑E及PE/MMT復(fù)合材料模型的擊穿場強仿真分析表明：溫度升高使PE擊穿場強下降，而預(yù)直流電場作用使其增加，當(dāng)施加1000kV/mm有效電場時，PE的擊穿場強較無預(yù)直流電場作用時提高了40%?；谖⒂^形態(tài)演化規(guī)律，分析其對擊穿性能的影響，闡釋了微觀形態(tài)與擊穿特性的聯(lián)系。對于PE/MMT復(fù)合材料而言，其擊穿場強亦得到明顯改善，當(dāng)摻雜4.0wt%的O-MMT時，復(fù)合材料的擊穿場強較純PE提高了26%?；贛MT片層與烷烴鏈間的氫鍵作用，分析
