电场作用下聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备及其介电性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maomao1983520
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聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料(PLS)以其优异的力学性能和电学性能而引起人们的广泛关注。由于无机纳米相的层状结构特点,其在聚合物基体中的分散状态和取向将直接影响到纳米复合材料的结构以及性能,因此人们开始探索对PLS纳米复合物进行结构调控的方法。电场诱导技术可以促使硅酸盐的纳米片层取向或层间剥离,因此该技术是研究不同结构形态下复合材料介电性能的有效方法之一。  本文以低密度聚乙烯(LDPE)为基体,有机化蒙脱土(MMT)作为纳米填料,采用熔融插层复合法制备 PE/MMT纳米复合材料,然后利用强电场对熔融状态的PE/MMT纳米复合材料进行诱导取向。先通过 FTIR、SEM、DSC、PLM、TSC等技术对材料进行结构表征,最后探讨不同诱导电场强度对复合材料电导率、介电损耗、击穿强度及耐电树枝化等性能的影响。  首先通过 SEM的结构分析实验发现大部分 MMT会沿诱导电场平行方向取向翻转,因此 MMT的取向必然会导致 PE/MMT复合材料电性能的各向异性;本文通过电导率和击穿强度性能来反映平行 MMT片层方向的电气性能,结果表明:随诱导电场强度的增加,取向度增大,当诱导电场强度达到20kV/mm时,电导率提高10倍,击穿强度降低41%。再通过耐电树枝化性能来反映垂直 MMT片层方向的电气性能,结果表明:经电场诱导后试样的电树枝长度缩减为原来的63.1%,扩展系数也明显减小,有效的抑制了电树枝的形成和发展。  本文又通过 DSC及 PLM来表征材料的结晶形态,结果表明 MMT使PE/MMT晶胞尺寸变小,排列更加致密;TSC及介质损耗性能测试表明MMT会使陷阱能级深度增加,并且经电场诱导处理过的PE/MMT(AC)试样陷阱密度、相对介电常数及损耗角正切值明显增大。原因可能是电场使MMT片层剥离,MMT与PE的复合界面面积增大,导致陷阱数量增多,界面极化损耗增大。
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