BPH对XLPE耐电性能影响及相关机理研究

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研究表明,向交联聚乙烯(cross-linked polyethylene, XLPE)中添加少量电压稳定剂可改善材料的耐电性能。本文选用新型电压稳定剂十二烷氧基二苯甲酮(dodecyloxybenzophenone, BPH)作为添加剂,研究了该电压稳定剂对低密度聚乙烯(low-density polyethylene,LDPE)和交联聚乙烯耐电性能的影响和电压稳定剂改善耐电性能的机理。  使用 Gaussian09计算了BPH分子的最高占据轨道与最低空轨道能隙Eg、垂直电离能和绝热电离能、垂直电子亲和势和绝热电子亲和势等能量,对BPH分子进行优化并得到其稳定几何构型,分析确认其稳定几何构型的简谐振动频率值均为实频。计算结果表明 BPH作为电压稳定剂对载流子有较强的捕获能力,可吸收高能电子的能量,抑制雪崩的产生,从而改善绝缘材料的耐电性能。  用熔融共混法将不同份数的电压稳定剂添加到LDPE和XLPE中,对制备的BPH/LDPE复合材料进行了直流击穿的测试,对BPH/XLPE复合材料进行了空间电荷和交流击穿强度的测试。试验结果表明,向 LDPE和 XLPE添加电压稳定剂后,材料的直流击穿场强提高。当电压稳定剂的添加比例为0.3wt%时,BPH/LDPE的直流击穿场强比 LDPE提高17%,BPH/XLPE的直流击穿场强较XLPE提高了15.6%。BPH/XLPE中的空间电荷没有明显降低,说明 BPH对空间电荷并没有很强的抑制作用。BPH/XLPE的交流击穿场强较XLPE没有明显的提高。  将添加电压稳定剂的XLPE在自然光条件下室内放置20天后,直流击穿强度改善能力消失,其击穿场强反而较 XLPE降低了49.8%,将同样的试样在避光条件下室内放置20天后,其击穿强度较 XLPE降低了30.4%。使用傅里叶红外光谱仪分别测定XLPE试样、经过和未经过长时放置处理后添加0.3wt%电压稳定剂的XLPE试样的红外光谱图发现,放置后 BPH/XLPE中 BPH的官能团含量降低,说明电压稳定剂存在析出现象,不能长期驻留在基体材料中。BPH在自然光条件下产生了更大尺度的副产物,副产物析出后可能在基体材料中留下更大尺度的微孔,从而导致自然光条件下击穿强度的下降得更明显。  BPH在紫外光下产生副产物析出试样表面,可能在材料中留下微孔使材料的击穿强度降低。将长时放置的样品置于90℃真空烘箱中24小时后,其直流击穿场强恢复至XLPE的击穿强度。其原因可能是经热处理后,聚乙烯分子链重新取向结晶,填补了BPH析出后留下的微孔。
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