100kV冲击电压试验系统的设计及XLPE/MMT纳米复合材料击穿性能研究

论文摘要

聚合物纳米复合材料（Polymer Nanocomposites）是以聚合物为基体、分散相至少有一维以纳米尺度（1-100nm）分散于基体中的高分子复合材料。与传统的复合材料相比,由于纳米分散相带来的纳米效应以及其与基体间强的界面相互作用,因此聚合物纳米复合材料不但具有优于相同组分传统聚合物复合材料的一系列物理化学性能,还具有某些传统复合材料难以获得的特殊性能,为制备高性能、多功能的新一代复合材料提供了可能性。为了满足对薄片试样进行冲击击穿试验的要求,本文研制了低储能冲击电压发生器,确定了间隙的电弧消失时间及放电电流大小。为延长间隙电弧放电时间,我们提出了在间隙两侧加设旁路电容,根据基本理论,分析了旁路电容对放电回路的影响。通过仿真计算,给出间隙电弧在雷电波波峰与波尾处消失的波形,分析了不同旁路电容值对各个波形的改善作用,确定了不同情况下旁路电容的最优值。实测结果表明,该方法研制的低储能单级冲击电压发生器可产生幅值为100kV的平滑1.2/50μs的标准雷电波形,可以较好的满足薄片试样的冲击试验要求。利用冲击电压试验系统,分别对交联聚乙烯基体材料和不同类型的交联聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料进行了负极性冲击击穿和交流击穿试验,并结合Weibull分布对击穿试验结果进行了统计性分析。通过实验对比了不同蒙脱土类型对复合材料击穿性能的影响及蒙脱土含量对复合材料击穿性能的影响,进而明确了在不同电压下复合材料的击穿场强较聚合物基体提高的程度。击穿试验表明,添加经插层剂处理的蒙脱土所形成的复合材料比其他体系的击穿场强要高;进而讨论插层剂处理的蒙脱土含量对复合材料击穿场强的影响时,发现当蒙脱土含量为1%时,复合材料的击穿场强最高,与基体材料相比,冲击击穿场强和交流击穿场强分别提高了1.9%和12.55%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米电介质的发展
• 1.2 纳米复合材料击穿性能的研究
• 1.2.1 聚合物纳米复合材料击穿性能的研究现状
• 1.2.2 纳米复合材料击穿性能研究的理论观点
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 第2章 100kV 单级冲击电压发生器的研制
• 2.1 单级冲击电压发生器的基本原理
• 2.2 主回路参数计算及仿真
• 2.3 系统构成及元件选取
• 2.4 点火装置
• 2.5 冲击电压发生器输出波形
• 2.6 本章小结
• 第3章 冲击电压发生器的改善分析
• 3.1 低储能冲击电压发生器的设计
• 3.2 波形计算
• 3.2.1 产生雷电全波的理想情况
• 3.2.2 间隙电弧在波前消失
• 3.2.3 间隙电弧在波形后期消失
• 3.3 本章小结
• 第4章 XLPE/MMT 纳米复合材料击穿性能研究
• 4.1 试样的制备
• 4.2 试验方法
• 4.3 试验结果与分析
• 4.3.1 Weibull 分布
• 4.3.2 蒙脱土类型对复合材料击穿性能的影响
• 4.3.3 蒙脱土含量对复合材料击穿性能的影响
• 4.3.4 在不同外施电压下复合材料击穿场强的提高幅度
• 结论
• 参考文献
• 致谢