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纳米粒子带电特性及其聚乙烯纳米复合材料性能研究

作　者: 陈涛
导　师: 张文龙
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: Zeta电位高压直流电缆纳米复合材料改性低密度聚乙烯
分类号: O632.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

近年来，随着超高压直流输电在国内迅猛发展，国内电力系统对超高压直流输电电缆的要求也越来越高。向聚乙烯中掺杂无机纳米粒子制备出的纳米复合材料，能够有效的抑制空间电荷，提高复合材料的电气绝缘性能和机械性能。目前如何选择不同纳米粒子制备高介电性能聚乙烯纳米复合材料的研究尤为重要，已经成为人们关注的热点。基于此本文将研究无机纳米粒子带电特性与聚乙烯纳米复合材料电学性能和力学性能之间的关系，为制备高介电性能的聚烯烃纳米复合材料打下基础。本文选用与聚乙烯结构相似的液体石蜡作为溶剂，用四种纳米粒子制备液体石蜡悬浮液，并测量纳米粒子在悬浮液中的Zeta电位与其聚乙烯纳米复合材料的电学性能和力学性能，并且对比研究纳米粒子的Zeta电位与聚乙烯纳米复合材料的电学性能和力学性能。经研究发现，利用ZetaProbe电位测试仪，首次在液体石蜡中测量出纳米粒子的Zeta电位，四种粒径为50nm的纳米SiO₂、MgO、TiO2、BaTiO3在液体石蜡中的Zeta电位分别是-41.60、1.80、5.80、-0.67mV；在对纳米粒子进行偶联剂处理后，纳米粒子的Zeta电位有不同程度的提高，偶联剂处理后纳米SiO₂、MgO、TiO2、BaTiO3在液体石蜡中的Zeta电位分别是：-53.40、10.12、6.40、6.59mV；纳米SiO₂粒径增大，Zeta电位减小，粒径分别为15、30、50nm的SiO₂粒子其Zeta电位分别是：-68.40、-68.20、-53.40mV；纳米SiO₂含量升高，Zeta电位先增大后减小，当15nm SiO₂粒子的含量分别为1wt%、2wt%、3wt%时，Zeta电位分别是：-58.30、-68.40、-36.40mV。经四种纳米粒子制备的聚乙烯纳米复合材料电学性能和力学性能测试对比纳米粒子Zeta电位研究，结果表明，四种纳米粒子偶联剂处理后制备的聚乙烯纳米复合材料的分散性得到改善，电学性能和力学性能都有不同程度的提升，其性能变化与纳米粒子处理前后Zeta电位变化基本保持一致；纳米SiO₂粒径增大，其Zeta电位增大，聚乙烯纳米复合材料的电学性能和力学性能下降；纳米SiO2含量升高，Zeta电位先增大后减小，聚乙烯纳米复合材料的电学性能和力学性能下降。当SiO2粒径为15nm，在聚乙烯中含量为2wt%时综合性能最佳，拉伸强度为13.9N/mm2，断裂伸长率为957.2%，断裂功为14.3J，弹性模量为116.3N/mm2，体积电阻率为20.8×1014·m，击穿场强为30.73kV/mm。

纳米粒子带电特性及其聚乙烯纳米复合材料性能研究

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