伽玛辐照对环氧基纳米复合材料绝缘性能的影响研究

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1、伽玛辐照对环氧基纳米复合材料绝缘性能的影响研究EffectofGammaIrradiationonElectricalPropertiesofEpoxyBasedNanocomposites学科专业：电气工程作者姓名：王继隆指导教师：高宇副教授天津大学电气自动化与信息工程学院二〇一七年十二月摘要摘要近年来，随着核电的快速发展，核电系统的绝缘安全得到了广泛的关注。聚合物基纳米复合材料凭借其优异的绝缘性能，在核电领域展现出广阔的应用前景，其在辐射环境中的绝缘老化机理值得关注。本文制备了环氧基纳米复合材料，采用钴-60伽

2、玛射线源对其进行辐照处理，研究了伽玛辐照累积剂量对复合材料的陷阱分布特征、载流子迁移率和耐局部放电侵蚀性能的影响，开展的主要工作如下：1.选取双酚A型环氧树脂（Epoxy,EP），以低分子量聚酰胺为固化剂、经钛酸酯偶联剂处理过的平均粒径为60nm的α-Al2O3为填料，采用机械共混法制备EP/Al2O3纳米复合材料试样，纳米颗粒含量分别为0wt%、1wt%、3wt%和5wt%。采用60Co伽玛射线源辐射试样，总辐射量分别为0kGy、100kGy、500kGy和1000kGy。采用高低频介电常数测试仪及差示扫描量热法

3、探究纳米复合材料物理、化学结构变化规律。结果表明，随着总辐照剂量从0kGy增加至1000kGy，Tg逐渐增大，表明EP/Al2O3纳米复合材料体系的三维网状结构逐渐增强。2.通过不同极性高压直流电晕向材料表面注入电荷，采用表面电位衰减法分析材料的陷阱能级分布、载流子迁移率等参数。结果表明：随着总辐照剂量从0kGy增加到1000kGy，试样的陷阱中心能级深度先变深后变浅，载流子迁移率先下降后升高。纳米颗粒含量的增加使试样陷阱中心能级先变深后变浅、载流子迁移率先下降后升高。3.采用棒-板电极系统引发局部放电对EP/Al

4、2O3复合材料试样的耐局部放电侵蚀能力进行评估。通过3D轮廓仪测量样品的最大侵蚀深度、平均粗糙度等参数，评估纳米Al2O3颗粒含量以及伽玛线辐照累积剂量对试样耐局部放电侵蚀能力的影响。结果表明：随着累积辐照剂量从0kGy增加到1000kGy，试样的耐局部放电侵蚀能力先增强后减弱，纳米颗粒含量的增加使试样的耐局部放电侵蚀能力增强后减弱。关键词：环氧/氧化铝纳米复合材料，伽玛线辐照，电荷输运，陷阱分布，耐局部放电侵蚀IABSTRACTInrecentyears,withtherapiddevelopmentofnucl

5、earpower,polymerinsulationmaterialshavebeenwidelyusedowingtotheirsuperiorelectricalandmechanicalproperties.Butintheseradiationenvironments,thepolymermaterialsareinevitablyaffectedbyhighenergyradiationsuchasgammarays.Owingtoitsexcellentinsulationproperties,poly

6、merbasednanocompositesshowwideapplicationprospectsinthefieldofnuclearpower,andalsoitsageingmechanisminradiationenvironmentisofgreatconcern.Inthispaper,theepoxy/alumina(EP/Al2O3)nanocompositesdielectricwhichwasdopedwithdifferentcontentofnano-α-Al2O3particles,th

7、enirradiatedby60Cogammarayirradiationsource.Theeffectsofgammairradiationdoseontheelectricalpropertiesofnanocompositesmaterialswereanalyzedbycombiningthecharacteristicsoftrapdistribution,chargetransportandtheabilityofpartialdischargeresistance.Themainworkareasf

8、ollows:1.ThebisphenolAepoxyresin(Epoxy,EP),LMWpolyamideandnano-α-Al2O3withaverageparticlediameterof60nmtreatedbytitanatecouplingagentweremixeduniformlybymeansofphysicalblendingtoca