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擊穿強(qiáng)度測(cè)試儀結(jié)果及分析
閱讀：1259發(fā)布時(shí)間：2023-11-17
擊穿強(qiáng)度結(jié)果及分析
交流短時(shí)擊穿場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試結(jié)果
電介質(zhì)在足夠強(qiáng)的電場(chǎng)作用下將失去其介電性能成為導(dǎo)體,，稱為電介質(zhì)擊穿,，所對(duì)應(yīng)的電壓稱為擊穿電壓。電介質(zhì)擊穿時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度叫擊穿場(chǎng)強(qiáng),。不同電介質(zhì)在相同溫度下,，其擊穿場(chǎng)強(qiáng)不同。當(dāng)電容器介質(zhì)和兩極板的距離ｄ—定后,，由U1-U2＝Ed知,，擊穿場(chǎng)強(qiáng)決定了擊穿電壓。擊穿場(chǎng)強(qiáng)通常又稱為電介質(zhì)的介電強(qiáng)度。測(cè)試時(shí),，采用ZJC-150KV電壓擊穿試驗(yàn)儀,，通過電氣控制柜持續(xù)以2KV/S的升壓速度升高電壓，記錄發(fā)生擊穿時(shí)的電壓值即擊穿電壓,。根據(jù)試樣厚度,、擊穿電壓以及擊穿強(qiáng)度公式，計(jì)算得到復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度,。
測(cè)試時(shí),，保持樣品表面干燥清潔，電極無尖,，實(shí)驗(yàn)溫度25±1℃,，相對(duì)濕度50±5%，試樣樣品浸泡在變壓器油中,，分別對(duì)同等納米填料含量的10個(gè)樣本進(jìn)行測(cè)試,。試樣的交流短時(shí)擊穿電壓威布爾分布如下圖所示。
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,，試樣的擊穿強(qiáng)度由未摻雜的31.5kv提高至36.5kv,，穿電壓變化趨勢(shì)與局放起始電壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，即隨著SIO2填充量的增加,，工頻擊穿電壓先增加,，至5%填充量到達(dá)峰值，而后隨著納米填料比例的繼續(xù)增加,，擊穿電壓又邊顯著下降趨勢(shì),。
擊穿場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試結(jié)果分析
對(duì)于摻雜納米粒子來提高環(huán)氧樹脂的擊穿性能，有很多科學(xué)工作者也都做過研究,，王旗等研宄了在環(huán)氧樹脂中摻雜納米和微米氧化鋁對(duì)環(huán)氧樹脂擊穿強(qiáng)度的影響,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在環(huán)氧樹脂中摻雜納米氧化鋁會(huì)提高擊穿場(chǎng)強(qiáng),，而摻雜微米氧化錯(cuò)會(huì)降低復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度,。而且，當(dāng)納米氧化鋁顆粒含量較低時(shí),，加入納米氧化鋁顆粒到環(huán)氧樹脂降低了環(huán)氧樹脂的擊穿強(qiáng)度,，當(dāng)納米氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5WT%時(shí)，納米氧化鋁/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度超過了純環(huán)氧樹脂的擊穿強(qiáng)度,。他認(rèn)為這是電于由于納米氧化鋁顆粒具有更大的比表面積,，能夠在大分子及其鏈之間形成緊密連接,，阻止初始電子移動(dòng),，加入到環(huán)氧樹脂中后能消除環(huán)氧樹脂的部分缺陷，因此引入納米氧化鋁顆粒能提高環(huán)氧樹脂的擊穿強(qiáng)度與納米氧化鋁顆粒相比,，單個(gè)微米氧化鋁顆粒過大,，很難像納米氧化鋁顆粒一樣能與環(huán)氧樹脂形成緊密結(jié)構(gòu),。微米氧化鋁顆粒與環(huán)氧樹脂之間的松散結(jié)構(gòu)，不能像納米氧化鋁顆粒一樣移除,，隨添加奮增大,，反而引入更多導(dǎo)致環(huán)氧復(fù)合材料擊穿強(qiáng)度降低的缺陷。該缺陷能夠使起始電子更容易移動(dòng),，并隨著起始電子的撞擊而引入更多的電子,，從而降低了擊穿強(qiáng)度。納米氧化鋁提高了環(huán)氧樹脂的擊穿強(qiáng)度,，而微米氧化招則降低了擊穿強(qiáng)度,。也研究了微米、納米,、微/納米A1203對(duì)環(huán)氧樹脂擊穿強(qiáng)度的影響,，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)摻雜微米氧化鋁的復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度較純環(huán)氧樹脂降低了55%，由202.8KV降低到90.3KV,；而在微/納米復(fù)合材料又較納米復(fù)合材料擊穿電壓略高,；偶聯(lián)劑對(duì)擊穿強(qiáng)度的影響不大。他認(rèn)為是由于納米粒子具有更高的擊穿強(qiáng)度,，阻擋了電樹枝和放電通道的生長(zhǎng),。
結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果和酵前對(duì)于擊穿強(qiáng)度作用機(jī)理的研宄成果，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出如下討論,。當(dāng)環(huán)氧樹脂內(nèi)部不填加任何納米填料時(shí),，環(huán)氧固化物會(huì)由于固化不全而形成分子團(tuán)，在分子面之間,，會(huì)形成缺陷,，這在圖2-1中能清晰的看出，分子團(tuán)與分子團(tuán)之間都有較深的縫隙,。由于這些缺陷的存在,，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂的擊穿強(qiáng)度較低。
當(dāng)環(huán)氧樹脂中摻雜納米粒子后,，環(huán)氧樹脂擊穿電壓升高,—方面是納米粒子的形態(tài)緊,，擊穿強(qiáng)度很高，預(yù)放電通道,、電樹枝等可被納米填料中斷,，其模型如下圖所示：
另一方面，聚合物中摻雜納米粒子引入了大量陷阱或者使原有的陷阱能級(jí)變深,，由于載流子的入陷和出陷,，使得載流子自由程變短，遷移率降低，在電場(chǎng)作用下積累的動(dòng)能也降低,，減少了載流子對(duì)聚合物分予鏈的撞擊破壞,，從而提高了擊穿場(chǎng)強(qiáng)。
當(dāng)添加量進(jìn)一歩増加時(shí)（超過5wt%）,，復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度開始下降,，這可能是兩方面原因造成的。首先,，當(dāng)納米粒子摻雜量較大時(shí),，由于其表面能大，納米粒子開始團(tuán)聚,，使得納米粒子具有的小尺寸效應(yīng)消失,，并且在復(fù)合材料內(nèi)部引入了缺陷，從而使擊穿強(qiáng)度降低,。其次,，隨著導(dǎo)電粒子濃度的增加，導(dǎo)電粒子之間開始相互接觸,，能形成連續(xù)導(dǎo)電逾滲網(wǎng)絡(luò),，從而使材料的擊穿強(qiáng)度又逐漸降低。
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