【摘 要】
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聚乙烯是由乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂,因为其自身化学结构特点,使其成为目前高压输电及电气设备等领域应用非常广的绝缘材料之一。当在电介质材料两端加上电压时,电介
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聚乙烯是由乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂,因为其自身化学结构特点,使其成为目前高压输电及电气设备等领域应用非常广的绝缘材料之一。当在电介质材料两端加上电压时,电介质材料的电导电流密度加大,并且在聚乙烯内部很可能积累空间电荷,从而造成电场畸变。这些因素都会加速绝缘劣化,大幅度减少其使用寿命。随着高压直流输电技术的发展,高压强场下绝缘介质内部的载流子输运机制变的更加复杂,同时对于高场强下电导电流测试设备提出更高要求,因而有必要对聚乙烯绝缘材料在高场下的电导行为以及其测试设备和手段进行深入研究。本文主要探讨的是四种不同密度聚乙烯绝缘材料在不同电场强度下的电导电流测试以及在高场下(临近击穿场强)的测试手段的实现,从而为我们进一步探讨聚乙烯高场电导行为的研究提供基础条件;实验通过XRD、DSC测试手段定性定量的完成四种不同密度聚乙烯的结晶度测试,通过电击穿设备完成聚乙烯的击穿场强测试,通过自主搭建的高场电导数字测试系统完成了聚乙烯的电导电流测试;研究分析了聚乙烯密度、结晶度对于聚乙烯击穿场强的影响以及对其电导行为机制转变的可能原因。通过实验测得发现,低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)等四种不同密度聚乙烯随着密度的增大其结晶度大小逐渐增大;击穿场强随聚乙烯的结晶度的升高而显著增大,形状参数越大,击穿强度数据的分散性越小,聚乙烯表现出更加稳定的介电特性;在电导特性的测试中,聚乙烯对应的欧姆区(T1区)到非欧姆区转变的电场阈值逐渐降低,同时非欧姆区的转折点B所对应的场强大小也是逐渐降低;在lg I-lg E坐标系下的图像中,经过分段拟合得到:四种材料在T1区的电导特性曲线斜率都非常接近1,与理论值几乎相同;第二段曲线(T2区)的斜率值范围为2～4,说明在此区域存在SCLC效应;第三段曲线(T3区)的斜率都远低于T2区曲线斜率;四种不同密度聚乙烯在高场区的电导机制都存在由体(Poole-Frenkel)效应到电极(Schottky)效应的转变过程,且随着聚乙烯的结晶度的增大电导机制转变对应的场强阈值逐渐增大。
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