低密度聚乙烯纳米复合材料中空间电荷积聚对试样厚度的依赖性

低密度聚乙烯(LDPE)纳米复合材料的厚度从μm级到cm级不等,差异极大。为此,研究了LDPE纳米复合材料中空间电荷的积聚对其厚度的依赖性。基于已有的LDPE纳米复合材料,采用电声脉冲(PEA)法测量了不同厚度的无掺杂LDPE及掺杂有纳米填料的LDPE纳米复合材料在50kV/mm电场强度下的电荷积聚特性。发现无掺杂LDPE中电荷积聚不随试样厚度发生明显变化;而LDPE纳米复合材料中电荷积聚对试样厚度有明显的依赖性:试样厚度越厚,异极性电荷的抑制效果越好。根据以上实验现象,以双极子模型为基础、结合陷阱势能理论进行仿真,探讨了无掺杂LDPE中异极性电荷的形成机理,指出纳米填料不仅作为陷阱中心而且作为复合中心直接影响着试样中空间电荷的积聚特性,2种材料不同的厚度依赖性是由于复合作用的强度不同而造成的。

基于等温表面电位衰减法的氧化石墨烯/低密度聚乙烯纳米复合材料陷阱分布特性

聚合物绝缘材料中空间电荷的注入、输运、积聚和消散过程与材料的陷阱特性密切相关。为研究氧化石墨烯(GO)添加对聚乙烯材料陷阱特性的影响,制备了GO质量分数分别为0.001%、0.005%、0.01%、0.02%、0.05%的氧化石墨烯/低密度聚乙烯(LDPE)纳米复合材料,基于等温表面电位衰减(ISPD)法研究了30℃、50℃和70℃下GO/LDPE纳米复合材料的陷阱分布特性。研究发现:GO/LDPE试样均存在2个陷阱能级中心,随GO质量分数从0增加至0.05%,试样陷阱能级呈现先增大后减小的趋势;当GO质量分数为0.01%时,复合材料的深陷阱能级和密度最大;随着温度的升高,复合材料深陷阱中心所捕获的电荷更易发生脱陷过程,从而导致复合材料视在深陷阱能级增大。分析认为,质量分数为0.01%的GO纳米添加可以增大复合材料深陷阱密度,降低载流子迁移率,从而有效抑制电荷向试样内部的迁移过程。

三明治结构氧化铝/低密度聚乙烯纳米复合材料的电性能研究

采用熔融共混和多层热压的方法制备了4种三明治结构的氧化铝/低密度聚乙烯(Al2O3/LDPE)纳米复合材料。利用电声脉冲法测试了复合材料短路时的空间电荷消散曲线,通过电流测试平台研究了复合材料在常温不同直流电场下的电导率变化。结果表明:三明治结构Al2O3/LDPE复合材料的电荷消散速度明显高于纯LDPE,且在高电场下其电导率小于纯LDPE。这是由于通过三明治结构较大程度地将深陷阱引入到LDPE复合材料表面,有效抑制了电荷的注入。

低密度聚乙烯/纳米蒙脱土复合材料的水树枝生长特性

低密度聚乙烯是高压电力电缆的主要绝缘材料,水树枝生长特性与聚乙烯高压电力电缆绝缘击穿具有紧密联系。采用熔融插层复合法制备了一种低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料;设计制作了纳米复合材料的水树枝老化试样及试验装置,在试验中观测了试样的水树枝生长长度,并对试样的水树枝引发率进行了统计,分析了低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的吸水率对水树枝生长的影响;采用差示扫描热法分析了试样的结晶度和晶粒尺寸均匀性,通过分析低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的结晶行为,说明了纳米蒙脱土对纳米复合材料中水树枝的抑制机理。试验与分析结果表明:掺杂质量分数为3%的纳米蒙脱土粒子能够有效地提高低密度聚乙烯的结晶度,使晶粒尺寸分布均匀,吸水率减小,延缓水树枝在低密度聚乙烯中的引发与生长。

低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的电树枝生长特性

绝缘材料的电树枝生长特性分析是评估其绝缘性能的重要方法之一。采用熔融插层复合法制备了一种低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料,设计制作了纳米复合材料的电树枝生长试样及实验系统,在实验中观测了恒定电压下试样中电树枝生长过程及电树枝形态,测量了试样中电树枝的生长速度与扩散系数,分析了电树枝的局部放电统计特性。通过分析低密度聚乙烯–蒙脱土纳米复合材料的结晶行为,说明了纳米蒙脱土对该纳米复合材料中电树枝的抑制机制。实验与分析结果表明:纳米蒙脱土粒子有效提高了低密度聚乙烯的结晶度并减小了晶粒尺寸。同时,纳米蒙脱土粒子有利于降低纳米复合材料电树枝局部放电量与放电重复率,延缓了电树枝的引发与生长。

纳米碳化硅/低密度聚乙烯复合材料的空间电荷分布特性

空间电荷的积聚会引起局部电场的畸变,从而引起局部放电(PD)和电树枝的产生与发展,成为导致聚合物绝缘性能降低的重要因素。针对此问题,采用电声脉冲(pulsed electro-acoustic,PEA)法研究了利用不同偶联剂(包括KH-560偶联剂和A-171偶联剂)进行表面改性后的纳米SiC添加到低密度聚乙烯(LDPE)中所制备得到的SiC/LDPE复合材料的空间电荷分布。实验结果表明,纳米SiC粒子与LDPE本体之间的界面是陷阱的主要来源,添加纳米粒子对同极性电荷的注入具有一定的抑制作用;而偶联剂对陷阱的性质和能级有重要的影响,不同复合材料的空间电荷分布是不同的,KH-560SiC/LDPE复合材料中存在大量正极性亲和性的深陷阱,而A-171SiC/LDPE复合材料中则分布大量正极性亲和性的浅陷阱,从而影响载流子迁移,改变原有LDPE的介电性能。分析认为此现象源于不同偶联剂的分子结构差异,含有不对称侧链和端基的KH-560偶联剂更容易产生深陷阱,而含有烯烃结构的A-171偶联剂则容易产生浅陷阱。

纳米铜/低密度聚乙烯复合材料宫内节育器对置器后子宫出血及疼痛的影响

背景:裸铜结构宫内节育器在铜离子释放过程中含有大量氧化物,容易导致女性出现出血和疼痛等。而纳米铜/低密度聚乙烯复合材料宫内节育器则可以很好地解决以上弊端,有利于维持育龄妇女的生殖健康。目的:分析纳米铜/低密度聚乙烯复合材料宫内节育器对置器后子宫出血、疼痛的影响。方法:将98例自愿要求放置宫内节育器的女性随机均分为两组,观察组放置纳米铜/低密度聚乙烯宫内节育器,对照组放置铜T型220C宫内节育器。放置结束后随访12个月,观察两组不良事件发生情况,包括子宫出血和疼痛等。结果与结论:置器后随访12个月,观察组有1例出现子宫出血,2例患者出现疼痛现象,不良事件发生率为6%;对照组有5例出现子宫出血,8例出现疼痛,不良事件发生率为27%;两组不良事件发生率比较差异有显著性意义(P<0.05)。表明纳米铜/低密度聚乙烯复合材料宫内节育器可有效减少置器后子宫出血和疼痛的出现。

聚丙烯酸酯乳液改性纳米氢氧化镁/交联低密度聚乙烯复合材料的结构与性能

用纳米聚丙烯酸酯乳液改性纳米M g(OH)2,并制备了纳米M g(OH)2/交联低密度聚乙烯(XLDPE)复合材料。用FTIR,TEM,SEM等手段对纳米M g(OH)2表面性质和纳米M g(OH)2在XLDPE中的分散程度进行了表征,并对纳米M g(OH)2/XLDPE复合材料的拉伸和阻燃性能进行了研究。实验结果表明,改性的纳米M g(OH)2表面吸附了一层聚丙烯酸酯;改性纳米M g(OH)2在XLDPE基体中分散均匀;添加改性纳米M g(OH)2的复合材料的拉伸和阻燃性能明显优于添加未改性纳米M g(OH)2的复合材料;当m(改性M g(OH)2)∶m(低密度聚乙烯)=15时,复合材料的拉伸强度达到最大值(23.7M Pa)。

纳米氧化锌/低密度聚乙烯复合材料性能的研究

研究了纳米氧化锌 低密度聚乙烯复合材料的拉伸性能,耐光老化性能及不同的加工方式对复合材料力学性能的影响。

电场对无机纳米、微米氧化硅/低密度聚乙烯复合材料慢极化特性的影响

通过双溶液共混法制备纳米氧化硅(Nano_SiOx)/低密度聚乙烯(LDPE)和微米二氧化硅(Micro_SiO2)/LDPE复合介质,并用扫描电子显微镜观察复合材料的分散状态。采用时域法对复合介质的界面极化特性进行测量分析。利用电流计KEITHLEY6517A采集试样在2×106～2×107V/m的直流场强预压后的放电曲线,将随时间变化的电流数据进行傅立叶变化从而可以得到ε′_ε∞和ε″在低频部分的值。研究复合介质的损耗发现,随着电场的升高,介质的极化强度增大,介质极化机理会发生改变,并且极化峰值所在的位置比复合材料的低。

[C_(16)min]Br修饰的多壁碳纳米管及其与低密度聚乙烯复合材料的制备及介电性能

为改善多壁碳纳米管(MWNT)在低密度聚乙烯(LDPE)中的分散性及复合材料的界面特性,采用溴化-1-十六烷基-3-甲基咪唑基离子液体([C16min]Br)对MWNT进行表面改性,并用Raman光谱对改性效果进行了表征。将经过修饰的碳纳米管(MIL)与LDPE熔融共混得到MIL/LDPE复合材料,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和阻抗分析仪(LCR)对复合材料的结构与介电性能进行了分析。结果表明,相比与MWNT/LDPE(渗流阈值为5.2%,介电常数为82,介电损耗为0.93),MIL/LDPE(渗流阈值为9.1%,介电常数为169,介电损耗为0.51)介电常数增大,介电损耗降低。并且在低温时,MIL/LDPE介电常数随温度的变化甚小,显示出良好的温度-介电常数特性。

线性低密度聚乙烯/有机蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究

通过熔融共混法制备了线性低密度聚乙烯/有机蒙脱土(LLDPE/OMMT)纳米复合材料,采用X-射线衍射分析(XRD)和透射电镜(TEM)对材料的结构进行表征,研究了OMMT的用量对LLDPE/OMMT纳米复合材料力学性能及阻燃性能的影响。结果表明,当OMMT的用量为3.0%(重量百分比)时,材料的极限氧指数(LOI)从18.0%提高到23.8%,热释放速率峰值(PHRR)从LLDPE的771.9 kW/m2下降到511.3 kW/m2,下降幅度高达33.8%,表现出较好的阻燃性能;同时材料也呈现出良好的力学性能。

改性纳米氧化镁交联聚乙烯复合材料的制备及其电气性能研究

为提高交联聚乙烯(PE-XL)绝缘性能,以聚乙烯(PE)为基体,以改性后的MgO(MgO-NH_(2))为填料进行复配交联制备了PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料,对其热老化前后的电绝缘性能进行了研究,并与未改性的MgO交联聚乙烯复合材料(PE-XL/MgO)进行了对比研究。通过直流击穿强度、空间电荷和直流电导率来研究复合材料的绝缘性能。与未老化PE-XL/MgO相比,未老化PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料的直流击穿强度提高了20%,异质空间电荷积累可以忽略不计。热老化后,PE-XL/MgO和PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料的直流击穿强度分别较热老化前降低了38%和20%。此外,将MgO表面改性后制备的PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料比PE-XL/MgO具有更低的直流电导率。PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料在未老化条件下表现出较好的性能,且对热老化可能引起的劣化表现出更强的抑制作用。

共价功能化氮化硼纳米片/低密度聚乙烯复合材料的制备及其力学性能

六方氮化硼纳米片(BNNSs)具有极大的比表面积与优异的物理机械性能,是一种理想的纳米填料。但由于BNNSs极易团聚,难以均匀地分散在高分子基体中,大大限制了其应用。共价功能化是目前解决团聚问题的主要方法,然而由于BNNSs表面化学惰性,使得对其进行共价功能化很困难。设计了一种通过非破坏性还原反应实现BNNSs共价功能化的新途径,首先通过萘钠还原体系使得BNNSs表面活化带负电随后与卤代烷烃反应,制备出了接枝率高、结构完整的共价功能化六方氮化硼纳米片(g-BNNSs)。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热失重分析(TGA)和X射线光电子能谱(XPS)结果证实,烷基链成功地接枝到BNNSs上。TGA、透射电镜(TEM)分别对g-BNNSs的接枝率和结构完整性进行了表征。扫描电镜(SEM)观察到g-BNNSs在低密度聚乙烯(LDPE)中的分散性和相容性极佳。静态力学拉伸测试表明g-BNNSs在质量分数1.0%的低填充量下,LDPE的屈服强度、杨氏模量、断裂强度分别提高了149%,167%和119%。

基于WS_(2)纳米片和聚乙烯咔唑纳米复合材料的忆阻器的阻变行为

文章介绍基于单层WS_(2)纳米片和聚乙烯咔唑(PVK)纳米材料的Ag/WS_(2)-PVK/Cu忆阻器,并研究PVK质量分数对忆阻器I-V特性的影响。Ag/WS_(2)-PVK/Cu忆阻器表现为一次写入多次读取(write-once read-many-times, WORM)的阻变行为,随着PVK质量分数的增加,VSET逐渐增加,开关比略有增加然后减小。I-V双对数曲线证实了器件的开关机制是陷阱控制的空间电荷限制电流机制,并用能带图进行了解释,研究结果为过渡金属硫化物忆阻器开关性能的设计和优化提供了理论依据。

适宜共混速度改善低密度聚乙烯/竹粉复合材料力学与流变性能

该文主要研究共混速度对(low density polyethylene,LDPE)/竹粉木塑复合材料、流变性能和吸水率的影响。采用熔融共混方法制备LDPE/竹粉复合材料,通过旋转流变仪、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)和材料试验机等详细研究了共混速度(40,75和100 r/min)对LDPE/竹粉复合材料的复合材料动态力学性能、形态、吸水率和力学性能的影响。在LDPE/竹粉复合材料,LDPE、增容剂马来酸酐接枝聚乙烯(maleic anhydride grafted polyethylene,MAPE)和竹粉的质量比控制在65∶5∶30。共混温度和时间分别设定为170℃和10 min。结果表明,添加竹粉可有效增强LDPE的力学性能。LDPE/竹粉复合材料的拉伸强度和弯曲强度随着共混速度的增加而呈现下降趋势,但是与纯LDPE相比,LDPE/竹粉复合材料(40 r/min)的拉伸强度和弯曲强度分别增加了28%和115%;弯曲模量从48.45 MPa降低到40.75 MPa。与LDPE相比,LDPE/竹粉复合材料(40 r/min)的弯曲模量最高增加了238%;缺口冲击强度则从12.8 k J/m2提高到18.27 k J/m2,但仍低于纯LDPE。在相同频率下(1.0 Hz),随着共混速度的增加,LDPE/竹粉复合材料的储能模量和复数黏度也逐渐下降,加工性能得到了改善;同时复合材料的吸水率也从0.89%(40 r/min)下降至0.59%(100 r/min)。SEM结果表明,竹粉能均匀分布在LDPE中,提高共混速度使得竹粉表面被大量树脂覆盖,改善了界面性能,使得材料断裂面产生大量的塑性形变,提高了材料韧性和冲击强度。试验结果证实共混速度为100 r/min时,LDPE/竹粉复合材料具有较好的冲击强度和较低的吸水率,这为木塑复合材料力学性能和吸水率的改善提供有意借鉴。

不同预处理方法对木质素/低密度聚乙烯复合材料力学性能的影响

采用球磨、气流粉碎和喷雾干燥等物理方法对麦草碱木质素分别进行预处理,制备不同结构特征的木质素颗粒。结果表明,气流粉碎木质素的平均粒径最小,为3.01μm,其次为球磨木质素和喷雾干燥木质素,平均粒径分别为16.02μm和27.23μm。气流粉碎木质素的比表面积最大,达到21.87 m2/g,球磨和喷雾干燥木质素的比表面积分别为2.61 m2/g和1.90m2/g。将3种预处理方法制备的木质素颗粒分别与低密度聚乙烯(LDPE)熔融共混制备木质素/LDPE复合材料,结果表明,在木质素质量分数相同时,采用喷雾干燥木质素制备的复合材料的拉伸强度比气流粉碎木质素大0.4MPa,比球磨木质素大1.5MPa。微观结构分析表明,喷雾干燥木质素在LDPE中分散最均匀,与LDPE相之间的结合力较好。

苎麻纤维增强低密度聚乙烯复合材料的组织与性能

以苎麻原麻、纱线和麻布作增强体,与低密度聚乙烯制备复合材料,研究了复合材料的拉伸性能和增强体的热性能。结果表明:苎麻原麻的增强效果最好,复合材料的抗拉强度最大,达到91.494 MPa;纱线次之,麻布增强效果最差;经碱处理后复合材料的界面性能改善,纱线和麻布增强的复合材料强度、弹性模量明显提高,纤维热稳定性也增强。

剑麻纤维和低密度聚乙烯填充聚甲醛复合材料的摩擦磨损性能

通过双螺杆挤出熔融共混的方法制备剑麻纤维(SF)和低密度聚乙烯(LDPE)共同填充的聚甲醛复合材料,在HT-500型高温摩擦磨损试验机上考察其干滑动摩擦条件下的摩擦磨损性能,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察其磨损表面形貌,分析磨损机制。结果表明:添加适量的LDPE能显著降低POM的摩擦因数和磨损率,当LDPE质量分数为5%时,复合材料的摩擦因数下降21.7%,磨损率降低10%;随SF质量分数的增加,POM/5%LDPE/SF复合材料的摩擦因数和磨损率呈现先增大后减小再增大的趋势,当SF质量分数为5%时,复合材料摩擦磨损性能优异,在转速为1 120 r/m in,恒定载荷为8 N的实验条件下,其稳定摩擦因数为0.16,磨损率为1.61×10-6mm3/(N.m)。纯POM磨损方式以黏着磨损为主,POM/5%LDPE/SF复合材料以疲劳磨损为主,伴随有转移膜的剥落。

芦苇纤维增强低密度聚乙烯复合材料力学性能研究

以芦苇纤维作增强剂,制备了低密度聚乙烯(PE-LD)/芦苇纤维复合材料,研究了芦苇纤维、马来酸酐接枝低密度聚乙烯(PE-LD-g-MAH)及硅灰石的含量对PE-LD/芦苇纤维复合材料力学性能的影响。结果表明,未加入增容剂PE-LD-g-MAH时,随芦苇纤维含量的增加,复合材料的拉伸强度和弯曲强度先略有增加而后降低,冲击强度则呈下降趋势;PE-LD-g-MAH提高了复合材料的拉伸强度和弯曲强度,当PE-LD-g-MAH质量分数为10%时,复合材料的力学性能最好;硅灰石及芦苇纤维的质量分数分别为10%和20%时,复合材料具有较好的力学性能。