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表层氟化温度对聚乙烯中空间电荷积累的影响

陈暄 安振连 刘晨霞 张冶文 郑飞虎

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表层氟化温度对聚乙烯中空间电荷积累的影响

陈暄, 安振连, 刘晨霞, 张冶文, 郑飞虎

Influence of surface fluorination temperature on space charge accumulation in polyethylene

Chen Xuan, An Zhen-Lian, Liu Chen-Xia, Zhang Ye-Wen, Zheng Fei-Hu
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  • 在实验室反应釜中于不同的温度(35 ℃, 55 ℃和70 ℃) 下, 以氟气体积浓度为12.5%的氟/氮混合气对热压制备的聚乙烯(PE) 片状试样(厚约0.8 mm) 进行了相同时间(2 h) 的表层氟化改性. 利用压力波法研究了氟化温度对PE中空间电荷积累的影响. 结果显示, 随着氟化温度的提高直流高压作用下的氟化试样中的空间电荷积累明显减少, 这个70 ℃的氟化试样中几乎没有空间电荷. 衰减全反射红外分析表明, 氟化引起了试样表层化学组成的本质变化及氟化度随氟化温度的明显提高. 接触角测量与表面能计算间接地表明了这些氟化层有显著增大的介电常数. 开路热刺激放电电流测量进一步揭示了这些氟化层 不同的电荷捕获特性, 及随着氟化温度的提高氟化层对化学杂质从半导性电极向PE扩散的增强的阻挡特性, 因此表明氟化层中自由体积的相应减小. 表层自由体积的减小对抑制空间电荷的积累, 比介电常数的增大和电荷陷阱的变化起到更加显著的作用.
    Polyethylene (PE) discs prepared by hot-pressing, each with a thickness of 0.8 mm, are surface fluorinated in a laboratory vessel by an F2/N2 mixture containing 12.5% F2 by volume at different temperatures of 35, 55, and 70 ℃ for the same time of 2 h. The influence of fluorination temperature on space charge accumulation in PE is investigated by the pressure wave propagation method. The results show an obvious decrease in space charge accumulation in the fluorinated sample subject to a direct current high voltage with the increase of fluorination temperature, and there exists almost no charge accumulation in the sample fluorinated at 70 ℃. Attenuated total reflection infrared analyses indicate a substantial change in chemical composition of the sample surface layers by the fluorinations and an obvious increase in degree of fluorination with fluorination temperature increasing. Contact angle measurements and surface energy calculations indirectly indicate a significant increase in permittivity of the fluorinated layers by the fluorinations. Open-circuit thermally stimulated discharge current measurements further reveal different charge trapping properties of the fluorinated layers and the improved barrier properties of the fluorinated layer to the diffusion of the chemical species from the semi-conductive electrode to the PE with increase of fluorination temperature, thus indicating a corresponding decrease in free volume of the surface layer. The decrease in the free volume plays a more important role in suppressing the space charge accumulation, compared with the increase in permittivity and the change in charge trap.
    • 基金项目: 国家自然科学基金项目(批准号: 50977065, 51077101) 与电力设备电气绝缘国家重点实验室(EIPE11210) 资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50977065, 51077101) and State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment (Grant No. EIPE11210).
    [1]

    Montanari G C, Fabiani D 2000 IEEE Trans. DEI 7 322

    [2]

    Zhang Y, Lewiner J, Alquie C, Hampton N 1996 IEEE Trans. DEI 3 778

    [3]

    Lewis T J 2002 IEEE Trans. DEI 9 717

    [4]

    Jones J P, Llewellyn J P Lewis T J 2005 IEEE Trans. DEI 12 951

    [5]

    Chen G, Tanaka Y, Takada T, Zhong L 2004 IEEE Trans. DEI 11 113

    [6]

    Murakami Y, Mitsumoto S, Fukuma M, Hozumi N, Nagao M 20002 Electr. Eng. Jpn. 138 19

    [7]

    An Z, Yang Q, Xie C, Jiang Y, Zheng F, Zhang Y 2009 J. Appl. Phys. 105 064102

    [8]

    An Z, Xie C, Jiang Y, Zheng F, Zhang Y 2009 J. Appl. Phys. 106 104112

    [9]

    Jiang Y, An Z, Liu C, Zheng F, Zhang Y 2010 IEEE Trans. DEI 17 1814

    [10]

    An Z L, Liu C X, Chen X, Zheng F H, Zhang Y W 2012 Acta Phys. Sin. 61 098201 (in Chinese) [安振连, 刘晨霞, 陈暄, 郑飞虎, 张冶文 2012 物理学报 61 098201]

    [11]

    Owens D K, Wendt R C 1969 J. Appl. Polym. Sci. 13 1741

    [12]

    Lewiner J 1986 IEEE Trans. Electr. Insul. EI-21 351

    [13]

    Liu C X, An Z L, Chen X, Zheng F H, Zhang Y 2011 Proceedings of International Symposium on Electrical Insulating Materials (ISEIM) Kyoto, Japan, September 6-11, 2011 p 54

    [14]

    Kharitonov A P 2008 Prog. Org. Coat. 61 192

    [15]

    Ho Y F F, Chen G, Davies A E, Swingler S G, Sutton S J, Hampton R N 2003 IEEE Trans. DEI 10 393

  • [1]

    Montanari G C, Fabiani D 2000 IEEE Trans. DEI 7 322

    [2]

    Zhang Y, Lewiner J, Alquie C, Hampton N 1996 IEEE Trans. DEI 3 778

    [3]

    Lewis T J 2002 IEEE Trans. DEI 9 717

    [4]

    Jones J P, Llewellyn J P Lewis T J 2005 IEEE Trans. DEI 12 951

    [5]

    Chen G, Tanaka Y, Takada T, Zhong L 2004 IEEE Trans. DEI 11 113

    [6]

    Murakami Y, Mitsumoto S, Fukuma M, Hozumi N, Nagao M 20002 Electr. Eng. Jpn. 138 19

    [7]

    An Z, Yang Q, Xie C, Jiang Y, Zheng F, Zhang Y 2009 J. Appl. Phys. 105 064102

    [8]

    An Z, Xie C, Jiang Y, Zheng F, Zhang Y 2009 J. Appl. Phys. 106 104112

    [9]

    Jiang Y, An Z, Liu C, Zheng F, Zhang Y 2010 IEEE Trans. DEI 17 1814

    [10]

    An Z L, Liu C X, Chen X, Zheng F H, Zhang Y W 2012 Acta Phys. Sin. 61 098201 (in Chinese) [安振连, 刘晨霞, 陈暄, 郑飞虎, 张冶文 2012 物理学报 61 098201]

    [11]

    Owens D K, Wendt R C 1969 J. Appl. Polym. Sci. 13 1741

    [12]

    Lewiner J 1986 IEEE Trans. Electr. Insul. EI-21 351

    [13]

    Liu C X, An Z L, Chen X, Zheng F H, Zhang Y 2011 Proceedings of International Symposium on Electrical Insulating Materials (ISEIM) Kyoto, Japan, September 6-11, 2011 p 54

    [14]

    Kharitonov A P 2008 Prog. Org. Coat. 61 192

    [15]

    Ho Y F F, Chen G, Davies A E, Swingler S G, Sutton S J, Hampton R N 2003 IEEE Trans. DEI 10 393

  • [1] 赵大帅, 孙志, 孙兴, 孙怀得, 韩柏. 基于分形理论的微间隙空气放电. 物理学报, 2021, 70(20): 205207. doi: 10.7498/aps.70.20210362
    [2] 郭榕榕, 林金海, 刘莉莉, 李世韦, 王尘, 林海军. CdZnTe晶体中深能级缺陷对空间电荷分布特性的影响. 物理学报, 2020, 69(22): 226103. doi: 10.7498/aps.69.20200553
    [3] 袁端磊, 闵道敏, 黄印, 谢东日, 王海燕, 杨芳, 朱志豪, 费翔, 李盛涛. 掺杂含量对环氧纳米复合电介质陷阱与空间电荷的影响. 物理学报, 2017, 66(9): 097701. doi: 10.7498/aps.66.097701
    [4] 张旭平, 王桂吉, 罗斌强, 谭福利, 赵剑衡, 孙承纬, 刘仓理. 基于Helmholtz自由能模型的聚乙烯的完全物态方程. 物理学报, 2017, 66(5): 056501. doi: 10.7498/aps.66.056501
    [5] 梁铭辉, 郑飞虎, 安振连, 张冶文. 基于Monte Carlo的热脉冲法数据分析. 物理学报, 2016, 65(7): 077702. doi: 10.7498/aps.65.077702
    [6] 刘康淋, 廖瑞金, 赵学童. 声脉冲法空间电荷测量系统的研究. 物理学报, 2015, 64(16): 164301. doi: 10.7498/aps.64.164301
    [7] 左应红, 王建国, 朱金辉, 牛胜利, 范如玉. 爆炸电子发射初期阴极表面电场的研究. 物理学报, 2012, 61(17): 177901. doi: 10.7498/aps.61.177901
    [8] 李维勤, 张海波, 鲁君. 非聚焦电子束照射SiO2薄膜带电效应. 物理学报, 2012, 61(2): 027302. doi: 10.7498/aps.61.027302
    [9] 廖瑞金, 周天春, George Chen, 杨丽君. 聚合物材料空间电荷陷阱模型及参数. 物理学报, 2012, 61(1): 017201. doi: 10.7498/aps.61.017201
    [10] 廖瑞金, 伍飞飞, 刘兴华, 杨帆, 杨丽君, 周之, 翟蕾. 大气压直流正电晕放电暂态空间电荷分布仿真研究. 物理学报, 2012, 61(24): 245201. doi: 10.7498/aps.61.245201
    [11] 屠德民, 王霞, 吕泽鹏, 吴锴, 彭宗仁. 以能带理论诠释直流聚乙烯绝缘中空间电荷的形成和抑制机理. 物理学报, 2012, 61(1): 017104. doi: 10.7498/aps.61.017104
    [12] 张忠强, 丁建宁, 刘珍, Y. Xue, 程广贵, 凌智勇. 碳纳米管-聚乙烯复合材料界面力学特性分析. 物理学报, 2012, 61(12): 126202. doi: 10.7498/aps.61.126202
    [13] 安振连, 刘晨霞, 陈暄, 郑飞虎, 张冶文. 表层氟化聚乙烯中的空间电荷. 物理学报, 2012, 61(9): 098201. doi: 10.7498/aps.61.098201
    [14] 黄秀光, 傅思祖, 舒桦, 叶君建, 吴江, 谢志勇, 方智恒, 贾果, 罗平庆, 龙滔, 何钜华, 顾援, 王世绩. 聚乙烯冲击压缩特性实验研究. 物理学报, 2010, 59(9): 6394-6398. doi: 10.7498/aps.59.6394
    [15] 陈曦, 王霞, 吴锴, 彭宗仁, 成永红. 温度梯度场对电声脉冲法空间电荷测量波形的影响. 物理学报, 2010, 59(10): 7327-7332. doi: 10.7498/aps.59.7327
    [16] 赵敏, 安振连, 姚俊兰, 解晨, 夏钟福. 孔洞聚丙烯驻极体膜中空间电荷与孔洞击穿电荷的俘获特性. 物理学报, 2009, 58(1): 482-487. doi: 10.7498/aps.58.482
    [17] 肖春, 张冶文, 林家齐, 郑飞虎, 安振连, 雷清泉. 聚乙烯薄膜中空间电荷短路放电复合率的发光法研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6459-6464. doi: 10.7498/aps.58.6459
    [18] 杨 强, 安振连, 郑飞虎, 张冶文. 线性低密度聚乙烯中空间电荷陷阱的能量分布与空间分布的关系. 物理学报, 2008, 57(6): 3834-3839. doi: 10.7498/aps.57.3834
    [19] 安振连, 杨 强, 郑飞虎, 张冶文. 低密度聚乙烯热压成型过程中的空间电荷. 物理学报, 2007, 56(9): 5502-5507. doi: 10.7498/aps.56.5502
    [20] 郑飞虎, 张冶文, 吴长顺, 李吉晓, 夏钟福. 用于固体介质中空间电荷的压电压力波法与电声脉冲法. 物理学报, 2003, 52(5): 1137-1142. doi: 10.7498/aps.52.1137
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-09-30
  • 修回日期:  2011-11-25
  • 刊出日期:  2012-07-05

表层氟化温度对聚乙烯中空间电荷积累的影响

  • 1. 同济大学物理系先进微结构材料教育部重点实验室, 上海 200092;
  • 2. 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049
    基金项目: 国家自然科学基金项目(批准号: 50977065, 51077101) 与电力设备电气绝缘国家重点实验室(EIPE11210) 资助的课题.

摘要: 在实验室反应釜中于不同的温度(35 ℃, 55 ℃和70 ℃) 下, 以氟气体积浓度为12.5%的氟/氮混合气对热压制备的聚乙烯(PE) 片状试样(厚约0.8 mm) 进行了相同时间(2 h) 的表层氟化改性. 利用压力波法研究了氟化温度对PE中空间电荷积累的影响. 结果显示, 随着氟化温度的提高直流高压作用下的氟化试样中的空间电荷积累明显减少, 这个70 ℃的氟化试样中几乎没有空间电荷. 衰减全反射红外分析表明, 氟化引起了试样表层化学组成的本质变化及氟化度随氟化温度的明显提高. 接触角测量与表面能计算间接地表明了这些氟化层有显著增大的介电常数. 开路热刺激放电电流测量进一步揭示了这些氟化层 不同的电荷捕获特性, 及随着氟化温度的提高氟化层对化学杂质从半导性电极向PE扩散的增强的阻挡特性, 因此表明氟化层中自由体积的相应减小. 表层自由体积的减小对抑制空间电荷的积累, 比介电常数的增大和电荷陷阱的变化起到更加显著的作用.

English Abstract

参考文献 (15)

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