耐電暈薄膜介電性能及其對(duì)耐電暈性能的影響

目前， 在薄膜中摻雜無(wú)機(jī)納米粒子提高其耐電暈放電的機(jī)理尚無(wú)統(tǒng)一觀點(diǎn)， 這可能是因?yàn)闊o(wú)機(jī)納米粒子具有優(yōu)異的耐電暈性能， 也有可能是因?yàn)樵诰酆衔锘w中摻雜的無(wú)機(jī)納米成分改變了薄膜的介電性能， 進(jìn)而提高了其耐電暈?zāi)芰?。

添加納米粒子對(duì)介質(zhì)極化的影響

利用L CR測(cè)試儀分別測(cè)試杜邦1 00CR 薄膜和1 00HN薄膜的介電常數(shù)隨頻率的變化趨勢(shì)，1 00CR 薄膜的相對(duì)介電常數(shù)明顯大于1 00HN薄膜。一方面， 由于加入的無(wú)機(jī)納米成分比聚酰亞胺有機(jī)成分具有更大的相對(duì)介電常數(shù)， 因此對(duì)于兩相材料， 該復(fù)合材料具有復(fù)相非均質(zhì)材料的性能， 即ε m in<ε<ε m ax（ 其中， ε為復(fù)合材料的介電常數(shù)； ε m in為復(fù)合材料各成分的最小介電常數(shù)；ε m ax為復(fù)合材料各成分的最大介電常數(shù)） ； 另一方面，由于復(fù)合材料中許多界面存在大量缺陷， 電荷在界面中的分布發(fā)生變化， 在特定頻率電場(chǎng)作用下， 薄膜內(nèi)部正負(fù)電荷分別向兩極移動(dòng)， 在界面缺陷處聚集，形成電偶極矩， 即異號(hào)電荷位移產(chǎn)生松弛極化， 導(dǎo)致納米復(fù)合材料的介電常數(shù)增大 。

在外電場(chǎng)作用下， 介質(zhì)極化產(chǎn)生極化電荷， 其電場(chǎng)方向與外加電場(chǎng)方向相反， 削弱了介質(zhì)中的電場(chǎng)。由于 A l 2O 3 的介電常數(shù)大于聚酰亞胺的介電常數(shù)，故在 A l 2O 3 納米顆粒內(nèi)形成的退極化場(chǎng)強(qiáng)度比聚酰亞胺中的大； 薄膜表面的A l 2O 3 納米顆粒產(chǎn)生了大量的極化電荷， 屏蔽了薄膜中的電場(chǎng)， 因此極化電荷起到了削弱聚酰亞胺薄膜中電場(chǎng)的作用。納米復(fù)合聚酰亞胺薄膜中的無(wú)機(jī)納米粒子－聚合物間的勢(shì)壘可以阻止電荷的注入 。

添加納米粒子對(duì)電導(dǎo)率的影響

在復(fù)合材料中摻雜無(wú)機(jī)納米會(huì)使其電導(dǎo)率增大， 1 00CR薄膜的電導(dǎo)率比1 00HN 薄膜大1個(gè)數(shù)量級(jí)（ 在2 3℃時(shí)， 100CR、 100NH 薄膜的單位體積電阻率分別為2．3×10 1 6、 1．4×10 1 7Ω·c m， 其單位面積電阻率分別為3．6×10 1 6、 1×10 1 7Ω） 。這可能是因?yàn)閺?fù)合材料中的 A l 2O 3 納米粒子是以微晶形式存在的，具有較寬的導(dǎo)帶和較小的禁帶寬度， 更易發(fā)生電子的熱激發(fā)， 進(jìn)而增大復(fù)合材料中自由載流子的密度；此外， 納米粒子表面電荷更易電離形成自由電荷， 該自由電荷形成自由載流子， 導(dǎo)致電阻率下降。在老化過(guò)程中， 根據(jù) T anaka提出的納米電介質(zhì)電暈老化模型， 在1 00CR薄膜中的無(wú)機(jī)納米顆粒界面區(qū)內(nèi)存在具有一定導(dǎo)電性的松散層， 電暈老化導(dǎo)致有機(jī)物燒蝕， 進(jìn)而相互連通形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 使薄膜的電導(dǎo)率增大 。

電導(dǎo)率增大所造成的主要影響為： （ 1） 表面電導(dǎo)率的增大使得表面電荷衰減速度加快， 殘余電荷更少； （ 2） 薄膜內(nèi)部空間電荷更不易積累； （ 3） 局部放電腐蝕氣隙表面的有機(jī)物在氣隙表面形成無(wú)機(jī)納米粒子層， 氣隙表面電導(dǎo)率的增大使得放電產(chǎn)生的電荷的衰減速度加快， 當(dāng)脈沖電壓極性反轉(zhuǎn)時(shí)，氣隙表面電荷形成的反向電場(chǎng)減弱， 使得平均放電量減小 。

添加納米粒子對(duì)陷阱參數(shù)的影響

分別對(duì)1 00HN、 100CR薄膜施加頻率為1kHz、占空比為5 0%的雙極性脈沖方波電壓， 脈沖方波電壓峰－峰值從2 50V（ 即宏觀電場(chǎng)強(qiáng)度1 0kV /mm） 逐級(jí)升高到20 00V（ 即宏觀電場(chǎng)強(qiáng)度8 0kV /mm） ， 測(cè)試體電荷密度隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)。根據(jù)所得數(shù)據(jù)繪制體電荷密度隨介質(zhì)電場(chǎng)強(qiáng)度的變化曲線， 得到空間電荷積聚的閾值電場(chǎng)強(qiáng)度。未老化的1 00HN 薄膜和1 00CR 薄膜中體電荷密度隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化情況。當(dāng)介質(zhì)內(nèi)部無(wú)空間電荷聚集時(shí)， 體電荷密度和電場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系。若曲線斜率發(fā)生變化， 則變化點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度值即為 閾 值 電 場(chǎng) 強(qiáng) 度。未 老 化 的1 00CR薄膜、 1 00HN薄膜的空間電荷積聚的閾值電場(chǎng)強(qiáng)度分別為3 8、 32．5kV /mm。Ⅰ區(qū)為O hm區(qū)， 所測(cè)得的體電荷密度是試樣固有的載流子密度，因?yàn)樵趯?shí)際的聚酰亞胺薄膜中， 總是存在一定量的能夠自由遷移的正（ 負(fù)） 帶電粒子。Ⅱ 區(qū)為陷阱作用區(qū)， 曲線斜率k反映了空間電荷的積聚速率， k越大則空間電荷在介質(zhì)中的聚集速率越快。1 00CR薄膜的k值明顯大于1 00HN薄膜， 說(shuō)明前者內(nèi)部空間電荷積聚速率較快， 含有更多的淺陷阱。熱電子的產(chǎn)生幾率及其能量大小由陷阱密度和深度決定。增加淺陷阱密度、 減小深陷阱密度， 可增加電子落入淺陷阱的概率， 減小電子落入深陷阱的概率， 進(jìn)而減小電子脫陷時(shí)形成高能量熱電子的幾率， 降低高能電子對(duì)聚合物的破壞作用。1 00CR 薄膜中存在更多的淺陷阱， 這可能是其耐電暈性能較好的重要原因 。

杜邦 公 司 生 產(chǎn) 的 納 米 耐 電 暈 聚 酰 亞 胺 薄 膜1 00CR是對(duì)40 00多種物質(zhì)進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)后， 選出具有抗電暈放電產(chǎn)物腐蝕能力的無(wú)機(jī)物和聚酰亞胺雜化制成的。為分析1 00CR 薄膜的整體結(jié)構(gòu)， 采用液氮（ －196°C） 冷 卻 后 進(jìn) 行 脆 斷 處 理， 獲 得 整 齊 的1 00CR薄膜斷面結(jié)構(gòu) 。

用F eisirion掃描電子顯微鏡（ SEM） 觀察1 00CR薄膜的斷面形貌。由于100CR薄膜電導(dǎo)率很低， 為避免在觀察時(shí)產(chǎn)生電荷積累， 觀察前在試樣上噴涂1層金膜， 以獲得良好的觀察襯度， 使圖像具有較強(qiáng)的立體感。1 00CR薄膜由3層組成。分別對(duì)薄膜上層、 中間層及下層成分進(jìn)行能譜分析可知， 薄膜的上層和下層除了含有C、 O元素外還含有大量的A l元素， 其納米添加劑應(yīng)為 A l 2O 3， 而中間層幾乎不含 A l元素， 為C、 O結(jié)構(gòu)。在1 00CR薄膜的3層結(jié)構(gòu)中， 無(wú)機(jī)納米粒子分布在薄膜表層。與聚酰亞胺基體相比， 無(wú)機(jī)納米成分具有更好的耐電暈性能和耐受電暈放電產(chǎn)物腐蝕的能力， 對(duì)薄膜內(nèi)部的聚酰亞胺分子結(jié)構(gòu)具有很好的保護(hù)作用； 而中間的聚酰亞胺層則保證薄膜具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度， 使其整體具有良好的耐熱、 機(jī)械和電氣性能以及耐電暈?zāi)芰?。?duì)1 00CR薄膜進(jìn)行脈沖電壓下的電暈老化， 老化前首先進(jìn)行壽命實(shí)驗(yàn)以確定化時(shí)間。當(dāng)頻率為1kHz、 電壓幅值為2kV、 溫度為1 00°C時(shí)， 100CR 薄膜的壽命為1 31min。因 此， 在 相 同 實(shí) 驗(yàn) 條 件 下 老 化 1h， 即100CR薄膜進(jìn)入老化中期時(shí)，進(jìn)行掃描電鏡分析。 隨著電暈老化過(guò)程的發(fā)展， 薄膜表面的有機(jī)成分被逐漸腐蝕， 整個(gè)表面幾乎完全被無(wú)機(jī)納米粒子絮狀物取代， 形成保護(hù)層。無(wú)機(jī)納米層的形成進(jìn)一步提高了薄膜耐受電暈放電產(chǎn)生的帶電粒子的轟擊能力， 阻止了電暈放電對(duì)內(nèi)部聚酰亞胺基體的進(jìn)一步侵蝕， 起到了很好的保護(hù)作用 。

隨著電 力 電 子 技 術(shù) 的 發(fā) 展， 脈 寬 調(diào) 制 （PWM） 逆變器憑借其技術(shù)優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于家用電器（ 如空調(diào)、 冰箱） 、 工業(yè)生產(chǎn)（ 如機(jī)床、 水泵） 、 風(fēng)力發(fā)電及軌道交通（ 高速動(dòng)車） 等領(lǐng)域。絕緣 柵 雙 極 型 晶 體 管 （IGBT） 輸出的高頻高壓脈沖方波與工頻正弦電壓波存在很大的區(qū)別， 因此， 在變頻調(diào)速系統(tǒng)的推廣應(yīng)用過(guò)程中， 出現(xiàn)了大量變頻電機(jī)絕緣過(guò)早失效的情況。雖然聚酰亞胺薄膜憑借其優(yōu)異的耐熱、 機(jī)械、 介電性能在電氣電子行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用， 但在高頻脈沖電壓下， 其壽命大大縮短， 無(wú)法滿足變 頻 條 件 下 的 使 用 要 求。1 994 年， Du p ont 、ABB、 Siemens合 作 研 制 的 耐 電 暈 聚 酰 亞 胺 薄 膜（ 1 00CR） 在20MV /m 交流電場(chǎng)強(qiáng)度下的使用壽命>10h， 其耐電暈性能與粉云母接近， 解決了變頻電機(jī)絕緣耐電暈性能差的缺點(diǎn)， 因此該薄膜得到了廣泛的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)， 杜邦耐電暈聚酰亞胺薄膜的擊穿電壓比普通聚酰亞胺薄膜（ 1 00HN） 的擊穿電壓低，但在高頻脈沖電壓下其壽命卻大幅提高，該耐電暈機(jī)理成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問(wèn)題 。

雷清泉 等 人 研 究 了 電 暈 老 化 前 后1 00HN 和100CR聚酰亞胺薄膜的電導(dǎo)電流特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 電暈老化前， 1 00CR 薄膜的 O hm 區(qū)電流明顯大于1 00HN薄膜， 而空間電荷限制電流區(qū)電流則明顯小于1 00HN 薄膜； 電暈老化后， 1 00HN 薄膜陷阱載流子密度和電老化閾值均減小， 而1 00CR 薄膜的對(duì)應(yīng)值均增大。分析可得， 在聚合物中摻雜無(wú)機(jī)納米粒子可能會(huì)增大導(dǎo)帶熱激發(fā)自由電子濃度以及聚合物中電荷陷阱的深度和密度。張沛紅等人研究了納米復(fù)合聚酰亞胺薄膜的介電性能、 高場(chǎng)電導(dǎo)特性、 電老化閾值及局部放電對(duì)表面形貌的影響。屠德民等人認(rèn)為， 在復(fù)合材料中添加無(wú)機(jī)納米粒子可提高其淺陷阱密度， 注入的電子被陷阱捕獲后， 在材料表面形成屏 蔽 電 場(chǎng)， 提 高 了 材 料 的 耐 局 部 放 電 性能。李鴻巖等人研究了復(fù)合材料中納米 A l 2O 3 的含量對(duì)其介電性能的影響規(guī)律， 隨著納米 A l 2O 3 含量的增加， 其介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切均顯著增大， 體積電阻率和擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度略有降低， 耐電暈性能顯著增強(qiáng)。查俊偉等人研究了聚酰亞胺納米復(fù)合薄膜的表面電位衰減特性， 發(fā)現(xiàn)其表面電位衰減速率比純聚酰亞胺薄膜快的多， 納米粒子的引入增強(qiáng)了電荷在材料體內(nèi)的輸運(yùn)能力， 加快了電荷的消散， 提高了材料的耐電暈特性 。

K aufold等人認(rèn)為變頻電機(jī)匝間絕緣的擊穿主要是由局部放電引起的， 當(dāng)存在局部放電時(shí)， 聚酰亞胺薄膜會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)被擊穿； 當(dāng)不存在局部放電時(shí)， 即使在很高的電應(yīng)力和熱應(yīng)力作用下， 老化2a以上的 聚 酰 亞 胺 薄 膜 也 沒(méi) 有 發(fā) 生 擊 穿 現(xiàn) 象。T anaka教授等人基于層狀納米材料的研究成果提出了耐電暈機(jī)理的多核模型， 在層狀納米材料的作用下， 局部放電的破壞通道被延長(zhǎng)， 提高了材料的耐電暈性能。此外， T anaka 教授等人提出了耐電暈性能和介電常數(shù)的關(guān)系， 當(dāng)局部放電作用于具有較高介電常數(shù)的納米材料時(shí)， 由于無(wú)機(jī)納米粒子具有較好的耐局部放電性能， 因此提高了復(fù)合材料的耐電暈?zāi)芰?。Y inW 等人認(rèn)為， 添加納米粒子在提高聚酰亞胺耐電暈性能方面的作用是多方面的， 是電場(chǎng)均化、 熱穩(wěn)定性能提高、電子及紫外線屏蔽作用等多種效應(yīng)共同作用的結(jié)果。以上學(xué)者都從某一方面研究了復(fù)合材料中添加的納米粒子對(duì)其介電性能的影響， 但缺乏對(duì)納米復(fù)合聚酰亞胺薄膜耐電暈機(jī)理的系統(tǒng)研究 。

高溫是導(dǎo)致絕緣材料電氣性能、 機(jī)械性能和壽命降低的主要原因之一， 提高電機(jī)中絕緣材料的導(dǎo)熱性能是改進(jìn)電機(jī)絕緣、 降低損耗的重要措施之一 ?！≡趶?fù)合材料中添加無(wú)機(jī)納米粒子可以提高其熱導(dǎo)率， 使產(chǎn)生的熱量更易散出， 這不僅避免了介質(zhì)局部過(guò)熱， 降低了熱擊穿的危險(xiǎn)， 還削弱了局部放電和空間電荷注入對(duì)聚酰亞胺的破壞作用 。

納米粒子高導(dǎo)熱性能對(duì)熱導(dǎo)率的影響

一般來(lái)說(shuō)， 聚合物材料本身的熱導(dǎo)率較低， 導(dǎo)熱性能較差， 填加高導(dǎo)熱性填料是提高聚合物材料導(dǎo)熱性能的重要途徑。當(dāng)填料用量較少時(shí)， 填料完全被聚合物基體所包裹， 熱阻很大， 熱導(dǎo)率主要取決于基體的熱導(dǎo)率， 因此高熱導(dǎo)率填料對(duì)復(fù)合材料熱導(dǎo)率的影響甚微。當(dāng)填料用量超過(guò)某一臨界值時(shí)， 聚合物基體中的部分填料或填料聚集體相互接觸， 形成局部的導(dǎo)熱鏈或?qū)峋W(wǎng)。隨著填料用量的進(jìn)一步增加， 聚合物基體中的導(dǎo)熱鏈或?qū)峋W(wǎng)相互聯(lián)結(jié)貫穿， 形成相互貫穿的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)， 顯著提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能 。

溫度對(duì)局部放電的影響

在高頻脈沖電壓下， 溫度的升高會(huì)使局部放電活動(dòng)加劇。這是因?yàn)闇囟鹊纳呒涌炝司酆衔锊牧蟽?nèi)部空間電荷的運(yùn)動(dòng)， 使陷阱捕獲的電荷更易脫陷，形成放電的初始電子， 致使放電次數(shù)增加； 此外， 溫度的升高會(huì)加快聚合物的分解， 揮發(fā)出低分子物質(zhì)，促進(jìn)局部放電的發(fā)展。在高壓方波脈沖幅值3．5kV、 頻率1 0kHz、 占空比5 0%條件下， 利用研發(fā)的連續(xù)高壓脈沖方波下局部放電測(cè)試系統(tǒng)得到聚酰亞胺薄膜的局部放電特性， 不同溫度下的局部放電特征參量變化。隨著溫度的升高， 平均放電量、 最大放電量、 放電次數(shù)和放電能量均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。局部放電活動(dòng)的增強(qiáng)導(dǎo)致其對(duì)薄膜的破壞作用加劇， 加速薄膜的老化過(guò)程。因此， 摻雜無(wú)機(jī)納米使局部放電產(chǎn)生的熱量更易散出，可有效降低高溫對(duì)局部放電的促進(jìn)作用 。

溫度對(duì)空間電荷注入的影響

空間電荷的存在、 轉(zhuǎn)移和消失都會(huì)改變電介質(zhì)內(nèi)部的電場(chǎng)分布， 削弱或加強(qiáng)電介質(zhì)內(nèi)部的局部電場(chǎng)?？臻g電荷的存在會(huì)導(dǎo)致聚合物內(nèi)部電場(chǎng)發(fā)生畸變， 對(duì)絕緣材料的電導(dǎo)、 老化、 擊穿特性產(chǎn)生明顯的影響 。

采用厚度為0．125mm 的聚酰亞胺薄膜， 施加峰－峰值電壓為4kV、 頻率為1kHz、 占空比為5 0%的雙極性脈沖方波電壓進(jìn)行老化， 分別在2 5、 80、 140°C條件下， 利用空間電荷測(cè)試儀測(cè)量不同老化時(shí)間薄膜的空間電荷分布。隨著溫度的升高， 電荷入陷的位置逐漸向介質(zhì)內(nèi)部移動(dòng)， 這是因?yàn)殡S著溫度的升高， 電荷的遷移率增大， 電荷需移動(dòng)更長(zhǎng)的距離才會(huì)被陷阱捕獲。當(dāng)老化時(shí)間相同時(shí)， 隨著溫度的升高， 體電荷密度呈逐漸增大趨勢(shì)。隨著老化程度的加深， 更多的分子鏈斷裂或降解， 導(dǎo)致薄膜內(nèi)部陷阱密度和深度增大， 進(jìn)而使薄膜內(nèi)部聚集更多的空間電荷。溫度的升高使聚酰亞胺薄膜內(nèi)部空間電荷的注入深度和密度均呈增加趨勢(shì) ?？臻g電荷注入和抽出理論認(rèn)為， 空間電荷在脫陷時(shí)釋放的機(jī)械能是引起聚合物分子鏈斷裂的主要原因； 光降解理論和熱電子理論則認(rèn)為， 電荷在入陷和脫陷時(shí)會(huì)釋放一定的能量，產(chǎn)生高能射線和高能離子， 使聚合物分子鏈斷裂， 引起絕緣老化 。

多核模型

日本早稻田大學(xué)的 Tanaka T等基于化學(xué) 、電學(xué)和形態(tài)學(xué)理論 , 提出了多核模型 , 用于解釋納米層狀材料在提高聚合物耐電暈性能方面所起的作用 。他們通過(guò)比較聚酰胺和聚酰胺/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料在相同局部放電條件下的耐電暈性能 , 發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料表面的電暈腐蝕深度是純聚合物的五分之一 ,肯定了耐電暈性能的提高與層狀硅酸鹽的高耐局部放電性有密切關(guān)系 。

聚酰胺/ 層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料表面耐局部放電的機(jī)理。該復(fù)合材料由許多聚酰胺包覆的納米尺寸的球形粒子組成 , 球形粒子的結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外可分為三層 ,即內(nèi)層 ,中間層和外層 。由于離子鍵與共價(jià)鍵的存在 , 內(nèi)層聚合物與納米粒子之間有較強(qiáng)的作用 , 具有較強(qiáng)的耐電暈?zāi)芰?。中間層聚合物處于高度有序狀態(tài) , 且或多或少地存在結(jié)晶現(xiàn)象 , 兩相鄰顆粒之間的距離約為 1 nm , 第二層被認(rèn)為是最接近相鄰粒子的區(qū)域 , 耐電暈性能次之 。第三層主要是無(wú)定形聚合物 , 耐電暈性能較差 。當(dāng)局部放電作用于復(fù)合材料表面時(shí) ,在電 、熱 、機(jī)械以及環(huán)境等因素的共同作用下 ,表層的聚合物首先遭到破壞而分解 。之后 , 由于第三層及其外層的聚合物耐電暈性能較弱而被破壞 ,當(dāng)局部放電遇到球形粒子的中間層或內(nèi)層時(shí) , 由于其較強(qiáng)的耐電暈性能 , 破壞通道將沿著中間層與聚合物的界面繼續(xù)生長(zhǎng) 。這樣破壞通道在材料內(nèi)部形成之字形路徑 ,從而延長(zhǎng)了耐電暈壽命 。此外 ,介電常數(shù)也起著重要作用 , 由于層狀硅酸鹽的介電常數(shù)約為聚酰胺的 2 倍 , 局部放電將集中于復(fù)合材料中的納米填料部分 , 而在耐電暈性能較弱的無(wú)定形區(qū)域較弱 , 而硅酸鹽的耐電暈性能遠(yuǎn)高于聚合物基體 , 因而復(fù)合材料具有較好的耐電暈性能 。

缺陷理論

屠德民等人對(duì)聚合物的放電與老化問(wèn)題曾進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究 。他認(rèn)為聚合物中存在一定量深度

各異的陷阱 , 在電壓的作用下電子從導(dǎo)體注入聚合物材料中時(shí) , 由于電子在聚合物中的平均自由程很短 ,經(jīng)過(guò)幾次碰撞后很快就落入陷阱中 。電子與陷阱的復(fù)合引起了以下兩個(gè)過(guò)程 : ①被捕陷的電子會(huì)在注入電極附近形成同極性的負(fù)電荷中心 , 它形成的附加電場(chǎng)會(huì)減弱電子繼續(xù)注入率 。 ②由于捕陷( 或復(fù)合) , 從高能態(tài)到低能態(tài)之間的這一能量差將會(huì)以非輻射的方式轉(zhuǎn)移 。對(duì)絕緣聚合物來(lái)說(shuō) ,這個(gè)能量可達(dá) 4 eV。該能量有兩種消耗方式 , 一是直接破壞陷阱處的材料結(jié)構(gòu) ,二是轉(zhuǎn)移給另外的電子 , 使它變成熱電子 。第二個(gè)電子就具有了足夠的能量去轟擊分子使其化學(xué)鍵破裂 ,或者產(chǎn)生自由基 ,這又形成新的陷阱 。這個(gè)過(guò)程會(huì)以鏈反應(yīng)的方式傳遞下去 ,直至老化擊穿 。納米粒子的加入改變了純聚合物的上述老化過(guò)程 。首先 , 納米粒子與聚合物的復(fù)合材料中的淺陷阱數(shù)量增多 。由于納米粒子的表面存在大量缺陷 , 當(dāng)納米粒子在與聚合物復(fù)合時(shí) , 納米粒子表面與聚合物的界面中會(huì)產(chǎn)生大量的陷阱 , 這是造成淺陷阱數(shù)量增加的原因 。其次 ,從導(dǎo)體注入的電子在淺陷阱中被捕獲 ,材料中穩(wěn)定的強(qiáng)電子親和力結(jié)構(gòu)能夠牢牢地俘獲電子 , 以致電荷不會(huì)脫陷 , 從而形成穩(wěn)定的空間電荷電場(chǎng) , 由于空間電荷電場(chǎng)在材料表面形成一個(gè)與外加電場(chǎng)方向相反的空間電荷場(chǎng) , 減弱了電子的注入能量和注入數(shù)量 。正是由于過(guò)渡金屬對(duì)電子具有較強(qiáng)的親和力 , 并且它們能夠在聚酰亞胺有機(jī)基體中形成一定的分散體系 , 在外電場(chǎng)的作用下這些強(qiáng)電子親和力的結(jié)構(gòu)能夠牢固地俘獲負(fù)離子( 電子) 形成受陷電荷 ,而所有這些受陷電荷的協(xié)同作用即產(chǎn)生空間電荷電場(chǎng) , 進(jìn)而在材料表面形成一定的屏蔽電場(chǎng) , 從而提高了聚酰亞胺薄膜的耐局部放電性能 。

協(xié)同效應(yīng)

Yin W和何恩廣等人認(rèn)為 , 納米粒子在提高耐電暈性能方面的作用不是單一的 , 而是電場(chǎng)均化 、電子及紫外光屏蔽 、熱穩(wěn)定等多種效應(yīng)共同作用的結(jié)果 。T Okamoto 等曾研究了云母 、Fe 3O 4 填充的聚酰亞胺以及未填充聚酰亞胺的耐電暈壽命 , 對(duì)比了它們的放電量和體積電阻 。發(fā)現(xiàn) Fe 3O 4/聚酰亞胺體系的局部放電量最小 ,而純聚酰亞胺的局部放電量最大 , 因此 , T Okamo to 認(rèn)為填料的加入造成聚酰亞胺電阻率的降低 , 使局部放電能量降低 , 從而延緩了材料的老化速度 。何恩廣等研究了納米 TiO 2 在提高耐電暈性能方面所起的作用 。他認(rèn)為納米 TiO 2 微粉填充改性絕緣的新型復(fù)合電磁線經(jīng)過(guò)電暈放電破壞后 , 析出的納米 TiO 2 微粉層改善了間隙中的電場(chǎng)分布特性 , 并通過(guò)電動(dòng)力的作用自適應(yīng)遷移使間隙的電場(chǎng)分布趨于均勻化 ;納米 TiO 2 層在絕緣表面形成電子屏蔽障 , 可捕獲來(lái)自放電的電荷 , 并通過(guò)高電導(dǎo)率的納米 TiO 2 微粉層使積聚的電荷沿表面擴(kuò)散 ; 此外納米 TiO 2微粉層還能夠吸收來(lái)自電暈放電且對(duì)絕緣有光化學(xué)降解作用的紫外線 ,將光能轉(zhuǎn)化為熱能后通過(guò)良好的導(dǎo)熱性擴(kuò)散掉 , 從而起到屏蔽紫外線的作用 。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的絕緣結(jié)構(gòu)由耐電暈漆包線、浸漬樹(shù)脂、聚酰亞胺薄膜、槽絕緣材料等集成制備而成（模型線圈），適用于1 000 V及以下耐電暈電機(jī)絕緣。