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第十四届全国工程电介质学术会议

作者：黄兴溢江平开谢礼源杨科刘飞上海市电气绝缘与热老化重点实验室(上海交通大学) 上海200240 上海交通大学高分子科学与工程系上海200240 上海核电电气设备材料安全工程技术研究中心上海200240 西安交通大学电力设备电上海市电气绝缘与热老化重点实验室(上海交通大学) 上海200240 上海交通大学高分子科学与工程系上海200240 上海核电电气设备材料安全工程技术研究中心上海200240 上海市电气绝缘与热老化重点实验室(上海交通大学) 上海200240 上海交通大学高分子科学与工程系上海200240

高介电常数的材料储能和电应力控制领域有着非常重要的应用.在聚合物基体中引入高介电常数的纳米陶瓷颗粒是一种制备高介电纳米复合材料的重要方法.采用常规共混方法制备的纳米复合材料可能存在介电损耗大,击穿强度低等缺点,这对于纳米... 详细信息

高介电常数的材料储能和电应力控制领域有着非常重要的应用.在聚合物基体中引入高介电常数的纳米陶瓷颗粒是一种制备高介电纳米复合材料的重要方法.采用常规共混方法制备的纳米复合材料可能存在介电损耗大,击穿强度低等缺点,这对于纳米复合材料的储能特性具有负面影响.为解决这一问题,近几年来,上海市电气绝缘与热老化重点实验室(上海交通大学)发展了一系列制备高性能介电纳米复合储能材料的方法.这些方法包括:原位原子转移自由基聚合方法,可逆加成-断裂链转移自由基聚合方法,一核多壳方法,制备卫星状复合纳米颗粒的方法,调节纳米颗粒的表面化学等.采用这些方法制备的纳米复合材料,不仅具有高的介电常数,还具有低的介电损耗和高的击穿强度,能大幅度提高纳米复合材料的储能密度.另外,界面区的物理化学性质对纳米复合材料介电和储能特性的影响也会涉及到.

关键词：纳米复合材料制备工艺储能性能高介电常数

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热塑性电力电缆绝缘材料:历史与发展

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高电压技术 2018年第5期44卷 1377-1398页

作者：黄兴溢张军江平开上海交通大学上海市电气绝缘与热老化重点实验室

交联聚乙烯（XLPE）具有优异的机械、热力学及绝缘性能,被广泛用作电力电缆绝缘材料。然而,XLPE是热固性塑料,电缆退役后绝缘难以循环再利用。另外,XLPE生产过程产生的副产物也会影响电缆的性能,不利于工人的健康。以上因素都是推动发... 详细信息

交联聚乙烯（XLPE）具有优异的机械、热力学及绝缘性能,被广泛用作电力电缆绝缘材料。然而,XLPE是热固性塑料,电缆退役后绝缘难以循环再利用。另外,XLPE生产过程产生的副产物也会影响电缆的性能,不利于工人的健康。以上因素都是推动发展热塑性电缆绝缘的动力。本文介绍了电力电缆对绝缘材料电气特性的基本要求,总结了低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）及聚丙烯（PP）等有可能用作热塑性电缆绝缘的三类聚合物的结构与电气特性的关系。并重点综述了聚合技术、共聚技术、共混技术、添加剂、纳米添加、化学改性等在调控上述三类热塑性绝缘材料结构与性能方面的研究进展。最后,从电缆绝缘材料结构与性能关系、聚合物存在多样性结构以及聚合物合成新技术日新月异等方面,对未来热塑性电力电缆绝缘材料的发展进行了展望。分析认为：新型合成技术是实现高性能热塑性电力电缆绝缘材料的有力手段;复合、改性技术则是发展热塑性电力电缆绝缘材料的重要补充。

关键词：电力电缆热塑性绝缘低密度聚乙烯高密度聚乙烯聚丙烯

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丝素蛋白膜在高电场下的介电性能

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高分子学报 2021年第9期52卷 1148-1155页

作者：王思琦陈杰朱荧科江平开黄兴溢上海交通大学上海市电气绝缘与热老化重点实验室上海200240

丝素蛋白的分子结构兼具软段和硬段,且其结构单元具有较大的偶极矩(3.5D),在介电储能领域可能具有应用潜力.本文表征了丝素蛋白薄膜的在高电场下的介电性能,并研究了丝素蛋白的分子结构与高电场下介电性能的关系.结果显示,丝素蛋白的二... 详细信息

丝素蛋白的分子结构兼具软段和硬段,且其结构单元具有较大的偶极矩(3.5D),在介电储能领域可能具有应用潜力.本文表征了丝素蛋白薄膜的在高电场下的介电性能,并研究了丝素蛋白的分子结构与高电场下介电性能的关系.结果显示,丝素蛋白的二级结构变化与其高场介电行为关系密切,β-折叠结构增加有利于提高击穿强度,降低介电损耗.通过调整薄膜的制备工艺优化了丝素蛋白薄膜的高场介电性能,优化后的丝素蛋白膜在500 MV/m的电场下放电能量密度可达7.43 J/cm^(3),充-放电效率为79.8%.本工作为开拓丝素蛋白在介电领域的应用提供了基础数据,并为进一步优化分子结构提供了参考.

关键词：丝素蛋白高电场介电性能储能性能

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高导热绝缘聚合物纳米复合材料的研究现状

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高电压技术 2017年第9期43卷 2791-2799页

作者：江平开陈金黄兴溢上海交通大学上海市电气绝缘与热老化重点实验室上海200240

绝缘材料的热管理能力在电气装备、电子器件的性能、寿命和稳定性方面发挥着至关重要的作用。近些年,高功率密度和高集成已成为电气设备和电子器件的发展方向,单位体积内所产生的热量越来越高,良好的散热能力就成为保证其长时间稳定运... 详细信息

绝缘材料的热管理能力在电气装备、电子器件的性能、寿命和稳定性方面发挥着至关重要的作用。近些年,高功率密度和高集成已成为电气设备和电子器件的发展方向,单位体积内所产生的热量越来越高,良好的散热能力就成为保证其长时间稳定运行的关键因素。因此高导热绝缘聚合物纳米复合材料的研究备受关注。为此,综述了导热填料的种类、特性及其在制备导热绝缘纳米复合材料中的应用,特别关注了通过控制聚合物复合材料的微观结构,如控制导热填料取向、双阈渗结构、纳米填料自组装形成连续导热网络等方法。最后,建议利用纺丝方法将导热纳米材料有效串联起来构筑高导热通路(简称热线),从而实现定向高导热柔性绝缘材料,也展望了高导热绝缘聚合物纳米复合材料未来的发展方向。

关键词：热管理导热性能复合材料纳米材料绝缘性能

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高碳黑含量聚丙烯电力电缆屏蔽材料

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高电压技术 2020年第5期46卷 1631-1638页

作者：孙博阳陈哲谢傲张军江平开黄兴溢上海交通大学上海市电气绝缘与热老化重点实验室上海220240

热塑性绝缘电缆代表着电力电缆的发展方向之一。近年来,热塑性电缆绝缘材料获得了重视。然而,与热塑性电缆绝缘材料配合使用的热塑性半导电屏蔽材料的研究仍然很少。考虑到现有热塑性电缆以聚丙烯基绝缘为主,研究了聚丙烯基热塑性半导... 详细信息

热塑性绝缘电缆代表着电力电缆的发展方向之一。近年来,热塑性电缆绝缘材料获得了重视。然而,与热塑性电缆绝缘材料配合使用的热塑性半导电屏蔽材料的研究仍然很少。考虑到现有热塑性电缆以聚丙烯基绝缘为主,研究了聚丙烯基热塑性半导电屏蔽材料的结构和性能。以聚丙烯和乙烯–辛烯共聚物弹性体的共混物为基体,以导电碳黑为填料,制备了碳黑质量分数为28.6%、31.0%、33.3%的复合材料。采用扫描电镜和透射电镜观察了碳黑在复合材料中的分散与分布;用平行板流变仪研究了不同碳黑含量下复合材料的熔融流变行为;获得了复合材料的电导率与温度的变化关系;探究了碳黑含量与分布对复合材料的动态力学、流变及导电等性能的影响。结果表明:较高碳黑含量下,复合体系的导电性能与碳黑颗粒在聚合物中的分布状态密切相关,与碳黑填充分数关系不密切;另外,可利用流变性能和动态力学参数来判断复合体系的碳黑网络结构。综合来看,含碳黑质量分数为31.0%时,半导电屏蔽材料具有较好的导电性和加工性能。

关键词：电缆绝缘半导电屏蔽材料碳黑聚丙烯体积电阻率

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提升纳米复合电介质击穿强度的理论与方法

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中国电机工程学报 2021年第1期41卷 183-199页

作者：朱荧科江平开黄兴溢上海市电气绝缘与热老化重点实验室(上海交通大学) 上海市闵行区200240

聚合物复合电介质材料在电工领域有着广泛的应用。在电力设备运行过程中,电介质材料在温度、电(磁)场、机械力以及环境的作用下会发生击穿现象,造成电力设备失效以及由此引起的损失。因此,提升复合电介质的击穿强度一直是电工领域的重... 详细信息

聚合物复合电介质材料在电工领域有着广泛的应用。在电力设备运行过程中,电介质材料在温度、电(磁)场、机械力以及环境的作用下会发生击穿现象,造成电力设备失效以及由此引起的损失。因此,提升复合电介质的击穿强度一直是电工领域的重要问题。纳米复合电介质代表未来电力设备绝缘的发展方向。该文首先简述聚合物电介质的基本击穿理论,并总结提升纳米复合电介质击穿强度的基本策略及原理。接着,聚焦纳米粒子对电荷产生、输运以及电场分布的作用,总结几种提高纳米复合电介质击穿强度的方法,包括纳米粒子的表面工程、调控纳米粒子的维度和排列、制备多层结构的复合电介质、制备核壳结构纳米粒子复合介质,以及利用金属纳米颗粒的纳米效应。最后,对提升纳米复合电介质击穿强度未来的研究方向进行展望。

关键词：复合电介质纳米粒子击穿强度

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纳米颗粒形状对线性低密度聚乙烯纳米复合介质电学性能的影响

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中国电机工程学报 2016年第24期36卷 6606-6612页

作者：黄兴溢张强江平开上海交通大学上海市电气绝缘与热老化重点实验室上海市闵行区200240

初步研究了纳米颗粒的形状对纳米复合介质电学性质的影响。以不同形状的纳米氮化硼（BN）为填料,制备了填充分数介于0.5%-2.0%的线性低密度聚乙烯（LLDPE）纳米复合介质,测试了纳米氮化硼在LLDPE中的分散行为、复合介质的结晶和熔融行... 详细信息

初步研究了纳米颗粒的形状对纳米复合介质电学性质的影响。以不同形状的纳米氮化硼（BN）为填料,制备了填充分数介于0.5%-2.0%的线性低密度聚乙烯（LLDPE）纳米复合介质,测试了纳米氮化硼在LLDPE中的分散行为、复合介质的结晶和熔融行为、复合介质的宽频介电频谱、空间电荷行为以及直流击穿强度。结果发现,纳米氮化硼的形状对复合介质电学性质的影响在击穿强度方向尤为突出,片状纳米氮化硼复合介质的击穿强度高于LLDPE,而球状纳米氮化硼复合介质的击穿强度低于LLDPE。纳米氮化硼的形状对复合介质的结晶和熔融行为、介电常数和介电损耗角正切等的影响可以忽略。两种纳米氮化硼均可起到抑制空电荷注入的作用,且复合介质中空间电荷衰减速率降低。片状纳米氮化硼复合介质中更易积累界面电荷,导致复合介质内部出现明显的空间电荷振荡分布。

关键词：纳米复合介质纳米颗粒形状线性低密度聚乙烯介电性能空间电荷击穿强度

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SEBS对交联聚乙烯的电性能及水树抑制的影响

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高电压技术 2010年第4期36卷 946-951页

作者：杨君胜黄兴溢汪根林刘飞江平开上海交通大学高分子科学与工程系上海市电气绝缘与热老化重点实验室上海200240

电缆绝缘材料的抗水树性能可以通过化学改性和物理改性来提高。为此将苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)及马来酸酐接枝的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS-g-MA)分别与低密度聚乙烯(LDPE)进行熔融共混,经过热压成型后制... 详细信息

电缆绝缘材料的抗水树性能可以通过化学改性和物理改性来提高。为此将苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)及马来酸酐接枝的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS-g-MA)分别与低密度聚乙烯(LDPE)进行熔融共混,经过热压成型后制得了XLPE/SEBS和XLPE/SEBS-g-MA两种交联聚乙烯共混物,研究了SEBS以及SEBS-g-MA对交联聚乙烯(XLPE)的抗水树性能的影响,结果发现SEBS与SEBS-g-MA具有良好的抗水树效果,共混物XLPE/SEBS的水树长度随着SEBS质量分数的增加而减小,共混物XLPE/SEBS-g-MA在SEBS-g-MA的质量分数为4.76%时水树的长度最短。另外还表征了XLPE/SEBS和XLPE/SEBS-g-MA共混物的形态以及介电性能,结果显示XLPE/SEBS和XLPE/SEBS-g-MA共混物具有良好的绝缘性能。

关键词：聚乙烯苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物水树介电常数介电损耗介电强度

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聚甲基丙烯酸(N-羟基琥珀酰亚胺)酯的簇聚诱导发光研究

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化学学报 2016年第11期74卷 935-941页

作者：宾鑫罗卫剑袁望章张永明上海交通大学化学化工学院上海市电气绝缘与热老化重点实验室上海200240

不含普通发光单元的非典型生色团发光化合物因其基础研究重要性和广泛的应用前景引起了人们的极大兴趣.其中许多化合物还具有独特的聚集诱导发光(Aggregation-induced emission,AIE)特性.然而其发光机理仍然存在争议.在此前的研究中,提... 详细信息

不含普通发光单元的非典型生色团发光化合物因其基础研究重要性和广泛的应用前景引起了人们的极大兴趣.其中许多化合物还具有独特的聚集诱导发光(Aggregation-induced emission,AIE)特性.然而其发光机理仍然存在争议.在此前的研究中,提出了簇聚诱导发光(clustering-triggered emission,CTE)机理,即非典型生色团的簇聚和电子共享来解释这些体系的发光和AIE现象.为进一步验证这一假说,设计合成了不含传统生色团的聚甲基丙烯酸(N-羟基琥珀酰亚胺)酯(PNHSMA).其稀溶液基本不发光,但浓溶液,纳米聚集体,固体粉末均发射蓝光,呈现出AIE性质.通过与其单体甲基丙烯酸(N-羟基琥珀酰亚胺)酯(NHSMA)的发光行为对比及单体单晶结构解析,利用CTE机理很好地解释了其光物理行为.

关键词：聚甲基丙烯酸(N-羟基琥珀酰亚胺)酯聚集诱导发光非典型生色团簇聚诱导发光电子云重叠

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聚苯醚绝缘材料热氧老化动力学参数计算方法

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中国电机工程学报 2024年第9期44卷 3399-3407,I0005页

作者：刘飞黄兴溢江平开上海市电气绝缘与热老化重点实验室(上海交通大学化学化工学院) 上海市闵行区200240

聚苯醚是新能源储能和5G通信等产业领域的重要材料。热重动力学参数计算是快速评定聚苯醚热寿命的关键。但热重分析常选用氮气气氛且升温速率较高,导致老化机理发生改变。为此,该文通过慢速升温和空气气氛下的热重实验模拟聚苯醚的实际... 详细信息

聚苯醚是新能源储能和5G通信等产业领域的重要材料。热重动力学参数计算是快速评定聚苯醚热寿命的关键。但热重分析常选用氮气气氛且升温速率较高,导致老化机理发生改变。为此,该文通过慢速升温和空气气氛下的热重实验模拟聚苯醚的实际老化过程。在多个升温速率对应失效温度区间内拟合温度积分数值解修正Doyle系数,对早期热氧降解阶段进行动力学分析、求取活化能,并推估该阶段反应机理函数以计算指前因子。结果表明,该方法求解活化能的精度较Flynn-Wall-Ozawa法和ASTM E1641-18法更高,且聚苯醚实际热氧老化可等效为遵循类幂律反应机理函数的单一反应,计算得到的指前因子比假定反应机理的标准方法更加可靠。上述工作为聚合物绝缘的热氧老化动力学参数计算提供了有效的技术方法。

关键词：聚苯醚慢速升温热重分析热氧老化动力学参数

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