[发明专利]用于电场诱导蒙脱土在聚乙烯中取向排列的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于电气设备的聚合物绝缘材料的改性技术领域，具体涉及电场诱导蒙脱土在电气设备的聚乙烯绝缘材料中取向分散的装置，同时还涉及一种用于电场诱导蒙脱土在聚乙烯中取向排列的系统和方法。

背景技术

电气设备的聚合物绝缘材料在高电场长期作用下，内部存在的缺陷极易引发局部放电，并导致电树枝产生和发展。树枝老化是一种出现在聚合物中的电老化现象，因其放电破坏通道的形状与树枝相似而得名。电树枝老化通道的发展将造成材料的绝缘性能降低，最终导致绝缘失效，电气设备损坏。如何改进聚合物绝缘材料的抗电树枝老化能力，是目前本领域研究的热点课题。

随着对聚合物电树枝化研究的不断深入，采取的抑制电树枝的方法也再不断得深入和提高。目前，抑制电树枝化的着手点为：改善电场分布、避免电场集中、抑制空间电荷、削弱局部放电等，归纳起来，主要有以下三个措施：

1、完善电缆结构。例如：用半导电聚合物来替代浸渍的半导电带。

2、改进制造工艺。例如：为了减少半导电屏蔽层和绝缘层间界面处缺陷，所采用的三层同时挤出工艺；为了减少绝缘中的残余应力和改善结晶状态，所采用的绝缘后处理工艺；为了减少杂质和微孔，所采用的超净化技术等。

3、改进材料成分。例如：在聚乙烯绝缘中，加入电压稳定剂以抑制电树枝的引发。

以上抑制措施，绝大部分尚处于理论研究或实验验证阶段，有的在发挥抑制作用的同时却存在成本高、工艺复杂、带来其他负面效应。所以，需继续探索实际中确实行之有效且经济实惠、简单容易的抑制电树枝的新方法。

在电场力作用下，粒子在液体介质中受到多种力的作用，如：电场的极化作用、热运动、流体拉伸作用、重力等，如果电场的极化作用占主导地位，粒子将在液体介质中沿电场方向排列。国内外学者已利用电场诱导技术，成功实现了碳纳米管、石墨纳米片、玻璃纤维等在聚合物基体中取向排列。例如：2005年8月3日公开的公开号为1649094的“制备纳米间隙的外电场诱导取向沉积方法”，介绍了一种电场诱导金属在电场梯度最大的电极对尖端处取向生长的方法。粒子受电场诱导在基体中取向排列后，往往表现出各向异性。由此，材料沿取向方向和垂直于取向方向的光学性能、力学性能、热血性能等将发生改变，材料的整体性能得到提升。

蒙脱土是一种纳米级的层状硅酸盐，将它加入到聚乙烯中，能有效的抑制电树枝生长，原因是：

1、蒙脱土像屏障一样延长电树枝的放电距离；

2、蒙脱土阻隔气体、液体，延缓化学分解和汽化；

3、蒙脱土与聚乙烯形成界面势垒对轰击聚乙烯的电子产生散射作用。

但是蒙托土在聚乙烯基体中随机排列，以上“阻挡”等作用无法发挥到最佳，因此，在此方面还有待改进。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种用于电场诱导蒙脱土在聚乙烯中取向排列的装置；本发明的目的之二是提供一种用于电场诱导蒙脱土在聚乙烯中取向排列的系统；本发明的目的之三是提供一种利用上述系统实现电场诱导蒙脱土在聚乙烯中取向排列的方法。该方法采用一个工频交流电源使熔融状态下的低聚乙烯/蒙脱土复合材料中的蒙脱土沿平行于电场方向取向排列，对于垂直于诱导电场方向生长的电树枝，具有能提高电树枝引发起始电压、降低电树枝引发率、延缓电树枝生长速度、减少电树枝生长长度，同时工艺简单、成本较低、经济实惠的优点。

本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的：

该种用于电场诱导蒙脱土在聚乙烯中取向排列的装置，包括上电极和下电极，所述上、下电极相对设置，通电后将在两者之间形成均匀电场空间，该均匀电场空间内用于放置样品容纳器，所述样品容纳器包括一硬质板材，所述板材上设置有通孔，所述样品先放置在通孔内，样品的上下表面分别紧贴设置一层聚酯薄膜进行封闭，通过热压成型，成型后，再在上下表面的聚酯薄膜上再分别附上一层环氧玻纤板，形成样品容纳器，所述上电极和下电极上分别设置有高压接入端和接地端；

进一步，所述装置还包括辅助压紧机构，所述辅助压紧机构用于对上、下电极板施加压力，使上电极、下电极、环氧玻纤板、聚酯薄膜及样品保持紧密接触；

进一步，所述辅助压紧机构包括绝缘底座，所述绝缘底座上设置有套筒安装架，所述套筒安装架上设置有带有内螺纹的套筒，所述套筒内安装有带外螺纹的绝缘抵紧杆，两者采用螺纹配合，所述绝缘抵紧杆的下端与上电极相对设置，通过使绝缘抵紧杆沿套筒向下移动，对上电极施加向下的压力，使上电极、下电极、环氧玻纤板、聚酯薄膜及样品保持紧密接触；