环氧树脂表面碳氟等离子体处理及其梯度改性策略研究

作     者：吕品 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：律方成

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：环氧树脂 碳氟等离子体 梯度改性 理化特性 表面电导 沿面闪络 

摘      要：直流电压长期作用下,环氧树脂盆式绝缘子气-固界面易积聚电荷,造成局部电场严重畸变,进而引发沿面闪络故障。等离子体处理可在一定程度上提高材料绝缘性能。材料表面介电参数的梯度化分布可优化表面电场分布,提升材料电气强度。本文对环氧树脂表面进行碳氟等离子体梯度改性研究。分析了碳氟等离子体处理对环氧树脂表面理化和电气特性的影响。研究表明,在合适的处理时长内,随着处理时间的增大,材料表面粗糙度增大、润湿性增强、固体表面张力增大,且表面电导率增大,表面电荷消散加快,载流子陷阱深度减小。发现表面电导率与处理时长之间存在一定规律,可通过控制碳氟等离子体处理时长来控制环氧树脂表面电导率值,进而调控表面电场。基于有限元法和智能优化算法联合仿真获得了环氧树脂材料表面的最优电导率梯度分布,设计了圆片样品和缩比绝缘子表面梯度电导模型并分析仿真结果。对于圆片样品模型,研究了其以分段函数和插值函数作为表面电导函数形式、以等径向距和等场强降作为划分位置时的电场分布优化效果。对形状复杂度更高的缩比绝缘子模型,分析了以极值点和拐点作为划分位置时的电场分布优化效果。对环氧树脂表面开展了碳氟等离子体梯度处理试验研究,分析了梯度改性效果。依据表面电导率-处理时间的拟合曲线,利用不同规格的聚四氟乙烯覆片完成环氧树脂表面的梯度改性处理。通过微观形貌和化学元素分布的变化验证了材料表面分布的梯度化效果。结果表明,梯度改性后样片表面场强呈分区波动分布,与仿真结果类似。较之均匀处理样片,梯度样片的电荷消散更快。直接升压条件下,梯度处理可使闪络电压最多提升34%,预充电条件下最多提升45%。