Polyethylene/polyhedral oligomeric silsesquioxanes composites: Electrical insulation for high voltage power cables

Abstract

Finally, I would like to thank those who can never be thanked enough, my family, for their endless concern, selfless love, and unwavered supports. COMPOSITES À BASE DE POLYÉTHYLÈNE AVEC ADDITIFS DE POLYHEDRAL OLIGOMERIC SILSESQUIOXANES : ISOLATION ÉLECTRIQUE POUR DES CÂBLES DE PUISSANCEMeng GUO Globalement, les résultats expérimentaux indiquent qu'aucune méthode de fabrication n'est efficace pour fabriquer des nanodiélectriques de PE/solide-POSS. Relativement aux propriétés thermiques, l'addition de POSS a pu entraîner une augmentation de la conductivité thermique jusqu'à 8%. De plus, il a été observé que l'ajout de POSS ne modifie pas la stabilité thermique du PE dans une atmosphère d'azote et ne cause que peu de changements dans le comportement de fusion du PE, le comportement de cristallisation du PE et le degré de cristallinité du PE. En ce qui concerne les propriétés diélectriques, tous les composites PE/POSS ont des résistances à l'érosion face aux décharges partielles qui sont bonifiées, s'améliorant de 6% à 61%. Cette amélioration renforce l'isolation envers des dommages cumulatifs provoqués par la dégradation électrique dans les conditions de service. De plus, la présence du POSS n'affecte que peu les réponses diélectriques à la température ambiante : les constantes diélectriques et les pertes diélectriques pour les composites sont, respectivement, 2.25-2.35 et généralement 10 RÉSUMÉ, soit des valeurs semblables aux valeurs associées au PE. Conséquemment, ces valeurs sont encourageantes pour une application dans les câbles, qui nécessitent de faibles pertes et de faibles constantes diélectriques. À des températures élevées, l'influence des POSS sur les réponses diélectriques du PE demeurent faible, excepté pour quelques augmentations des pertes dans PE/IO1 (E) et PE/OM5 (E) à des fréquences plus basses que 10 Hz, et pour des transports de charges (la diffusion et la conduction) renforcées dans PE/IO5 (E). À l'inverse des performances d'amélioration relative à la résistance à l'érosion, l'utilisation des POSS n'améliore presque pas la tension de claquage à court terme du PE; au mieux, les tensions de claquage des composites PE/POSS demeurent semblables à celles du PE.Parmi les trois méthodes employées, le broyage mécanique a été plus efficace pour disperser 5 wt% OibPOSS, la dissolution chimique et l'extrusion ont été plus efficaces pour disperser 1 wt% OibPOSS, et l'extrusion a été plus efficace pour disperser IoPOSS. Il a été observé que les méthodes de fabrication ont peu d'effet sur la conductivité thermique et les réponses diélectriques, excepté lorsque les distributions résultantes sont particulières, comme dans les cas PE/IoPOSS : il semblerait que de l'alignement possible dans le cas PE/IO1 (XSB) et la quasi-connexion possible dans le cas PE/IO5 (E) pourrait expliquer l'augmentation de la conductivité thermique pour PE/IO1 (XSB) et l'intensification du transport de charges pour XI PE/IO5 (E). Cependant, il a été trouvé que la méthode de fabrication avait un effet sur la résistance à l'érosion : l...

Dielectric Properties of Epoxy/POSS and PE/POSS Systems

“…3b) and octaisooctyl-POSS (OioPOSS, Fig 3c), bear in common alkyl-type radical groups that are expected to provide an adequate compatibility with an olefin host polymer. Accordingly, they have been investigated by several authors [7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18] as a potential enhancement-additive to polyethylene or polypropylene. OmPOSS and OibPOSS are crystalline solids with densities of respectively 1.5 g/cm 3 and 1.13 g/cm 3 , and are commercially available in the form of a white powder (Fig.…”

“…The most natural and industrially scalable mean to compound solid, or liquid, fillers with either PE or PP is melt compounding using either an internal mixer or an extruder. Other compounding routes such as chemical blending and/or mechanical alloying have also been reported [9,13,14,17]. Regardless of the chosen compounding technique, nanoscale dispersion of POSS, which basically means that all POSS molecules are separated from each other and uniformly dispersed within the host polymer, have been found very difficult to achieve in PP and particularly in PE, despite the apparent compatibility between the radical groups and the matrix.…”

“…In the case of PE, good dispersion of POSS has been found even more difficult than in the case of PP. An extensive study on the effect of processing parameters and processing techniques on the microstructure of PE/POSS composites has been conducted by Guo and coauthors [11][12][13][14][15][16][17][18]. Figure 5 illustrates the SEM micrographs of Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE)/OibPOSS composites compounded by mechanical alloying.…”

“…Microscale agglomerates were observed both at 1 wt% and 5 wt% loadings. The use of chemical blending to fabricate PE/POSS composites was investigated in [9,14,17]. Submicrometric dispersion (∼500 nm) was claimed in [9] as well as submicrometric and micrometric agglomerates in [14] when xylene dissolution was used for either OmPOSS, OibPOSS or OioPOSS.…”

“…The use of chemical blending to fabricate PE/POSS composites was investigated in [9,14,17]. Submicrometric dispersion (∼500 nm) was claimed in [9] as well as submicrometric and micrometric agglomerates in [14] when xylene dissolution was used for either OmPOSS, OibPOSS or OioPOSS. POSS was found to crystallize in the case of OmPOSS and OibPOSS and to form droplets in the case of the liquid-type OioPOSS upon precipitation of the solution as seen in Figs 6a, b and c respectively.…”