伽玛线辐照抑制环氧树脂表面电荷积聚的机理研究

积聚在SF6气体绝缘开关设备（GIS）中环氧树脂绝缘子上的表面电荷是引发沿面闪络事故，造成设备故障的重要原因。如何抑制表面电荷积聚，提高GIS的绝缘可靠性是目前国内外电气绝缘领域面临的重要课题之一。本项目拟采用钴60伽玛射线源辐照环氧树脂，修饰其表层理化性状，改变表面陷阱特性，达到抑制表面电荷积聚的目的。深入系统的研究辐照条件（剂量率、总剂量、辐照温度和氛围）对表层理化性状、表面陷阱特性和表面电荷动态特性的影响规律和机理，探索辐照改性抑制表面电荷积聚的效果对辐照条件、环氧树脂种类（以不同基料、填料制备的环氧树脂）及其工作环境（温度、气体种类和气压）的依赖性，寻找可有效抑制表面电荷积聚的表层理化性状特征及表面陷阱特性，确立可最大化抑制表面电荷积聚的辐照工艺途径及条件参数。本项目的开展将为抑制GIS中环氧树脂绝缘子表面电荷积聚的研究开辟新思路，为提高GIS的绝缘可靠性奠定实验和理论基础。

聚合物绝缘材料的表面电荷积聚是导致其表面绝缘性能降低的重要原因，本项目提出采用伽玛线辐照抑制表面电荷积聚的新方法，以环氧树脂等典型聚合物绝缘材料为研究对象，通过红外光谱、差示扫描量热、频域介电谱、扫描电子显微镜、凝胶含量分析等多种理化分析方法研究了伽玛线辐照后材料的结构变化，采用Kelvin型静电探头、电阻率分析仪等设备研究了环氧树脂等典型聚合物绝缘材料的表面电荷动态特性、表面电导特性及局部放电侵蚀耐受能力，提出了动态评价表面电荷对材料沿面闪络电压影响程度的Sindex指数，为有效抑制环氧树脂等材料的表面电荷积聚奠定了实验和理论基础。. 采用伽玛线在空气氛围中对环氧树脂进行辐照处理后（辐照总剂量1000kGy），其本体发生先交联后降解的化学反应。这导致材料的相对介电常数、介质损耗角正切值和交流电导率均呈现先降低后升高的变化趋势，而玻璃态转化温度和局部放电耐受能力则呈现先升高后降低的趋势。另一方面，环氧树脂表层的羰基和羟基含量随辐照总剂量的增大而提高，这导致环氧树脂表面陷阱的能级变浅，更有利于表面电荷的消散。当伽玛线总辐照剂量从0kGy增大至1000kGy时，环氧树脂表面电荷的积聚量单调下降，而表面电荷的消散速率显著提高。此研究结果将对合理利用伽玛线辐照方法抑制表面电荷的积聚提供实验依据和理论支撑。. 采用伽玛线在空气氛围中对聚乙烯进行辐照处理后（总剂量同上），其本体发生交联占优的化学反应。这导致材料的熔点、结晶度、片晶厚度和相对介电常数均单调下降，交流电导率、介质损耗角正切值和局部放电耐受能力则增大。其表层的氧化程度亦不断加剧，羰基含量显著提高，导致表面陷阱能级变浅、吸水能力增强，故表面电导率显著提高。此结果表明，伽玛线辐照方法对抑制聚乙烯的表面电荷积聚同样具有重要意义。