气相二氧化硅填充聚二甲基硅氧烷复合材料中的水扩散系数转变:与正电子湮没寿命谱表征的界面自由体积的相关性

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:36
文章英文标题
Water diffusivity transition in fumed silica-filled polydimethylsiloxane composite: Correlation with the interfacial free volumes characterized by positron annihilation lifetime spectroscopy
正文
填充硅氧烷( FS )的聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合材料作为电网的外绝缘材料被广泛应用。PDMS复合材料的作用是通过防止外界水的渗透,使绝缘装置的芯部保持干燥。研究PDMS复合材料中的水分扩散有助于揭示绝缘装置的失效机理。本文应用正电子湮没寿命谱( PALS )和电化学阻抗谱( EIS )研究了PDMS复合材料中FS / PDMS界面结构和水分扩散。结果表明,在PDMS基体中,FS存在两种基本的存在状态:分散状态和渗透状态,FS的逾渗阈值拟合为6.0 wt . %。在分散状态下,FS粒子随机分散在PDMS基体中。$$\\tau _3$$值保持稳定,约为1.0ns,表明FS / PDMS接口没有重叠。而且,水在电晕老化后不能通过样品扩散。在过熔状态下,FS颗粒被紧密堆积在PDMS基体中。$$\\tau _3$$值随FS质量分数的增加而减小,表明FS / PDMS界面存在重叠。由于FS在样品体中渗透,这些重叠的FS / PDMS界面为水提供了连续的扩散通道,从而导致复合材料在电晕老化后失效。研究发现,电晕放电下FS / PDMS界面处电子的极化和放电是导致复合材料本体失效的主要机制。
文章内容(英文)
Fumed silica (FS)-filled polydimethylsiloxane (PDMS) composite is widely used as the external insulating material in power grid. The function of PDMS composite is to keep the core of an insulation device being dry by preventing the permeation of outside water. To study water diffusion in PDMS composite helps to shed light upon the failure mechanism of the insulation devices. In this paper, positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were applied to study the FS/PDMS interface structure and water diffusion in PDMS composite. It is found that the FS has two basic existing states in PDMS matrix: dispersed state and percolated state, and the percolation threshold of FS is fitted to be 6.0 wt.%. In the dispersed state, the FS particles are randomly dispersed in PDMS matrix. The values of \n$$\\tau _3$$\n\n remain stable, being approximately 1.0 ns, indicating no overlaps of the FS/PDMS interfaces. Moreover, water cannot diffuse through the sample after corona aging. In the percolated state, the FS particles are tightly packed in the PDMS matrix. The values of \n$$\\tau _3$$\n\n decrease with the weight fraction of FS, suggesting the overlapping of the FS/PDMS interfaces. As the FS percolates in sample bulk, these overlapped FS/PDMS interfaces provide continuous diffusion tunnels for water, thus resulting in failure of the composite after corona aging. It is found that polarization and discharge of the electrons at FS/PDMS interface under corona discharge is the main mechanism that leads to the failure of the composite bulk.
来源出处
Journal|[J]Journal of Materials ScienceVolume 56, 2021. PP 3095-3110
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-020-05465-x

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