Clay-containing polyolefin blends and nanocomposites for high voltage applications

Résumé

Cette thèse présente les efforts faites pour préparer de nouveaux matériaux isolants à base de mélanges de polyoléfines au sein desquels sont insérées des nanoparticules pour des applications haute tension, principalement matériaux isolants dans les câbles haute tension. Une argile naturelle organiquement modifiée, la montmorillonite, a été ajoutée en différentes quantités dans le polyéthylène basse densité (LDPE) et le polypropylène (PP). En outre, un copolymère tribloc de polystyrène-b-poly (éthylène-co-butylène) -b-polystyrène (SEBS) a été utilisé comme polymère secondaire pour former un mélange non miscible avec la polyoléfine pour loger et disperser sélectivement la nanoparticule. Un degré élevé de dispersion des plaquettes d'argile a été observé lorsque l'argile était incorporée dans du LDPE ou du PP. Ceci s’est traduit par une augmentation du module de stockage aux basses fréquences lorsque les matériaux ont été soumis à un cisaillement à petites amplitudes. Il a été observé que les mélanges de polyoléfines et de SEBS avaient une morphologie co-continue. L’ajout d’argile à ces mélanges a diminué la taille des domaines. Les spectres diélectriques des nanocomposites ont montré de façon claire deux processus de relaxation principaux représentant le processus de polarisation interfaciale ou Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) à basse fréquence et la relaxation dipolaire à plus haute fréquence. Un nouveau pic de relaxation a été observé pour les nanocomposites mixtes pour lequel l’origine a été assignée à la phase thermoplastique. Le réseau 3D de l'argile dans les nanocomposites facilite le flux des porteurs de charge lorsqu'ils sont soumis à des champs électriques élevés, ce qui se traduit par une conductivité DC plus élevée par rapport aux homopolymères de polyoléfine. Il a été démontré que cela permettait aux nanocomposites d'empêcher l'accumulation de charges d’espace en permettant aux charges stockées temporairement de circuler librement à travers le matériau. Cependant, à des températures élevées, le courant dépasse un seuil au-dessus duquel une quantité élevée de charges est injectée et le champ électrique résultant est fortement déformé. Tous les nanocomposites ont montré une amélioration significative de la résistance au claquage par rapport aux polyoléfines pures. Les couches d'argile intercalées / exfoliées créent un chemin tortueux limitant la mobilité des porteurs de charge et ainsi répartissent la contrainte électrique ce qui a pour effet d’augmenter l’endurance diélectrique. Cependant, les nanocomposites de à base de PEBD ont montré une diminution de la force de rupture en courant continu, probablement due à l'instabilité thermique apportée par l'argile.

Date	21 févr. 2019
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Éric David (Directeur(-trice)) & Nicole R. Demarquette (Codirecteur(-trice))