ASTM D149介电强度和击穿强度试验
击穿强度又可称为介电强度，是电介质材料的一个重要参数。聚合物基复合材料的击穿强度一般用威布尔分布来表示并用于分析材料的可靠性。如图2-14所示，为纯的pvdf和不同填料含量下复合材料的威布尔分布图。可以看出，随着填料的加入，复合材料的击穿强度整体上呈降低趋势，例如，当填料从0wt%增加至40wt%时，复合材料的击穿强度从2686kv/cm降到1473kv/cm。这可能是由于填料加入对聚合物基体造成了一定的缺陷，而击穿过程实际上电树枝化发展的过程，缺陷的存在更容易在界面间产生漏电电流，使得击穿过程加速(luosbetal,2017)。在低填料时，相应的空间电荷和可移动的自由电子产生的相对较少，那么，产生的漏电电流较少，相应的击穿强度不至于降低太多。随着填料的增加，即使颗粒在聚合物基体中分散较好，但由于颗粒间距的减小，产生量子跃迁效应，使得在界面积聚更多的电荷，漏电电流增加，大大降低复合材料的击穿强度。虽然，介电强度有所降低，但复合材料整体的可靠性还是能够保持在一定的水平，对此类的电介质复合材料还是有一定的参考价值。
根据公式2-1和2-2，不同质量分数下的复合材料的击穿强度的weibull分布如图3-13所示，从图中可以看到，纯的pvdf的击穿强度为2686kv/cm，当填料含量为1wt%时，复合材料的击穿强度为2852kv/cm，提升了约7.7%，这可能是由于低含量下复合材料中聚合物基体占主导，填料中bt的加入在一定程度弱化了基体和多孔碳球的界面能，降低了复合材料的电导率，从而使得复合材料击穿强度有所上升，当填料含量进一步增加时，击穿强度由2852kv/cm迅速降低至340kv/cm，这主要源于，随着填料的增加，复合材料中填料占主导，粗糙的颗粒表面及颗粒与基体之间的界面成为聚合物基复合材料内部介电击穿的薄弱区。在这种情况下，电树枝生长直接发展成裂纹，产生漏电电流导致复合材料击穿强度降低，并且填料越多，击穿强度越低，当填料含量增加至9wt%时，复合材料性质发生了转变，形成导电通路，变成导电体，击穿强度低。但从另一参数β来看，此复合材料中，填料的分布还是较均匀，没有出现明显的团聚，只是在高含量9wt%时，复合材料的均匀性有所下降，可能是大量填料的加入出现了堆积现象，总的来说，复合材料的稳定性还是比较高。
根据储能密度公式可以知道，击穿强度对储能密度的提升占据主要因素，因此对三层膜结构复合材料的击穿性能进行测试，通过整理计算得出三层膜复合材料的双参数威布尔分布图，如图4-6所示，从分布图上可以看出，复合材料的击穿强度有显著提高，特别是1-0-1复合材料，可高达3635kv/cm，是纯的pvdf的1.4倍，而3-0-3复合材料的击穿强度略高于纯的pvdf，是它的1.1倍，随着填料的进一步增加，大大破坏了外层中pvdf的连续结构，即使中间层留有连续的pvdf，也不能大大延缓击穿过程中电树枝的生长，使得复合材料的击穿强度越来越低，但整体下来，复合材料的击穿强度仍能保持在1000kv/cm以上，与单层复合材料相比，三层膜结构复合材料的击穿强度得到大大提升，说明此种结构的设计是有助于复合材料击穿强度的提升。另外，从形状因子来看，复合材料可靠性也有所提高，这可能要归因于聚合物优异的热稳定性及良好的加工性。
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