SiO粒子掺杂对超净高压交联聚乙烯绝缘材料的结晶行为及击穿性能的影响

作     者：姜洪涛 聂立军 刘玉峰 钟昌彬 袁鸿 

作者机构：广州电缆厂有限公司 暨南大学重大工程灾害与控制教育部重点实验室应用力学研究所 广州理工学院建筑工程学院 

出 版 物：《塑料科技》 (Plastics Science and Technology)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：广州市博士后科研资助项目(202306129) 南沙区博士后科研资助项目(ZJ440115240521000021) 

主　　题：粒子掺杂 超净高压绝缘 结晶行为 击穿性能 

摘      要：选取SiO2粒子为纳米添加剂，以超净交联聚乙烯（XLPE）作基体，分别按1 wt%、2 wt%、3 wt%的粒子质量百分比的掺杂比例，制得三种SiO2/XLPE复合材料。对各材料的结晶行为进行分析，分析各材料的结晶度、结晶峰初始斜率、结晶峰温差以及半峰宽，同时对每种材料在X射线衍射测试下的微晶尺寸进行研究，并探究了各材料因粒子添加后所导致的击穿性能变化。结果表明，粒子的添加可以在超净XLPE基体材料内部起到异相成核作用，均化晶粒尺寸分布，但这种效果随着粒子添加量的增加而减弱。添加1 wt% SiO2粒子后，材料（110）与（200）晶面微晶尺寸均提升到11%以上，晶粒生长较好，能够形成稳定晶区-非晶区界面，限制电子迁移，材料击穿性能上升高达39.8%。而粒子掺杂量提高到2 wt%、3 wt%时，由于团聚效应，材料结晶行为受限，结晶度分别下降约6%、13%，这会在基体内部形成界面弱区，并增大自由体积、电子平均自由程，材料击穿性能分别降低6.5%与14.3%。