新型（APE/MAH）接枝交联聚乙烯材料制备与电学性能研究

作     者：李宇鹏 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王暄

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 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] 

主      题：聚乙烯 电压稳定剂 极性化合物 耐电特性 空间电荷 

摘      要：交联聚乙烯(XLPE)作为一种优异的绝缘材料,凭借着良好的电气性能和机械性能广泛应用于电力电缆行业中,目前我国投运的交联聚乙烯交流电力电缆的电压等级已经达到了500k V,交联聚乙烯直流电力电缆虽然起步较晚,但也达到了320KV。提高电缆的电压等级可以减少输电过程中电能的损耗,提高输电容量。提升电缆绝缘材料的耐电特性,是提高电缆电压等级的关键。本文综合了电压稳定剂可以提高电缆耐电特性,以及极性化合物抑制空间电荷的优点,提出同时将电压稳定剂与极性化合物接枝到交联聚乙烯大分子链的新思路,这样起到既提高电缆的耐电特性,又能抑制空间电荷的复合作用。化学接枝法还可以根本地解决解决电压稳定剂的迁出,以及极性化合物与聚烯烃不相容的问题。为实现这一思路,先对苯乙酮电压稳定剂进行修饰,在苯乙酮电压稳定剂的对位引入一个含有双键的侧链,即丙烯基氧基苯乙酮(APE),引入活性双键为可接枝苯乙酮创造条件。再选择极性化合物马来酸酐(MAH),作为空间电荷抑制剂,通过紫外光辐照技术,将APE、MAH接枝到XLPE上。接枝与交联同时进行,制备新型(APE/MAH)-XLPE材料。制备完成后,对新型材料进行结构表征,以及耐电特性、空间电荷行为等电学性能测试进行研究,获得官能团含量与材料电学性能的关系以及最佳比例。实验结果表明,添加1.5wt%质量分数APE时,APE-XLPE绝缘材料击穿场强提高效果较为明显,相比较XLPE直流击穿场强提高了13.6%。在添加质量分数为1.5wt%下新型(APE/MAH)-XLPE绝缘材料击穿场强提高较为明显,相对于XLPE提高了14.2%。通过电树枝实验测试发现,在添加质量分数为0.5wt%时候,新型(APE/MAH)-XLPE起树电压提高较为明显,相比XLPE提高了43.2%。在电树枝长度方面,在添加质量分数为0.5wt%时候,新型(APE/MAH)-XLPE绝缘材料的电树枝长度最短。改性后材料内部的空间电荷相比XLPE明显减少。