LDPE熔融接枝抗氧剂AMD及其直流介电性能研究

作     者：任兆辉 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张城城

授予年度：2023年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：低密度聚乙烯 接枝 空间电荷 电导 击穿 

摘      要：十余年来,我国电网规模增长近一倍,66 kV及以上高压输电线路长度已超过114万公里,特高压项目更是实现从无到有再到至今30余条交直流特高压线路的飞跃,其中聚乙烯(PE)绝缘高压电缆占据举足轻重的地位。然而随着PE绝缘材料在输电系统中的大量应用,PE绝缘电缆在长期运行下的空间电荷积聚及电导损耗问题亟待解决。因此,制备具有优异直流(DC)介电性能的PE绝缘材料对电缆绝缘料的工业化应用、社会经济效益具有重要意义。通过熔融接枝含有极性基团化合物是PE绝缘改性的一种现实有效的方法,并且其接枝量及接枝过程产生的凝胶对PE介电性能的影响较大。因此,本文采用熔融接枝改性技术,将抗氧剂AMD接枝到低密度聚乙烯(LDPE)分子链上,通过控制过氧化二异丙苯(DCP)的添加量制备出不同抗氧剂AMD接枝含量的抗氧剂AMD接枝改性LDPE(LDPE-g-AMD)绝缘材料,研究抗氧剂AMD接枝量及凝胶含量对LDPE理化性能及直流介电性能等的影响。通过傅里叶变换红外(FT-IR)吸收光谱验证AMD成功接枝到LDPE大分子链上。接枝率计算和凝胶含量测试结果表明,随着DCP含量的增加,接枝率迅速增加后趋于平缓,而凝胶含量先极缓慢变化,后迅速增加。当DCP质量份数达到0.2phr时,添加0.5phr AMD的LDPE-g-AMD可获得最大接枝率。当DCP添加量增加为0.3phr时,LDPE-g-AMD的凝胶含量显著增加,可见抗氧剂AMD接枝优先于PE交联过程。差示扫描量热(DSC)测试结果表明接枝AMD可略微提高LDPE的结晶度,但对片晶厚度没有明显影响。氧化诱导期(OIT)测试结果表明,接枝AMD可以有效改善LDPE绝缘材料的抗氧化能力。空间电荷特性测试结果表明,接枝AMD可抑制LDPE中空间电荷积聚,随着AMD接枝率的增加,LDPE-g-AMD中空间电荷积聚情况的改善效果愈发优异。在50℃和70℃下,LDPE-g-AMD中空间电荷分布均匀程度较30℃下略有下降,但仍然优于LDPE,其中0.2phr DCP引发接枝的LDPE-g-AMD(LDPE-g-AMD-0.2DCP)的综合效果较为良好,能够有效地改善空间电荷的积聚情况。热刺激退极化电流(TSDC)测试及电子态密度(DOS)计算结果表明,接枝AMD可在LDPE中引入陷阱能级较深的深陷阱,可有效地捕获电荷载流子,抑制空间电荷积聚,从而改善材料的直流介电性能。直流电导特性测试结果表明,接枝AMD的LDPE-g-AMD绝缘材料的电导电流显著低于LDPE,并且,随着接枝率的增加,LDPE-g-AMD中电导电流的抑制效果更加优异。直流击穿强度测试结果表明,在30℃下,少量接枝AMD可以改善LDPE的直流击穿强度,但过高的接枝率反而会使LDPE击穿强度下降。然而,在较高温度下,LDPE-g-AMD的直流击穿强度均高于LDPE,且随着接枝率的增加而升高。