摘要: 在电网中，高压电力电缆是一次电力传输的关键部件，它对电力负荷安全、稳定运行发挥着重要的作用。目前广泛应用在高压电缆的绝缘层材料主要为交联聚乙烯(XLPE)，然而，XLPE电缆在制造过程中，挤出与交联生产工艺复杂、能耗大，并且产生极性小分子交... 展开 在电网中，高压电力电缆是一次电力传输的关键部件，它对电力负荷安全、稳定运行发挥着重要的作用。目前广泛应用在高压电缆的绝缘层材料主要为交联聚乙烯(XLPE)，然而，XLPE电缆在制造过程中，挤出与交联生产工艺复杂、能耗大，并且产生极性小分子交联副产物，需进行脱气处理降低其含量，更为重要的问题是XLPE电缆为热固性材料，在到达使用寿命年限后，难以回收处理，导致环境遭受严重的破坏。因此，研究XLPE的替代材料势在必行！聚丙烯(PP)具有较高的耐热性，无需交联其使用温度就可达100℃，且有较好的电绝缘性能、力学性能以及较高的性价比，因此被认为是XLPE首选的替代材料，但是，P P自身的模量高、熔体粘度低等缺点限制了其应用的领域，尤其是熔体粘度低，电缆加工时由于重力作用，易产生偏心的问题，会引起高压电缆电场分布不均，缩短电缆使用寿命甚至导致电缆局部击穿。因此制备具有熔体粘度高的PP高压电缆材料成为人们研究的热点。基于此，利用离聚物增粘特性，本文采用马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)离聚物与PP共混制备PP/聚丙烯接枝马来酸钙(PP-g-MACa)和PP/聚丙烯接枝马来酸镁(PP-g-MAMg)，来提高PP的熔体粘度，进一步提高电气性能，研究其流变特性及电性能，为PP非交联高压电缆的产业化奠定良好的基础。 本文首先进行了离聚物的制备。采用固相接枝法制备了PP-g-MAH，通过均匀设计对接枝工艺进行优化，利用红外光谱对其结构进行表征，并对PP-g-MAH的接枝动力学进行了研究。结果表明：当温度为95℃，反应时间为60min，过氧化苯甲酰(BPO)的用量为PP的4wt%，马来酸酐(MAH)为8wt%时，接枝率最大为4.12%，降解副反应较少；红外谱图在1781.90cm-1和1857.11cm-1存在羰基的吸收峰，说明MAH接到了PP上；建立了PP-g-MAH接枝动力学模型，其中初期接枝速率与引发剂初始浓度的1.08次方近似成正比，与MAH初始浓度呈1.42的幂次方关系，且PP-g-MAH接枝反应的表观活化能为Ea=37.75kJ/mol。 同时将PP-g-MAH与硬脂酸钙和硬脂酸镁共混制备了PP-g-MACa和PP-g-MAMg，并用红外光谱和X射线光电子能谱(XPS)对其结构进行表征，同时对PP-g-MACa和PP-g-MAMg的体积电阻率、介电性能、击穿场强、力学性能进行了研究，结果表明：PP-g-MACa和PP-g-MAMg在1560cm-1处均存在羧酸盐的特征峰，结合XPS分析Ca2p结合能由347.4eV变为346.8eV和Mg1s结合能由1303.5eV变为1302.6eV证明了离聚物的生成；PP-g-MACa-0.8的综合性能最好，其体积电阻率为5.29×1014Ω·m，特征击穿值为24.48kV/mm；PP-g-MAMg-0.8的综合性能最好，体积电阻率为7.42×014Ω·m，特征击穿值为24.88kV/mm。 进一步对PP与离聚物共混增粘进行了研究。将PP与PP-g-MACa-0.8和PP-g-MAMg-0.8共混制备了PP/PP-g-MACa和PP/PP-g-MAMg，同时研究了PP/PP-g-MACa和PP/PP-g-MAMg的形貌结构、流变性能、体积电阻率、介电性能、击穿场强和力学性能，结果表明：通过扫描电镜对形貌结构的分析，首次发现PP/PP-g-MACa的断面存在球状结构，球状结构随着Ca2+含量增大而增多，直径随之减小，PP/PP-g-MAMg的断面存在棒状结构，棒状结构随着Mg2+含量增大而增多，长径比和尺寸随之增大，通过能谱仪(EDS)对元素分布的进一步分析，发现PP/PP-g-MAMg中镁元素的分布较PP/PP-g-MACa中钙元素的分布更加均匀。随着PP-g-MACa和PP-g-MAMg含量的增大，PP/PP-g-MACa和PP/PP-g-MAMg的复合粘度、储能模量、损耗模量均升高；PP/PP-g-MACa在Ca离聚物含量为70wt%综合性能，其复合粘度提升最大，其体积电阻率提升了70.4%、特征击穿值提高了3.08%、拉伸强度为22.13MPa、断裂伸长率为270.87%；PP/PP-g-MAMg在Mg离聚物含量为30wt%时综合性能最好，其复合粘度提升最大，体积电阻率提高了110.3%、特征击穿值提高了4.58%、拉伸强为20.44MPa、断裂伸长率为228%；PP/PP-g-MACa和PP/PP-g-MAMg电缆绝缘材料综合测试表明：其拉伸强度、断裂伸长率、体积电阻率和老化性能均满足GB/T11017.1-2002标准。 收起