摘要: 聚丙烯（Polypropylene,PP）因其优异的电气性能、免交联的制备工艺和可回收处理的优势，成为了十分有潜力用于高压直流电缆的绝缘材料。高压直流电缆长期运行时，受低温环境和载流量复杂变化的综合作用，绝缘材料会冷热交替变化，其结构将因此受到影... 展开 聚丙烯（Polypropylene,PP）因其优异的电气性能、免交联的制备工艺和可回收处理的优势，成为了十分有潜力用于高压直流电缆的绝缘材料。高压直流电缆长期运行时，受低温环境和载流量复杂变化的综合作用，绝缘材料会冷热交替变化，其结构将因此受到影响，造成其绝缘和力学性能的下降。因此，研究冷热循环条件下电缆绝缘的劣化机理并探究改性方法具有重要的科学和工程意义。本文以弹性体增韧的PP复合材料为研究对象，探讨了冷热循环对其绝缘和力学性能的影响，并提出采用无机纳米颗粒掺杂提高其冷热循环老化耐受性的方法，为高压直流可回收电缆绝缘材料的制备提供参考。论文的主要工作如下： 1.为准确获取PP复合材料的空间电荷输运参数，优化了等温表面电位衰减的实验电极系统。基于等离子体化学模型仿真探究了针电极对聚合物电介质电晕放电的暂态过程，计算了放电过程中的粒子和电场的时空分布以及引起电介质表面带电的粒子能量的时空分布，并阐述了其变化机理。采用仿真结合实验的方式，探究了多针-栅极电晕充电系统的针、栅极的数目与排布方式对电介质表面电位分布的影响，设计了针阵列-密孔栅极电晕充电系统。 2.制备了PP/丙烯基弹性体（Propylenebasedelastomer,PBE）和PP/辛烯乙烯弹性体（Ethyleneoctenecopolymerelastomer,EOC）共混物试样，并对其进行-30-150℃的冷热循环老化处理，测量并分析试样的理化特性、电荷输运特性、直流击穿强度以及力学性能。结果表明，冷热循环老化导致试样发生氧化、结构变松散以及结晶度下降，使电荷输运加快、直流击穿强度和力学性能均降低。其中，EOC与PP相容性不佳，导致PP/EOC试样随冷热循环次数的增加各项性能下降更显著。 3.为提高PP复合材料耐受冷热循环老化的能力，向其中掺杂纳米氮化硼（Boronnitride,BN）颗粒，并开展了冷热循环老化实验。结果表明，掺杂少量的纳米BN可引入大量界面区，使材料形成稳固致密的结构，显著抑制了材料的电荷输运并提高了直流击穿强度。此外，纳米掺杂显著提高了PP/PBE试样的冷热循环老化的耐受性，使其电荷输运和击穿性能保持相对稳定。相反，纳米掺杂加快了PP/EOC试样的冷热循环降解速率，使其绝缘性能随循环次数的增加严重下降。掺杂纳米BN对PP复合材料的力学性能产生了负面影响，削弱了弹性体对PP的增韧作用。 收起