高压直流电缆绝缘用聚丙烯及其纳米复合材料的研究进展

发布时间：2020-02-17 23:47

【摘要】：聚丙烯因具有优异的电气和耐热性能,同时符合环保可回收电缆绝缘材料的发展需求,从而引起广泛关注。纳米掺杂可有效改善聚丙烯纳米复合材料的电气、机械和热学性能,为其在高压直流电缆绝缘中的应用提供了新思路。为此介绍了聚丙烯及其纳米复合材料的研究进展,论述了纳米掺杂对改善聚丙烯及其多元共混物的空间电荷行为、电树枝老化、击穿强度等电气性能以及导热和机械性能的影响规律,探讨了聚丙烯纳米复合材料在不同环境下的老化机理。分析表明对纳米颗粒进行表面处理可减少纳米团聚、加强界面作用,提升聚丙烯纳米复合材料的综合性能。最后对聚丙烯纳米复合材料应用于高压直流电缆绝缘材料的可行性及未来发展趋势进行了总结和展望。
【图文】：

示意图,双层模型,介电,示意图

2772高电压技术2017,43(9)T.J.Lewis等提出的纳米电介质“介电双层”结构[9,12]（如图2所示）、T.Tanaka等提出的多核模型[13-14]（如图3所示）、J.Kindersberger等提出的相间体积模型[15]，都在一定程度上有助于推测和解释纳米复合电介质材料所表现出来的优异性能，但仍未形成定论。G.C.Montanari等研究了添加合成蒙脱土（Montmorillonite,MMT）纳米颗粒的iPP和sPP的纳米复合材料的电荷俘获行为特性，与纯PP相比，纳米复合材料的电荷俘获能力明显增强，直流极化电场下空间电荷积聚的减少说明纳米复合材料的绝缘性能得到整体提高[32]。由于纳米颗粒具有较大的表面能，在制备纳米复合材料过程中容易发生纳米团聚现象[33-34]，不仅使其分散性及与聚合物基体间的相互作用减弱，甚至会加重复合材料中空间电荷的积聚。N.Fuse等研究发现，纳米黏土颗粒在分散至聚丙烯基材料的过程中引入的离子基团，加重了复合材料的空间电荷积聚[35]。因此，纳米粒子的分散处理对绝缘性能影响较大，应引起重视。研究人员为解决纳米团聚问题，做了大量研究工作并取得了一定成果。研究发现，通过调节制备纳米颗粒和聚合物基体共混的条件，如温度，可提高纳米颗粒的分散效果。Z.Li等在6种不同温度下通过机械共混得到了不同纳米掺杂量的iPP/MgO纳米复合材料，研究发现200℃温度时纳米颗粒分散性较好，且MgO纳米颗粒在复合材料中有成核作用，同时抑制了空间电荷的积聚[36]。采用偶联剂、表面活性剂、接枝、原位聚合等手段对纳米颗粒进行表面处理，可减少纳米团聚，促进纳米粒子在聚合物中的分散及其与基体间的相互作用[33-34]。M.Abou-Dakka等填充经硅烷偶联剂修饰后的合成纳米云母颗粒及天然蒙脱土纳米颗粒使聚丙烯基?

示意图,多核,模型,示意图

2772高电压技术2017,43(9)T.J.Lewis等提出的纳米电介质“介电双层”结构[9,12]（如图2所示）、T.Tanaka等提出的多核模型[13-14]（如图3所示）、J.Kindersberger等提出的相间体积模型[15]，都在一定程度上有助于推测和解释纳米复合电介质材料所表现出来的优异性能，但仍未形成定论。G.C.Montanari等研究了添加合成蒙脱土（Montmorillonite,MMT）纳米颗粒的iPP和sPP的纳米复合材料的电荷俘获行为特性，与纯PP相比，纳米复合材料的电荷俘获能力明显增强，直流极化电场下空间电荷积聚的减少说明纳米复合材料的绝缘性能得到整体提高[32]。由于纳米颗粒具有较大的表面能，在制备纳米复合材料过程中容易发生纳米团聚现象[33-34]，不仅使其分散性及与聚合物基体间的相互作用减弱，甚至会加重复合材料中空间电荷的积聚。N.Fuse等研究发现，纳米黏土颗粒在分散至聚丙烯基材料的过程中引入的离子基团，加重了复合材料的空间电荷积聚[35]。因此，纳米粒子的分散处理对绝缘性能影响较大，应引起重视。研究人员为解决纳米团聚问题，做了大量研究工作并取得了一定成果。研究发现，通过调节制备纳米颗粒和聚合物基体共混的条件，如温度，可提高纳米颗粒的分散效果。Z.Li等在6种不同温度下通过机械共混得到了不同纳米掺杂量的iPP/MgO纳米复合材料，，研究发现200℃温度时纳米颗粒分散性较好，且MgO纳米颗粒在复合材料中有成核作用，同时抑制了空间电荷的积聚[36]。采用偶联剂、表面活性剂、接枝、原位聚合等手段对纳米颗粒进行表面处理，可减少纳米团聚，促进纳米粒子在聚合物中的分散及其与基体间的相互作用[33-34]。M.Abou-Dakka等填充经硅烷偶联剂修饰后的合成纳米云母颗粒及天然蒙脱土纳米颗粒使聚丙烯基?

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