分子結(jié)構(gòu)與交聯(lián)度對(duì)聚乙烯耐水樹枝老化特性影響的研究.pdf

1、在潮濕的環(huán)境下，水分子會(huì)在電場(chǎng)的作用下進(jìn)入電力電纜交聯(lián)聚乙烯絕緣中并逐漸形成水樹枝結(jié)構(gòu)，水樹枝的存在不僅會(huì)劣化絕緣的機(jī)械和介電性能，而且長(zhǎng)期發(fā)展會(huì)形成電樹枝造成永久性破壞。因此，研究聚乙烯水樹枝老化的內(nèi)在機(jī)理對(duì)電力電纜的安全運(yùn)行十分重要。
　　本文采用水刀電極法對(duì)試樣進(jìn)行加速水樹枝老化實(shí)驗(yàn)，主要分為兩部分:(1)分子結(jié)構(gòu)對(duì)聚乙烯耐水樹枝老化能力的影響。試樣為主鏈帶有長(zhǎng)支鏈的LDPE、主鏈帶有大量短支鏈LLDPE和主鏈具有極少短支鏈

2、的HDPE;(2)交聯(lián)度對(duì)聚乙烯耐水樹枝老化能力的影響。通過向聚乙烯基礎(chǔ)樹脂中加入不同含量的交聯(lián)劑得到不同交聯(lián)度的XLPE試樣。其中LDPE采用過氧化物交聯(lián)法，而LLDPE則采用新型的紫外光輻照交聯(lián)法。利用DSC對(duì)試樣的熔融-結(jié)晶曲線進(jìn)行測(cè)量、利用PLM和SEM對(duì)其球晶和片晶進(jìn)行觀測(cè)、并利用DMA和電子拉力機(jī)對(duì)試樣的動(dòng)態(tài)熱機(jī)械曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線進(jìn)行測(cè)量。結(jié)合水樹枝的生長(zhǎng)機(jī)理，分別從聚乙烯的結(jié)晶形貌和片晶之間分子鏈的纏結(jié)兩種角度，解釋分

3、子結(jié)構(gòu)和交聯(lián)度對(duì)聚乙烯耐水樹枝老化性能的影響機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn):
　　與LDPE和HDPE相比，LLDPE的耐水樹枝老化能力強(qiáng)。原因在于LLDPE密集的短支鏈分子結(jié)構(gòu)，大量的短支鏈促進(jìn)了片晶之間的纏結(jié)，水分子在LLDPE非晶相中需要更多的能量與時(shí)間來(lái)破壞這些纏結(jié)分子鏈，并且這些纏結(jié)分子鏈在一定程度上也會(huì)抑制片晶在水分子擠壓力下產(chǎn)生的滑移，這就相當(dāng)于削弱了電致應(yīng)力的破壞作用，抑制了水樹枝的生長(zhǎng)。
　　從熔融-結(jié)晶曲線和PLM、SE

4、M觀測(cè)結(jié)果可知，隨著試樣交聯(lián)度的升高，XLPE三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，抑制了球晶和片晶的生長(zhǎng)，使其結(jié)晶度下降，無(wú)定形區(qū)域面積增大，理論上會(huì)促進(jìn)水樹枝的生長(zhǎng)，但交聯(lián)使其形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)限制了材料內(nèi)部水分沿電場(chǎng)方向發(fā)生形變擠壓材料形成水樹枝的能力。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，交聯(lián)形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在提高材料耐水樹枝能力上起主導(dǎo)作用。
　　從動(dòng)態(tài)熱機(jī)械曲線和應(yīng)力-應(yīng)變曲線可知，交聯(lián)度越高的XLPE，α松弛強(qiáng)度越弱，應(yīng)變硬化現(xiàn)象也越明顯。交聯(lián)鍵能夠有效加