高压直流电缆交联聚乙烯绝缘材料及半导电屏蔽材料热性能及机械性能分析

为实现高压直流电缆绝缘料国产化和保证直流电缆系统运行的长期可靠性,选取了两种配方体系的典型直流电缆交联聚乙烯（XLPE）绝缘料及半导电屏蔽料制备试验样品。利用差示扫描量热分析（DSC）、热失重分析（TGA）等技术,分析了试验样品的基本组成成分和分子结构特征,为判断电缆材料的优劣提供重要依据。对直流电缆绝缘料的热性能及机械性能进行了试验研究,考察了材料的导热性及热老化前后材料的力学性能变化,并对试验结果进行了对比分析,为未来直流电缆系统工程设计选型及建立直流绝缘料质量评价体系提供了基础试验数据支持。     

高压交联聚乙烯电缆绝缘料的国产化研究

简述我国高压交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆及其绝缘料的市场情况,以国产商品化中压XLPE电缆的绝缘料为基准,分析国内外高压XLPE电缆绝缘料及其制品的绝缘性能,介绍了新上化高分子材料有限公司高压XLPE电缆绝缘料国产化的研发过程。     

热老化对直流XLPE绝缘性能的影响研究

针对直流电缆交联聚乙烯的绝缘热老化,对比了国际商用直流电缆料(LE4253DC)与纳米氧化硅(SiO2)改性直流绝缘料两种材料在热老化前后电导率、击穿强度和空间电荷的特性变化。试验结果表明:随着老化温度的升高,LE4253DC的电导率先下降再升高,击穿强度整体下降,出现大量空间电荷。SiO2改性后,不同温度梯度下的电导率性能均有所提升,低温下的击穿特性较为稳定,异极性空间电荷得到了抑制。     

中压聚丙烯和交联聚乙烯绝缘材料的结构与性能对比

热塑性聚丙烯材料具有优异的电气性能和热性能,用于生产电力电缆绝缘,其生产过程中无需交联和脱气,能耗低、可回收,与交联聚乙烯相比具有良好的环境友好性。本文以中压聚丙烯电缆和交联聚乙烯电缆绝缘为研究对象,通过差示扫描量热分析、傅里叶红外光谱分析、X射线衍射分析方法对直接合成的聚丙烯和交联聚乙烯的结构进行研究对比,并对其力学性能、介电常数和介质损耗、电气强度等宏观性能进行测试。结果表明：直接合成的聚丙烯分子链上穿插了乙烯链段,导致聚丙烯材料的熔点降低,但仍远高于交联聚乙烯的熔点。乙烯链段会参与到聚丙烯的结晶过程中,但不会单独结晶。聚丙烯的断裂伸长率为712%,高于交联聚乙烯的564%,优异的力学性能更有利于电缆的运输和安装施工。90℃下聚丙烯的电气强度为91.5 kV/mm,是相同温度下交联聚乙烯电气强度的123%,并且聚丙烯的电气强度对温度具有更好的稳定性。综合力学性能和电气性能来看,直接合成的聚丙烯性能不逊色于交联聚乙烯,可作为中压电缆的绝缘材料。     

不同交联方式对交联聚乙烯电缆结晶形态影响的研究

利用差视扫描量热分析方法研究了聚乙烯的过氧化物交联、硅烷交联、辐照交联方法对交联聚乙烯电缆绝缘的结晶形态的影响,发现聚乙烯交联的方法不一样,材料所经历的热历史差异很大,从而交联后聚乙烯的结晶形态差异也很大。交联聚乙烯的结晶过程和交联过程存在互相作用．因此在利用交联方法改性提高聚乙烯性能的同时,还要尽可能控制热过程,使材料聚集态结构处于合理的状态,才能使交联聚乙烯绝缘具有更优异的性能．     

助交联剂对过氧化物交联聚乙烯绝缘料性能的影响

针对目前传统化学交联绝缘料中交联剂含量过高的问题,通过添加助交联剂制备过氧化物交联聚乙烯绝缘料,探讨助交联剂对材料凝胶含量、焦烧性能、热延伸、力学性能及介电性能的影响,分析助交联剂的交联机理,并对含助交联剂的绝缘料、传统绝缘料和进口绝缘料进行性能对比测试。结果表明:助交联剂的加入可以明显降低过氧化物交联剂的用量,并使绝缘料保持良好的力学性能、热延伸、凝胶含量和抗焦烧性能,有助于提高绝缘料和电缆的生产效率。由于制备的绝缘料在硫化交联过程中产生的极性交联副产物减少,使得绝缘料的介电性能有所提升。助交联剂的加入可以提高过氧化物自由基寿命和聚乙烯的交联效率,延长绝缘料的焦烧时间,提高绝缘料及电力电缆绝缘的生产效率。含助交联剂的绝缘料与传统化学交联绝缘料的性能相当,可满足电力电缆绝缘的性能指标要求。     

高压电缆交联聚乙烯绝缘的关键性能与基础问题

高压电缆是城市输电网的关键电力装备,是海上风电输送到陆地电网、实现新能源大规模利用的关键电力装备。然而,高压电缆用交联聚乙烯绝缘料是我国高压电缆生产的“卡脖子”关键电工材料。高压电缆交联聚乙烯绝缘料的生产与应用全流程涉及多步骤、多结构、多性能。该文梳理高压电缆交联聚乙烯绝缘料的4个关键性能,凝练出高压电缆交联聚乙烯绝缘的5个基础科学问题。通过基础问题探讨,旨在推进我国高压电缆交联聚乙烯绝缘料基础理论的研究及自主研发进程。     

交联聚乙烯电缆热老化与电树枝化相关性研究

热老化过程不但会影响交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘的物理化学性能,还对绝缘内电树的产生与生长有着一定的影响。研究了热老化后XLPE电缆绝缘中的电树行为．探讨XLPE电缆绝缘中电树枝过程与材料热老化的关系。采用带循环通风的热老化箱对XLPE电缆绝缘进行3个温度等级的热老化实验：采用针板结构电极进行电树枝实验,并利用数码显微镜观察电树枝的产生和发展情况;利用差示扫描量热法（DSC）、傅里叶红外光谱分析（FTIR）测试了不同温度热老化下XLPE电缆绝缘的物理化学性能;最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理．认为热老化并没有加速电树枝的生长．反而有一定的抑制作用．     

220kV交联聚乙烯电缆绝缘料性能对比研究EI北大核心CSCD

为实现220kV及以上等级交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆绝缘料研发,须对其基础树脂和成品料主要性能做出完整评价,并对比其与进口材料的差异。该文阐述国产220kV电缆绝缘料配方体系和生产工艺设计原理。以进口同等级绝缘料作为对比,通过萃取进口材料交联剂获得可供测试的提纯树脂,对比测试国产与进口绝缘料基础树脂的大分子结构和流变性能;对比分析国产与进口绝缘料XLPE的交流电气性能、热氧老化性能和交联性能。结果表明:国产基础树脂在分子量及分布、支化度、化学成分及流变性能上均与进口同等级电缆料基础树脂相近;国产220kV XLPE绝缘材料在击穿强度上与进口材料持平,且相比原始基础树脂在击穿性能上有所提高,介电损耗性能上优于进口材料;国产XLPE热氧老化性能、交联度和交联反应效率上优于进口材料,抗预交联性能上与之持平,国产材料相对更优的抗氧化性能导致交联剂用量偏大,交联反应产气量相对较大,但达到饱和脱气所需时间基本一致。     

接枝对聚丙烯绝缘材料热氧老化的影响及机理

以聚丙烯(polypropylene,PP)为代表的环保型电缆绝缘材料是当前的研究热点。该文研究了接枝改性对聚丙烯材料热氧老化性能的提升效果及作用机理。实验结果表明,在抗氧化剂含量达到阈值之前,热氧老化反应主要局限在非晶区,且氧化反应速率较低。在此过程中,晶区结构在热的作用下趋于完善,使得电气性能有所提升,而非晶区结构的部分降解导致试样的拉伸性能显著降低。在抗氧化剂含量达到阈值之后,氧化反应速率加剧,非晶区及晶区结构严重降解,试样在短时间内失去绝缘性能。研究发现,相较于纯PP,接枝试样能够形成小球晶结构和独特的交联结构,抑制氧气向试样内部扩散,降低了氧化反应速率,因而热氧老化性能得到显著提升。随着接枝基团含量的提高,接枝试样的热氧老化性能单调提升,其中10%含量的苯乙烯(styrene,St)接枝试样具有相对最优的热氧老化性能。研究结果为聚丙烯电缆绝缘长期运行性能的提升提供了理论参考。     

基于电致发光相位谱对电缆绝缘交流空间电荷特性的研究

为研究交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘性能,针对电热老化后的电缆绝缘试样开展电致发光测试,获得不同电压等级下的电致发光光谱和相位谱,分析电致发光光谱相位超前于交流电压相位的原因。结果表明:电缆绝缘在电热老化过程中发生氧化产生羰基;由于电缆绝缘制造过程中的残余交联副产物老化后分解形成杂质,使得电缆绝缘材料在交流电压作用下承受强烈的空间电荷作用,从而导致电缆绝缘交联聚乙烯的电致发光相位超前量远大于低密度聚乙烯。     

聚丙烯材料在电力电缆应用中的研究进展

热塑性聚丙烯材料具有优异的电气性能和热性能，且生产过程无需交联和脱气，能耗低、可回收，与交联聚乙烯相比具有良好的环境友好性，是生产电力电缆的最佳材料之一。本文以聚丙烯材料为讨论对象，介绍了聚丙烯材料的基本结构和物理性质及其与电气性能的关系；着重论述了共聚改性、共混改性、化学改性和纳米颗粒改性等手段对聚丙烯材料结构、力学、热学和电气性能的影响；并对国内外聚丙烯电缆的研究进展和应用情况进行了综述；最后从聚丙烯材料的生产制备技术、结构与性能的关系以及改性手段等方面，对聚丙烯材料的未来发展进行了展望。     

铜催化氧化反应对交联聚乙烯电缆绝缘聚集态结构和性能的影响

对交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘进行加速热氧老化,并在老化过程中揭示了富铜相杂质的存在。通过金相显微镜、扫描电子显微镜、差示扫描量热分析等手段研究了热氧老化过程中富铜相杂质对XLPE聚集态结构的影响,通过工频击穿实验研究了热氧老化过程中富铜相杂质对XLPE电气强度的影响。结果表明:富铜相杂质会引发XLPE球晶结构的加速破坏以及结晶度的加速下降,同时在XLPE绝缘的无定形区中观察到一些起源于富铜相杂质的树枝状裂纹,标志着XLPE绝缘中自由体积的增大。富铜相杂质还会导致XLPE绝缘工频电气强度的加速下降。富铜相杂质对XLPE绝缘聚集态结构和性能的影响主要是由于铜在氧化反应中起到催化剂的作用,导致氧化反应加速,造成XLPE的劣化加剧。氧化诱导期的测量结果表明,铜催化氧化反应只在XLPE中抗氧化剂被完全消耗后才会发生。     

不同改性技术路线的聚丙烯基高压直流电缆绝缘材料综合性能比较

聚丙烯(polypropylene,PP)是一种极具应用潜力的热塑性高压直流电缆绝缘材料,有望取代传统的交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)绝缘。目前,面向高压直流电缆绝缘应用的聚丙烯改性技术主要包括共聚/共混、纳米掺杂改性、接枝改性等。为对上述改性技术路线的性能水平进行综合评估,分别选择并制备共聚聚丙烯、纳米掺杂改性聚丙烯和接枝改性聚丙烯。对其热、机械、电气绝缘性能进行了测试,并与XLPE进行对比。测试与对比结果表明,相比传统XLPE材料,上述改性聚丙烯材料均具有较高的热稳定性与较为接近的机械性能,直流下的电气绝缘性能则得到显著提升。这其中以接枝改性聚丙烯表现最为优秀。PP的接枝改性技术显示出优秀的综合性能,并且适用于大规模工业化自主化生产,具有较高的应用潜力和发展价值。     

不同交联温度下交联聚乙烯绝缘中的水树生长特性研究

随着XLPE电缆在中压、高压以及超高压输电领域的不断应用,传统XLPE电缆绝缘的交联工艺迎来诸多挑战,尤其是交联温度对XLPE绝缘性能的影响问题不容忽视。该文研究不同交联温度下交联聚乙烯绝缘中的水树生长特性,并从聚集态结构角度出发对交联聚乙烯中的水树生长机制进行分析。制取不同交联温度的XLPE样本,进行加速水树老化实验、交联度测定实验和差示扫描量热分析实验,结果发现交联聚乙烯中的水树生长特性与交联度、结晶度等聚集态结构密切相关。而通过XRD衍射实验、SEM观测实验的分析发现:随着交联温度的升高,XLPE绝缘聚集态结构呈现先密集、后疏松的排列现象。基于这一发现,提出材料的聚集态结构模型以分析不同交联温度下交联聚乙烯绝缘中的水树生长机制。研究结果表明:交联聚乙烯绝缘的球晶结构趋于密集,则水树形成的尺寸较小;交联聚乙烯绝缘的球晶结构趋于疏松,则水树形成的尺寸较大。     

320kV国产交联聚乙烯绝缘料高压直流电缆设计

为促进国产交联聚乙烯绝缘料在高压直流电缆绝缘中的应用,根据实验数据推导出国产交联聚乙烯绝缘料的电导率方程,得到了电导率与温度和电场之间的关系;实验测得五种不同厚度薄试样的击穿场强,根据双参数威布尔分布推导出绝缘料的击穿场强与厚度的关系,得出厚度为26 mm下绝缘材料的击穿场强;根据TICW 7.2标准设计出320 kV高压直流电缆的结构,利用Comsol Multiphysics软件仿真得出电缆在不同负荷状态下的电场和温度场分布。仿真结果表明:当导体绝缘内温差大于5.3℃时,绝缘外部场强开始高于内部场强;当导体温度为70℃时,绝缘内部电场最大值为15.1 kV/mm,远低于材料的击穿场强。通过仿真分析,为成功设计320 kV高压直流电缆提供参考。     

交联电缆用低密度聚乙烯树脂QLT17的性能及应用

利用拉伸试验、红外光谱、凝胶渗透色谱、差示扫描量热法、流变表征等方法,对QLT17等几种交联电缆用低密度聚乙烯树脂的性能进行了对比分析,研究了以QLT17为基础树脂分别制备的硅烷交联和过氧化物交联聚乙烯电缆绝缘料的性能及工业化应用。结果表明：QLT17是一种性能优异的交联聚乙烯电缆绝缘料的基础树脂。     

电缆接头绝缘用硅橡胶热老化及超声特性

硅橡胶凭借其高弹性与优良的电气性能,广泛应用于预制式交联聚乙烯高压电缆接头的主绝缘中。但长时间的异常温升会加速材料的老化,导致其相关性能的下降,从而引发事故。为此设计并开展了预制式高压电缆接头绝缘用硅橡胶的加速热老化试验,对比分析了其热老化前后的微观结构、力学性能、电学性能与声学性能。结果表明:热老化后电缆接头硅橡胶绝缘残余的交联副产物挥发,侧链有机含量降低,主链间发生交联;随着老化温度与时间的增大,试样的断裂伸长率与拉伸强度逐渐下降,杨氏模量逐渐上升,导致柔顺性变差,材料逐渐硬化,弹性丧失;体积电阻率与相对介电常数略有上升,变化不明显,介电损耗因数随热老化的进行而降低;热老化后电缆接头绝缘用硅橡胶的超声声速显著增大,测试结果符合相关理论公式,与杨氏弹性模量的变化趋势良好对应,在评估电缆接头硅橡胶绝缘的热老化状态有广阔的应用前景。     

热老化对阻燃YJV电缆绝缘失效规律与燃烧性能的影响

为评估服役阻燃交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套(YJV)电缆在火灾中的绝缘失效及燃烧情况,分别采用塑料电缆热辐射试验炉和锥形量热仪,对热老化后阻燃YJV电缆在模拟火灾环境下的绝缘失效规律及燃烧性能进行实验研究。结果表明:阻燃YJV电缆绝缘失效时间和失效温度均随热老化的加剧呈下降趋势,并随老化时间的延长趋于平稳;材料的火灾性能指数先增大后减小,表明电缆老化前期火灾危险性有一定程度的上升。     

硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的性能分析

分析了硅烷自然交联聚乙烯绝缘料的交联时间和环境温度、环境湿度、绝缘厚度的关系;同时,也分析了材料的老化性能和热收缩性能与交联性能的关系,对用户的使用有指导意义。