交联度对XLPE/OMMT纳米复合材料水树枝老化特性的影响

摘要

电力系统日益提升的电压等级和复杂的运行环境，对电缆绝缘材料提出更多、更高的要求，工作在潮湿和强电场的极端环境下的绝缘材料应具有优越的电气、热和力学性能。而聚合物基纳米复合电介质以其独特的结构和优异的电气、力学及化学等性能获得了广泛关注。纳米复合材料的性能依赖于纳米粒子与交联所形成的微观结构形态的稳定性，为了从微观结构角度研究交联度对纳米复合材料水树枝老化特性的影响，通过调控交联时间，制备了两种不同交联度的交联聚乙烯/蒙脱土（XLPE/OMMT）纳米复合材料，并进行了加速水树枝老化实验。通过偏光显微镜观察水树枝形貌，统计水树枝长度和引发概率，并通过测试凝胶含量表征纳米复合试样的交联度；利用傅里叶红外光谱（FTIR）分析老化前后试样的化学组成变化，计算表征纳米复合试样老化程度的羰基指数和亚甲基指数；借助扫描电子显微镜（SEM）对比老化前后、水树区和非水树区结晶形态的变化，研究水树枝生长对晶体结构的破坏。结果表明：纳米复合材料的交联度影响了水树枝的引发概率，正交联状态下试样的水树枝形貌稀疏，分形维数和占空比小；试样老化过程中存在电化学降解现象，羰基基团增多；适当的交联度，可以使3维网状结构更加完善，试样的晶体尺寸差异性减小，晶体分布均匀，且老化后晶体破坏程度降低。有机化蒙脱土（OMMT）片层与基体之间形成牢固的界面作用力，增强了分子链韧性，且OMMT的屏障效应与完善的交联网络共同作用阻碍了水分子的扩散和聚集，抑制了微观水隙的产生，提高了纳米复合材料的耐水树枝能力。

关键词

交联度 / 纳米复合材料 / 交联聚乙烯 / 有机蒙脱土 / 水树枝老化