擠壓式塑料絕緣電力電纜具有電學(xué)和力學(xué)特性優(yōu)異以及加工性能良好等優(yōu)點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，綠色環(huán)保、可回收利用的熱塑性材料是電纜絕緣發(fā)展的重要趨勢(shì)和必然要求。其中，具有較好機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性和電絕緣性能的熱塑性材料聚丙烯（Polypropylene，PP）逐漸受到人們的青睞。

早在2002年，K. Kurahashi等研究者以間規(guī)聚丙烯（Syndiotactic Polypropylene，SPP）為主絕緣，并添加聚乙烯（Polyethylene, PE）與抗氧化劑共混制成世界上首例0.6kV和22kV聚丙烯電纜，研究發(fā)現(xiàn)交流擊穿強(qiáng)度和介質(zhì)損耗可滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

但聚丙烯材料本身也有一些缺點(diǎn)，如低溫韌性差，不能直接用于電纜主絕緣，因此需在PP中添加適量彈性體（如苯乙烯嵌段共聚物（Styrene-Ethylene/ Butylene-Styrene triblock copolymer，SEBS）或乙烯-辛烯共聚物POE等）以改善其韌性，Changji Zheng等以等規(guī)均聚聚丙烯（Isotactic Polypropylene, IPP）和彈性體共混，研究發(fā)現(xiàn)共混物柔性增加，SEBS的摻入使得共混材料的擊穿強(qiáng)度較PP出現(xiàn)不同程度的下降，其中SEBS組分為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的共混材料幾乎保留了純PP的耐電強(qiáng)度。在未來(lái)，聚丙烯極有可能作為電力電纜的主絕緣而得到更為廣泛的應(yīng)用。

從20世紀(jì)60年代起，電力電纜絕緣的水樹枝老化現(xiàn)象逐漸引起了人們的注意。在潮濕環(huán)境中，電力電纜的絕緣在交變電場(chǎng)的作用下會(huì)逐漸吸收水分并形成水樹枝結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象在中壓電力電纜中尤其普遍。水樹枝的存在不僅會(huì)造成電力電纜絕緣機(jī)械與介電性能劣化，同時(shí)有可能發(fā)展成電樹枝結(jié)構(gòu)，從而極大地影響電力電纜的使用壽命和運(yùn)行可靠性。

為了有效提高絕緣的抗水樹性能，學(xué)者們采用修復(fù)液注入技術(shù)以及無(wú)機(jī)納米粒子來(lái)抑制或減緩絕緣中的水樹枝老化現(xiàn)象。但是目前對(duì)水樹枝老化現(xiàn)象的研究對(duì)象均為半結(jié)晶性聚合物PE或交聯(lián)聚乙烯（Cross-Linked Polyethylene, XLPE），已有研究報(bào)道，具有高結(jié)晶度聚合物材料不易產(chǎn)生水樹枝老化現(xiàn)象，但是高結(jié)晶度的聚丙烯與非結(jié)晶的彈性體共混材料耐水樹枝老化現(xiàn)象尚無(wú)報(bào)道。因此，本文研究聚丙烯與彈性體共混的絕緣材料抗水樹性能，并為其進(jìn)一步的工程應(yīng)用提供基礎(chǔ)性能信息。

本文采用熔融共混法制備了SEBS/PP復(fù)合材料，并利用水刀電極法比較了其與傳統(tǒng)電力電纜選用的熱塑性材料低密度聚乙烯（Low-density Polyethylene, LDPE）的抗水樹特性。

其中，PP材料選擇目前研究最為廣泛的IPP，而彈性體選擇SEBS是由于其有一定的介電強(qiáng)度，可以獲得具備優(yōu)良的電氣性能的復(fù)合材料，更貼近于實(shí)際工程應(yīng)用。同時(shí)，本文還在結(jié)晶特性和力學(xué)特性上對(duì)兩種材料體系進(jìn)行了研究，以分析造成兩者在抗水樹性能上存在差異的原因。

圖1 水樹枝形貌觀測(cè)結(jié)果

圖2 SEM觀測(cè)下SEBS在PP中的分散形態(tài)

圖5 水樹枝的電-機(jī)械應(yīng)力生長(zhǎng)機(jī)理示意圖

結(jié)論

本文采用水刀電極水法比較了SEBS/PP復(fù)合材料和LDPE的抗水樹枝老化能力，并通過結(jié)晶特性與力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)，分析了造成兩種材料體系在抗水樹性能上差異的原因。

1）高結(jié)晶度的PP和非結(jié)晶的彈性體SEBS兩種材料本身具有極強(qiáng)的抗水樹生長(zhǎng)能力。PP和SEBS共混后雖然抗水樹性能降低，但仍優(yōu)于LDPE。

2）SEBS與PP共混后，非結(jié)晶的SEBS以“島”相分布于結(jié)晶形態(tài)的PP“?！毕嘀?。SEBS的加入雖然對(duì)PP相的結(jié)晶度和結(jié)晶融化溫度影響較小，但PP相的球晶邊界變模糊，片晶變細(xì)、變短，形成更多片晶間非晶特質(zhì)，增大了水樹枝的生長(zhǎng)空間。

3）SEBS的存在增強(qiáng)了PP片晶間的活動(dòng)性，使微水珠更容易在不均勻電場(chǎng)作用下破壞材料形成水樹枝通道。SEBS/PP復(fù)合材料較小的α損耗峰值和較高的屈服強(qiáng)度是其抗水樹性能優(yōu)于LDPE的重要原因。