交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆在潮湿环境和强电场作用下运行,极易产生水树枝老化现象,导致进一步的电树枝生成和绝缘击穿故障的发生,严重影响电力供电的可靠性。因此,研究性能优异的抗水树枝交联聚乙烯绝缘料对改善电缆质量,提高电网安全运行具有重要意义。本文分别采用三种硅烷偶联剂对纳米SiO₂进行表面改性处理,通过熔融共混的方法制备了不同SiO₂含量的XLPE/SiO₂纳米复合材料。采用水针电极法研究了水树枝的老化特性,并通过力学性能、电气性能测试和微观结构分析,研究了表面修饰剂种类及SiO₂含量等因素对纳米复合材料水树枝生长特性的影响,进一步探讨水树枝老化机理。对纳米复合材料进行拉伸力学性能测试可知,纳米复合材料的拉伸强度和断裂伸长率均有不同程度的提高,不同改性试样的力学性能随纳米SiO₂含量的增加变化趋势不同。表明纳米SiO₂掺杂改性XLPE,可提高复合材料的韧性,抑制了微裂纹的延展性增长,进而提高纳米复合材料的抗水树性能。采用差示扫描量热法（DSC）对XLPE/SiO₂纳米复合材料的熔融行为和结晶行为进行研究,并通过电子显微镜观察试样腐蚀后的结晶形态,结果表明:纳米复合材料的熔点T_m升高,熔融起始温度T_lc和结束温度T_rc向高温方向移动,总结晶速率加快,表明SiO₂的异相成核作用使复合材料的晶体结构分布更加均匀,无定形区域面积减少,晶体结构更加完善。纳米复合材料电气性能测试表明:复合材料的击穿场强在纳米SiO₂含量为3%时达到最大,此时复合材料的活化能达到0.69e V。纳米SiO₂与XLPE基体形成的界面相互作用是复合材料电气性能得到提高的主要原因。纳米复合材料老化后的体积电阻率和击穿场强表明,复合材料活化能降低,击穿场强变小。由热老化使得XLPE分子链发生部分断链,同时纳米SiO₂与XLPE基体之间的界面相互作用减弱导致。采用水针电极法对试样进行加速水树枝老化试验,并通过显微镜观察水树枝形态,统计水树枝生长长度和引发概率并采用分形维数对水树枝老化特性进行研究。结果表明:XLPE/SiO₂纳米复合材料可明显抑制水树枝老化,其中3%XLPE/A151-SiO₂试样对水树枝老化的抑制效果达到最佳,水树枝分形维数最小。与纯XLPE相比,沿电场方向水树枝长度为260μm,减小了39.8%,垂直主电场方向水树枝长度为481μm,减小了43.4%,且水树枝生长概率下降至7.7%。