【摘 要】
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高压直流电绝缘材料在远距离和大容量电力传输时,由于损耗小而展现出明显优势,但在高压直流电场下空间电荷积累易引起击穿,从而降低绝缘材料的可靠性和使用寿命,因此,研究高压直流电绝缘材料具有重大理论意义和实际应用价值。本文以线性低密度聚乙烯（LLDPE）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯接枝聚苯乙烯产物（PES）和乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）为主要基材,分别以石墨烯（GR）和六方氮化硼（h-BN）为纳米填料,制
【基金项目】
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国家自然科学基金（51673197）； 吉林省科技发展项目（20200401038GX）；
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高压直流电绝缘材料在远距离和大容量电力传输时,由于损耗小而展现出明显优势,但在高压直流电场下空间电荷积累易引起击穿,从而降低绝缘材料的可靠性和使用寿命,因此,研究高压直流电绝缘材料具有重大理论意义和实际应用价值。本文以线性低密度聚乙烯（LLDPE）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯接枝聚苯乙烯产物（PES）和乙烯-丙烯酸共聚物（EAA）为主要基材,分别以石墨烯（GR）和六方氮化硼（h-BN）为纳米填料,制备高压直流电绝缘聚烯烃纳米复合材料,对其空间电荷积累和击穿场强特性进行了研究,该复合材料的制备为新型高压直流聚烯烃纳米复合材料的研制提供了新思路。以4,4’-二羟基二苯醚（HDE）、甲基丙烯酰氯和对甲苯磺酰氯为原料,合成含有活性双键的4-[4-（对甲苯磺酰基氧基）苯氧基]苯基2-甲基-丙烯酸酯（MTE）,将MTE与苯乙烯（St）进行溶液聚合制备St-MTE共聚物（PSM）,以LLDPE、PES和PSM为原料,GR为纳米填料,采用熔融共混技术制备LLDPE/PES/PSM/GR聚烯烃纳米复合材料,研究GR对LLDPE/PES/PSM/GR纳米复合材料性能的影响。荧光发射光谱表明,GR与基体中的芳环之间存在强烈的π-π相互作用;DSC测试分析表明,GR的引入对基体的结晶能力没有显著影响;由于GR在基体中引入大量的深陷阱,使得LLDPE/PES/PSM/GR纳米复合材料的电绝缘性能得到明显改善,空间电荷积累得到明显抑制;介电特性分析表明,掺杂少量GR的LLDPE/PES/PSM/GR纳米复合材料具有良好的介电性能;当GR含量为0.005 wt%时,LLDPE/PES/PSM/GR纳米复合材料的直流击穿强度达到400.1 k V/mm,比LLDPE/PES/PSM共混材料的直流击穿强度提高8.5%,与纯LLDPE相比累计提高41.6%。利用氯化亚砜刻蚀h-BN制备含有反应活性基团的改性h-BN（T-BN）,再利用丁二酸对T-BN做进一步共价改性（命名C-BN）,以LLDPE和EAA为原料,采用熔融共混技术制备了LLDPE/EAA/h-BN、LLDPE/EAA/T-BN和LLDPE/EAA/C-BN三种纳米复合材料。通过FT-IR和XPS谱图分析证明表面含有活性基团的T-BN和C-BN被成功制备;h-BN、T-BN和C-BN的引入能够明显抑制基体内部空间电荷积累;当T-BN含量为0.5 wt%时,LLDPE/EAA/T-BN纳米复合材料的直流击穿强度达到464.1 k V/mm,比LLDPE/EAA共混材料提高12.9%;当C-BN含量为0.5 wt%时,LLDPE/EAA/C-BN纳米复合材料的直流击穿强度达到480.8 k V/mm,比LLDPE/EAA共混材料提高17.0%。本研究为GR和共价改性h-BN在高压直流聚烯烃绝缘电缆材料的开发应用上提供了一条崭新的途径。
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