聚乙烯电缆因其良好的电绝缘性能、重量轻、耐化学腐蚀、价格便宜等优势,被广泛应用于电网的电能传输。但由于工艺的限制、长期的电热应力、过度的拉伸弯曲等因素,聚乙烯电缆绝缘层表面及内部难免会产生微孔、微裂纹、电树枝等损伤缺陷。这些微小缺陷在外界应力及内部电热应力等多重作用下会逐步发展。若不加以控制,不断发展的损伤缺陷可能会引发局部放电,甚至造成事故,严重威胁电网的安全运行。本文采用微胶囊外援型自修复技术自动检测、自动修复聚乙烯绝缘材料内部的损伤缺陷,填补损伤结构,恢复材料性能,延长聚乙烯材料的寿命并减少电力系统的危险因素。综合考虑各方面性能,本文选择脲醛树脂（Poly Urea-Formaldehyde,PUF）和双环戊二烯（Dicyclopentadiene,DCPD）分别作为微胶囊的壁材和芯材。采用仿真与实验相结合的手段,通过在壁材形成过程中掺杂纳米SiO2制备出各项性能更适合聚乙烯电缆运行环境的PUF-SiO2/DCPD微胶囊及PUF-SiO2/DCPD微胶囊型聚乙烯复合材料,以实现对材料内部机械和电损伤良好的自修复效果。主要研究工作及结论如下:（1）通过有限元仿真研究PUF微胶囊粒径、壁厚、杨氏模量对聚乙烯复合材料自修复行为的影响,发现:PUF微胶囊的粒径越大,壁厚越小,所受应力越大,越容易破裂,同时越利于复合材料中裂纹发展至微胶囊触发自修复行为;PUF微胶囊的粒径越大对复合材料中的电场分布扰乱越大,而壁厚对电场分布几乎无影响;裂纹在发展过程中会朝向PUF微胶囊发展,且微胶囊囊壁上所受应力逐渐增大,为防止PUF微胶囊提前破裂,应提高其机械强度,增大其杨氏模量。综合考虑研究结果,通过结果数据拟合曲线确定出PUF微胶囊的各项参数范围:制备PUF微胶囊时应控制微胶囊的平均粒径在94～107μm范围内,壁厚在3.4μm左右,同时需改进PUF微胶囊的传统制备工艺,将微胶囊杨氏模量提高至2.1～4 GPa。（2）采用实验和分子动力学（Molecular Dynamics,MD）模拟手段对PUF微胶囊的制备工艺进行改进,提升其机械和热性能,且各项参数在有限元仿真结果范围内:1)MD模拟发现,掺杂纳米SiO2有利于PUF材料密度的增加、自由体积分数的降低及机械和热性能的增强。2)实验制备出PUF-SiO2/DCPD改性微胶囊和传统PUF/DCPD微胶囊,对比发现:两种微胶囊的平均粒径均约为103μm;改性微胶囊的内、外表面附着更多的壁材碎屑,从而增大壁厚及壁材致密性,增强机械性能和热性能。3)挖掘内部机理发现纳米SiO2和PUF之间存在界面相互作用,可以使PUF链和纳米SiO2之间交联,同时促进PUF链之间交联,导致更多的PUF壁材碎屑附着在微胶囊表面,微胶囊壁厚增加,致密性增大,从而提高PUF微胶囊的机械强度和热稳定性。（3）通过有限元仿真研究不同浓度PUF-SiO2微胶囊对聚乙烯复合材料机械应力、热应力、电场分布的影响,发现:聚乙烯复合材料可以承受2 MPa以内的压强,内部PUF-SiO2微胶囊不会破裂;当微胶囊掺杂浓度≤5wt%时,复合材料可以承受70～150℃的高温环境;微胶囊掺杂浓度越大,复合材料中的电场畸变越严重。运用现有方法预测PUF-SiO2/DCPD微胶囊型聚乙烯复合材料对裂缝损伤的自修复效率,发现随着微胶囊掺杂体积分数的增加,复合材料关于杨氏模量和介电常数方面的力学性能和介电性能的自修复效率在逐渐增加。综合考虑以上研究结果,通过拟合曲线确定出合适的PUF-SiO2/DCPD微胶囊掺杂浓度范围:1～2.5wt%。（4）实验制备PUF-SiO2/DCPD微胶囊型聚乙烯复合材料样品,测试分析其基本性能和自修复特性,发现:1)采用本文工艺（熔化温度130℃、压强0.5 MPa、压制时间30 min）制备出的复合样品内部微胶囊分布均匀,形态完好无破损现象。2)当微胶囊掺杂浓度≤2.5wt%时,聚乙烯复合材料样品的机械拉伸、热、电气性能良好,可以满足电缆的运行要求。3)聚乙烯复合材料合适的自修复温度和时间为60℃/30min;4)PUF-SiO2/DCPD微胶囊型聚乙烯复合材料对划痕和电树枝损伤有明显的自修复特性:填补损伤结构、恢复材料性能。当微胶囊掺杂浓度为1wt%时,对于划痕损伤,损伤结构的修复效率达84～100%,击穿场强的修复效率达94.2%;对于电树枝损伤,击穿强度的修复效率达94.4%。5)挖掘内部机理发现,裂缝产生于聚乙烯与微胶囊的界面处,并逐步向聚乙烯基体发展,囊壁上所受应力可以导致微胶囊破裂,从而触发自修复行为,且修复产物和聚乙烯基材之间具有良好的化学相容性。综合考虑以上结果可知,当PUF-SiO2/DCPD微胶囊掺杂浓度为1～2.5wt%时,聚乙烯复合材料在保证基本性能良好的基础上,可以实现良好的自修复效果。