【摘 要】
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传统的交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘材料在电缆制造和使用时,存在生产能耗大,加工周期长,电缆达到使用寿命后无法回收利用等问题,在“双碳”国策和环保理念的驱动下,热塑性环保型电缆绝缘材料近期引起了关注,其中聚丙烯（PP）具有较高的熔融温度和优异的绝缘性能,被广泛认为是XLPE未来的替代品。但是聚丙烯硬度过大,柔韧性差,无法适用电缆的工程应用,为了改善这些问题,通常采用向PP中添加高韧性的弹性体材料的
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传统的交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘材料在电缆制造和使用时,存在生产能耗大,加工周期长,电缆达到使用寿命后无法回收利用等问题,在“双碳”国策和环保理念的驱动下,热塑性环保型电缆绝缘材料近期引起了关注,其中聚丙烯（PP）具有较高的熔融温度和优异的绝缘性能,被广泛认为是XLPE未来的替代品。但是聚丙烯硬度过大,柔韧性差,无法适用电缆的工程应用,为了改善这些问题,通常采用向PP中添加高韧性的弹性体材料的方法,实现PP材料的增柔增韧。但由于热塑弹性体绝缘性能差,虽然材料柔韧性得到改善,但整体的绝缘性能却降低明显。本文拟解决材料柔韧性和绝缘性能难以协同的难题,通过接枝反应和付克酰基化反应在弹性体SEBS中修饰出了马来酸酐（MAH）和苯乙酮单元,将其与PP共混制备了PP基热塑性电缆绝缘材料。利用MAH中的酸酐官能团在聚烯烃材料中形成深陷阱能级,有效抑制空间电荷;利用苯乙酮分子携带的乙酰基官能团,通过酮式-烯醇式转化抑制高能电子产生,显著提升材料击穿强度。研究发现,修饰出双官能团的弹性体材料依然具有增韧增柔功能,实现了PP基热塑性电缆绝缘材料柔韧性和绝缘性能的协同提升。红外光谱吸收数据表明,本文采用的方法成功在SEBS中修饰出了MAH单元和苯乙酮单元。扫描电镜实验表明,马来酸酐基团接枝后提高了PP相与SEBS相的相容性,使弹性体相分散性明显提升,乙酰化SEBS接枝MAH（AC-SEBS-g-MAH）/PP复合材料中,PP相与弹性体相呈现均匀的“海岛结构”。DSC测试结果表明乙酰化程度适量时,AC-SEBS-g-MAH/PP复合材料的结晶和熔融温度与纯PP对比差异很小,其保留了纯PP的耐高温性能。应力应变性能测试表明,常温下AC-SEBS-g-MAH/PP具备使纯PP增强韧性,提高断裂伸长率和增大拉伸断裂应力的效果,表明复合材料的力学性能满足电力电缆的使用要求。为研究马来酸酐基团和苯乙酮基团对复合材料陷阱特性影响,按照全电子数值轨道第一原理方法,应用仿真软件计算了SEBS接枝马来酸酐基团和苯乙酮基团的电子能态密度,计算结果表明接枝到SEBS上的两种基团分别有两种空间结构,将在SEBS能带隙中产生两种电子束缚态,两种基团可以协同地引入深陷阱对,有效抑制载流子的迁移运动,减少空间电荷的注入,从而改善材料的直流介电性能。在直流介电性能测试方面,空间电荷测试结果表明接枝材料的适量掺入显著提升了AC-SEBS-g-MAH/PP复合材料抑制空间积累的能力,其在常温和50℃的高场强极化过程中空间电荷的积累均小于纯PP,80℃时,空间电荷有一定积累但依然小于纯PP的积累。电导特性实验表明,在相同温度和场强下,适量乙酰化的AC-SEBS-g-MAH/PP复合材料的电导率均明显低于SEBS/PP,SEBS-g-MAH/PP,纯PP复合材料的电导率。在不同温度下适量的苯乙酮基团和马来酸酐基团对于提升复合体系击穿强度具有协同效应,适量的乙酰化AC-SEBS-g-MAH/PP击穿强度对比SEBS/PP提升26%,也高于纯PP。本文的研究表明,AC-SEBS-g-MAH/PP复合材料在明显改善力学特性的前提下,兼具优异的直流电性能,可应用于聚丙烯绝缘高压直流电缆的制造。
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