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交联聚乙烯以其极其优异的电气性能、力学性能及加工性能,已成为电力电缆主要的绝缘材料。随着电压等级提高,对交联聚乙烯的绝缘性能的要求也越来越高。纳米材料掺杂改性成为了提升绝缘材料的重要手段。随着分子模拟技术的高速发展,已经逐渐的被应用于高压绝缘领域的研究。使用分子模拟技术研究纳米SiO2和纳米Al2O3掺杂交联聚乙烯电缆热稳定性和机械性能,对从微观层面认识纳米掺杂改性和水树枝微观机理有显著意义。研究以上体系的玻璃转化温度、弹性模量和剪切模量,最后在温度场下分析了水分子扩散行为以及纳米粒子抑制水树枝的微观机理,得出如下结论:1)对比纯交联聚乙烯玻璃转化温度273K,半径8?的纳米SiO2和纳米Al2O3掺杂交联聚乙烯能将交联聚乙烯的玻璃转化温度提升12K和10K。交联聚乙烯300K下的弹性模量和剪切模量分别为2.061Gpa和0.760Gpa,360K下为1.584Gpa和0.541Gpa。纳米SiO2将交联聚乙烯在300K下的弹性模量和剪切模量分别提高了51%和57%,360K下为67%和113%。纳米Al2O3将交联聚乙烯在300K下的弹性模量和剪切模量分别提高了45%和53%,360K下为59%和111%。两种纳米粒子均能有效提高交联聚乙烯的性能,就掺杂效果而言纳米SiO2优于纳米Al2O3。2)在纳米SiO2和纳米Al2O3表面进行5%KH550硅烷偶联剂的接枝改性能进一步提升纳米复合材料的玻璃转化温度提高5K和6K,300K下的弹性模量分别提高了11%和15%,剪切模量两者均为18%。10%KH550接枝改性在玻璃转化温度、弹性模量和剪切模量方面对比5%时出现下降,与表面未处理的纳米粒子掺杂的复合XLPE材料的数据相差不大。对纳米粒子表面接枝改性确实能进一步提高纳米粒子对交联聚乙烯的玻璃转化温度、弹性模量和剪切模量的提升效果。但提升效果并不完全与表面接枝含量呈现正相关趋势,接枝含量过度时,会降低表面接枝处理的效果。3)随着水分的增加,XLPE、SiO2/XLPE和Al2O3/XLPE的玻璃转化温度、弹性模量和剪切模量均下降。在相同含水量的情况下,添加两种纳米粒子都能有效增加XLPE的玻璃转化温度、弹性模量和剪切模量。随着温度升高以及含水量的增加,三个体系中的水分子扩散系数均增大。纳米粒子能有效与水分子之间形成氢键效应,抑制XLPE材料中水分子的扩散情况。就纳米SiO2和纳米Al2O3与水分子作用效果而言,纳米Al2O3与水分子的相互作用效果更强。在有水环境下,掺杂纳米Al2O3要优于纳米SiO2。4)随着半径增大,纳米SiO2/XLPE体系的玻璃转化温度在半径为6?时最高,为290K。纳米Al2O3/XLPE体系在半径为5?时最高,为288K。两种体系的自有体积变化与纳米粒子的空间体积效应和表面效应均有关。在300K和360K下随半径的增大两种体系的力学模量变化趋势相同均下降。两种体系力学模量变化主要受纳米粒子与交联聚乙烯的单位表面结合能的影响。