低密度聚乙烯因其优异的绝缘性和经济性,被广泛应用在电气领域。然而,在电场的长期作用下,易产生电树枝老化,严重时甚至导致材料击穿。选用不同类型与维数的纳米粒子,按照某一配比与低密度聚乙烯复合,利用两者的协同效应,能够有效改善基体聚合物的介电性能。本文以低密度聚乙烯为基体,经超声处理后的有机化蒙脱土、经硅烷偶联剂改性处理的纳米二氧化硅为无机填料,采用熔融共混法分别制备了LDPE、MMT/LDPE、SiO₂/LDPE和MMT/SiO₂/LDPE四组实验试样。利用XRD、DSC和FTIR实验对其进行微观结构的表征;然后对比研究四组材料的击穿场强、介电频谱与伏安特性;最后,对四组材料进行电树枝引发实验,对比研究四组材料工频电压下电树枝的生长形态特征。XRD、DSC和FTIR结果表明:纳米SiO₂具有异相成核作用,但扰乱了LDPE基体本身的结晶过程,引入更多晶区-无定形区界面。MMT本身的片层结构阻碍了LDPE基体分子链的运动,抑制复合材料的结晶速率,使其结晶度降低;向LDPE中引入表面改性的纳米SiO₂和MMT并不改变LDPE分子链自身的结构,而是通过改性剂长链与LDPE基体分子链以物理纠缠的形式混合在LDPE中。介电性能试验测试结果显示:添加纳米SiO₂可显著提高LDPE的阈值电场和击穿强度,降低复合材料中的电流密度,但同时增加了材料的介质损耗。纳米MMT与LDPE相容性较差,使二者复合材料的击穿强度降低。同时添加纳米SiO₂和纳米MMT,由于两种粒子间的协同效应,其介电性能均得到有效改善。在对比几种材料电树枝生长形态特征中发现:相比于LDPE,SiO₂/LDPE的抑制效果并不理想,而MMT/LDPE和MMT/SiO₂/LDPE的电树枝长度分别为纯LDPE试样的87.7%、67.0%,后者分形维数明显高于其他试样,抑制效果最优。综上可知,引入纳米SiO₂和MMT,复合材料介电性能得到有效改善,纳米SiO₂的异性成核作用与无定形区MMT的阻隔作用相互协同,可有效抑制LDPE基体内部电树枝老化。