【資料圖】

相比于交流輸電系統，直流系統具有輸送容量大，輸電距離長等優點，而且功率調節快速靈活、沒有大范圍的連鎖故障風險，系統安全問題較小。高壓直流電纜配合直流輸電系統的發展，為風電并網、海島供電以及跨海長距離輸電等提供了可靠、節約、環保的解決方式。

研究背景及目的

一方面，聚丙烯絕緣自身剛性大、韌性與耐低溫沖擊性能差，無法滿足高壓直流電纜絕緣的力學性能要求：聚丙烯絕緣的拉伸強度遠大于交聯聚乙烯絕緣的拉伸強度，而聚丙烯絕緣斷裂伸長率與沖擊強度遠小于交聯聚乙烯絕緣。另一方面，通過共混、共聚等改性手段可提高聚丙烯基絕緣力學性能，但也會導致其電氣、耐熱性能發生不同程度的下降；聚丙烯基納米復合絕緣材料可改善電氣與力學性能，但在電纜絕緣批量制備中仍存在納米填料分散不均、一致性較差等問題。

結論與展望

(1) 采用共混與共聚的方法能有效地改善PP的低溫脆性和剛性，但彈性體共混材料與PP基體之間相容性差，導致高溫高場下絕緣性能顯著下降，因此提高共混絕緣相容性是其實際應用亟待解決的關鍵問題。PP共聚絕緣的耐熱性能下降，高溫下電氣、機械降低，因此開展共聚單體選擇與共聚絕緣分子拓撲結構設計，獲得兼具優異電氣與力學性能的聚丙烯絕緣是未來重要研究方向。(2) β晶型具有較好的沖擊強度和韌性，因而在保證聚丙烯電氣性能的前提下，通過添加β成核劑能有效提高聚丙烯力學性能。如何提高成核劑分散性、防止成核劑遷出以及驗證β型球晶的長期絕緣性能是亟需攻克的重要課題。(3) 聚合物絕緣制備中結晶工藝對絕緣的性能有重要影響，通過調節等溫及非等溫結晶工藝參數能為協同調控聚丙烯電氣和力學性能提供明確的思路。尤其在高壓直流電纜絕緣批量制備過程中，通過優化結晶工藝來提高絕緣綜合性能是高壓直流電纜制造加工技術的重要方向。(4) 電纜絕緣在生產、安裝過程中承受機械應力作用，垂直于片晶方向的應力會使無定形區中纏結鏈取向伸展甚至斷裂，自由體積增大，聚集態結構發生演變并影響其電學性能。研究表明當拉伸應變達到20%時，聚丙烯絕緣空間電荷積累量增加50%以上，擊穿場強明顯降低[56]。因此需要進一步研究拉伸、沖擊應力作用下聚丙烯基絕緣的聚集態多層次結構演變過程，分析聚集態結構演變過程與絕緣缺陷形成、發展過程的內在關聯，進而探究機械應力作用下聚集態結構演變對電導、電荷輸運與擊穿特性的影響規律及機理。

前景與應用

以聚丙烯(Polypropylene, PP)為代表的熱塑性電纜絕緣代表了未來高壓直流電纜絕緣的發展方向。聚丙烯絕緣具有由分子鏈有序折疊形成片晶、片晶生長排列形成球晶、球晶堆疊形成聚集體的多層次聚集態結構，聚丙烯基絕緣電氣、力學性能與其聚集態結構密切相關。掌握聚丙烯基絕緣聚集態結構演變規律與調控方法，是實現其宏觀性能調控的關鍵基礎。

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