電壓穩定劑改善聚乙烯共混材料絕緣性能的研究

陳向榮,玉林威,劉海燕,戴超,魏作君,周浩

(1.浙江大學浙江省電機系統智能控制與變流技術重點實驗室,310027,杭州;2.浙江大學生物質化工教育部重點實驗室,310027,杭州)

隨著高壓輸電技術的快速發展,交聯聚乙烯(XLPE)以較高的擊穿強度、較低的介電損耗、較好的熱性能等優點被廣泛應用于高壓電力電纜中[1-3]。然而,XLPE電纜制造后產生的交聯副產物難以回收,這對可回收的環保型熱塑電纜料提出了需求[4-5]。因聚合物共混可回收且不存在交聯副產物的優點得到人們的廣泛關注,認為是一種潛在可行的電纜絕緣材料[6-7]。對聚乙烯共混物的研究表明,向低密度聚乙烯(LDPE)中添加少量高密度聚乙烯(HDPE)可以顯著降低絕緣材料的直流導電率,同時極大地改善了材料的熱-機械性能。文獻[8]發現,往LDPE中添加入10%質量分數的HDPE進行共混會導致納米結構的顯著變化,使直流電導率降低約一個數量級,為高壓電力電纜研究開辟了一個新的設計理念。研制更高電壓等級的共混聚乙烯絕緣電纜,首要工作是進一步提高絕緣材料的耐電性能,其中一種重要的方法就是添加電壓穩定劑。

在電纜絕緣材料中添加電壓穩定劑改善其絕緣性能最早可以追溯至20世紀60年代[9]。Huuva等將合成的一種含胺的電壓穩定劑添加入交流高壓電纜用XLPE中發現,當添加穩定劑質量分數為0.4%時起樹電壓比參考值提升了近50%[10]。Yamano等研究發現以多環化合物、苯甲酸復合物等作為電壓穩定劑可以抑制電樹枝的引發,提升聚乙烯的絕緣性能[11]。Jarvid等發現10 mmol/kg的富勒烯衍生物PCBM作為電壓穩定劑加入XLPE,能提升電樹枝起始場強26%,具有潛在的應用價值[12]。

國內在利用電壓穩定劑提高材料絕緣性能方面也開展了一些相關的研究工作,屠德民等發現位阻哌啶類穩定劑能夠有效地抑制聚乙烯的電樹枝化,也可抑制電老化[13]。黃興溢等經過有機合成了具備電壓穩定劑功能的二氧化硅粒子,成功制備了可回收的電纜絕緣材料,發現加入4%質量分數的電壓穩定劑,聚丙烯的擊穿強度可提高46%,可有效抑制空間電荷注入[14]。李春陽等發現添加茴香偶酰能提升材料的擊穿強度和電樹枝起始電壓[15]。付一峰等發現將含有極性基團的氯乙酸烯丙酯接枝在XLPE的大分子鏈上會具有更強的抑制空間電荷形成的能力,且具有更低的電導電流和更高的擊穿場強[16]。查俊偉等研究發現馬來酸酐接枝到聚丙烯大分子鏈上能有效抑制空間電荷注入,且在溫度升高時具有更好的體電阻率穩定性[17]。馬文龍等將乙烯咔唑接枝到LDPE的基團上,發現對空間電荷具有明顯的抑制作用,復合材料的擊穿場強和體積電阻率也有所提高[18]。以上研究說明,利用電壓穩定劑改善聚乙烯絕緣材料電氣性能已成為電纜絕緣材料發展的重要方向。

共軛離域型結構同時具有給電子和吸電子官能團,與苯環形成一個大的電子離域結構,具有捕獲高能電子,且緩沖高能電子的能力,從而提高聚乙烯的交、直流耐電性能。本文選取3種共軛離域型電壓穩定劑,分別為間氨基苯硼酸、2-甲氧基-5-吡啶硼酸和間氨基苯甲酸,添加入LDPE/HDPE共混物中,制備了含有新型電壓穩定劑的LDPE/HDPE材料,研究了電壓穩定劑對LDPE/HDPE共混物絕緣性能的影響。

1 試樣與系統

1.1 試樣制備

實驗試樣采用南京中超新材料有限公司生產的LDPE、HDPE顆粒作為基料,所選取的3種電壓穩定劑分別為間氨基苯硼酸、2-甲氧基-5-吡啶硼酸、間氨基苯甲酸,分子結構見表1。先將LDPE、HDPE用液氮浸泡使其冷脆,按照質量9∶1的比例加入到轉速為10 000 r/min的超離心粉碎機ZM 200(德國萊馳)中使材料充分粉碎混合,研磨成為含10%(質量分數)HDPE的LDPE共混物粉末(簡稱LDPE/HDPE),然后采用溶液法制備電壓穩定劑改性的LDPE/HDPE材料。將上述電壓穩定劑各按照1%(質量分數)放入圓底燒瓶中,加入甲醇或丙酮溶劑,超聲處理15 min使其完全溶解,加入LDPE/HDPE共混物粉末,室溫下利用磁力攪拌2.5 h進行涂覆浸漬,之后通過旋蒸除去溶劑,真空干燥后制得含有不同電壓穩定劑的共混物(分別稱為間氨基苯硼酸共混物、2-甲氧基-5-吡啶硼酸共混物、間氨基苯甲酸共混物)。采用熱壓法制備試樣:將共混物分別放入特制的模具中,在溫度為160 ℃、壓力為20 MPa條件下熱壓180 s成型,保持壓力快速冷水冷卻,制得實驗試樣。

表1 電壓穩定劑的化學名稱及分子式

1.2 紅外光譜測試

利用iS50傅里葉紅外光譜(FTIR)儀(美國尼力高公司)測試共混物試樣的透射光譜,分析其化學組成。試樣形態為粉末,測試波數范圍為500～4 000 cm-1,分辨率為0.01 cm-1。

1.3 差式掃描量熱法測試

利用同步熱分析儀(瑞士梅特勒公司)進行差示掃描量熱法(DSC)測試,測試在氮氣環境中進行,取約5 mg的試樣粉末放入石英坩堝內,以10 ℃/min的速率升溫。DSC溫度測試范圍為50～160 ℃。

1.4 X射線衍射測試

利用X射線衍射儀(日本島津公司)進行X射線衍射(XRD)測試,采用Cu靶,電壓為40 kV,電流為30 mA,掃描速度為5(°)/min,掃描范圍為10°～30°,掃描步長為0.02°。

1.5 電樹枝測試

將實驗材料放入平板硫化機中制成如圖1所示的塊狀針板電極試樣,選用的鋼針針尖曲率半徑為(5±1) μm,針尖距離地電極板(2±0.2) mm。從制備試樣中選取各12個試樣進行電樹枝引發實驗。實驗時,將試樣浸沒在變壓器油中,利用實時顯微鏡觀測系統和局部放電同步測量系統,記錄試樣的電樹枝起始和生長情況[6]。實驗采取均勻升壓的方式,施加工頻50 Hz的電壓,以80 V/s的速率均勻升壓。當實時顯微鏡觀測系統觀察到電樹枝引發,局部放電同步測量系統監測局部放電量大于15 pC時停止加壓,記錄此時的電壓作為試品的電樹枝起始電壓,采用二參數威布爾分布對每組試樣12次實驗的結果進行統計分析。

圖1 電樹枝實驗試樣

1.6 直流電導率測試

采用實驗室研制的高溫高場強三電極測試系統進行電導率測試[19]。試樣制成厚度為150～200 μm的薄膜,三電極測試裝置放置于恒溫箱。當恒溫箱的溫度達到設定溫度1 h后開始進行實驗,實驗溫度為40 ℃和60 ℃,電場強度為10、20和30 kV/mm,每個溫度場強下電導率測試進行20 min,每種試樣各取3片進行實驗,結果取平均值。

1.7 空間電荷測試

采用實驗室研制的脈沖電-聲法(PEA)進行空間電荷測試。將試樣制成厚度為150～200 μm的薄膜,上電極為半導電電極,電極直徑為1.8 cm。測試在室溫(約20 ℃)下進行,測試場強為50 kV/mm,脈沖電壓為500 V,脈沖寬度為10 ns,極化時間為30 min,去極化時間為10 min,測量極化和去極化條件下試樣內部空間電荷的分布。

2 結 果

2.1 FTIR分析結果

5種試樣的FTIR測試結果如圖2所示。聚乙烯主要的紅外吸收峰有:2 915 cm-1的C—H不對稱伸縮振動峰,2 848 cm-1的C—H對稱伸縮振動峰,1 468 cm-1的C—H彎曲振動峰,717 cm-1的C—H面內搖擺振動峰。對于添加了電壓穩定劑的共混物,紅外光譜中出現了759 cm-1的C—H面外彎曲振動峰,676 cm-1的芳環外曲面振動峰,這些特征峰都來自于所添加電壓穩定劑共有的苯環和吡啶結構。由圖2c可知,添加了間氨基苯硼酸的LDPE /HDPE共混物,紅外光譜中出現了1 341 cm-1的B—O伸縮振動峰,1 562 cm-1的N—H彎曲振動峰。添加了2-甲氧基-5-吡啶硼酸的共混物(見圖2d)的紅外光譜中,出現了1 250 cm-1的甲氧基彎曲振動峰,1 331 cm-1的B—O伸縮振動峰。添加了間氨基苯甲酸的LDPE/HDPE共混物(見圖2e),出現了1 563 cm-1的N—H彎曲振動峰,1 630 cm-1和1 388 cm-1的O—CO特征吸收峰。紅外光譜分析結果表明,混煉后3種電壓穩定劑已經添加入LDPE/HDPE共混物中。

a:LDPE; b:LDPE/HDPE; c:間氨基苯硼酸共混物;d:2-甲氧基-5-吡啶硼酸共混物; e:間氨基苯甲酸共混物圖2 聚乙烯及其共混物的FTIR測試結果

2.2 DSC熱分析結果

五種試樣的DSC測試結果如圖3所示。由圖3可知,LDPE材料的DSC曲線僅在109 ℃下有一個融化峰,添加了HDPE共混后,LDPE/HDPE共混物的DSC曲線顯示出一個在109 ℃的主要融化峰和一個在128 ℃的附加融化峰。添加了電壓穩定劑后,LDPE/HDPE共混物的DSC曲線和LDPE/HDPE共混物相似,說明3種電壓穩定劑對材料的熔融特性影響不大。

圖3 聚乙烯及其共混物的DSC測試結果

2.3 XRD測試結果

5種試樣的XRD測試結果如圖4所示。由圖4可知,LDPE在2θ=21.5°出現主衍射峰,對應(110)晶面,在2θ=23.8°出現副衍射峰,對應(200)晶面。共混及添加電壓穩定劑以后,衍射峰并未發生明顯的位置偏移,說明電壓穩定劑的加入沒有改變材料的晶體結構。運用Jade軟件分析了(110)晶面的衍射角2θ和半峰寬β,計算了晶粒尺寸和結晶度,結果如表2所示。由表2可知,共混后材料的(110)晶粒尺寸和結晶度都有所提升,后加入電壓穩定劑,材料的結晶度相比LDPE/HDPE共混物增大,促進了材料結晶,晶相比例增大,無定形區域變小,其中間氨基苯甲酸共混物具有最高的結晶度。加入間氨基苯硼酸和間氨基苯甲酸,使得材料(110)晶面晶粒尺寸增大,加入2-甲氧基-5-吡啶硼酸使得材料(110)晶面晶粒尺寸減小,但仍大于LDPE。

圖4 聚乙烯及其共混物的XRD測試結果

表2 聚乙烯及其共混物的結晶參數

材料(110)晶面衍射角2θ/(°)(110)晶面半峰寬β/(°)(110)晶面晶粒尺寸D/nm結晶度/%LDPE21.560.62212.8642.21LDPE/HDPE21.520.58113.7745.03間氨基苯硼酸共混物21.540.56814.0849.482-甲氧基-5-吡啶硼酸共混物21.580.62012.9049.16間氨基苯甲酸共混物21.560.57613.8954.15

2.4 電樹枝引發實驗結果

5種試樣的電樹枝引發實驗測試的二參數威布爾分布結果如圖5所示,對應威布爾分布形狀參數和電樹枝特征起樹電壓如表3所示。表中特征起樹電壓的含義為引發電樹枝概率為63.2%的電壓;形狀參數表征了數據的分散性,形狀參數越大,數據的分散性越小。由圖5可知,添加了電壓穩定劑的LDPE/HDPE共混物威布爾分布曲線明顯右移。由表3可知,LDPE的形狀參數最大,數據的分散性最小;與HDPE共混后,LDPE/HDPE共混物形狀參數明顯減小,數據的分散性增大;加入電壓穩定劑后的共混物形狀參數相比于LDPE/HDPE有所增加,數據的分散性減小。

圖5 聚乙烯及其共混物電樹起始電壓的二參數威布爾分布

在特征起樹電壓方面可以看出,LDPE的特征起樹電壓最低,間氨基苯甲酸共混物的特征起樹電壓最高(見表3)。LDPE/HDPE共混物的特征起樹電壓相比于LDPE的提高了約9%,而添加了電壓穩定劑的共混物,其特征起樹電壓比LDPE/HDPE共混物均有所提高,其中間氨基苯甲酸共混物的特征起樹電壓比LDPE/HDPE共混物的特征起樹電壓提高了約47%,具有明顯的電樹枝引發抑制效果。間氨基苯硼酸共混物的特征起樹電壓為21.86 kV,相比于LDPE/HDPE共混物,其特征起樹電壓提高了約37%,同樣具有明顯的電樹枝引發抑制效果。2-甲氧基-5-吡啶硼酸共混物的特征起樹電壓為19.51 kV,相比于LDPE/HDPE共混物,其特征起樹電壓提高了約22%,也體現了較好的電樹枝引發抑制效果。

表3 聚乙烯及其共混物的威布爾分布參數值

2.5 直流電導率測試結果

圖6給出了5種試樣分別在40 ℃和60 ℃、不同場強條件下的電導率測試結果。由圖6a可知,在40 ℃條件下,聚乙烯及其共混物的電導率隨著外施電場的增加而不斷增加。LDPE/HDPE共混物在20 kV/mm下的電導率相比于LDPE的略微減小,而在30 kV/mm下LDPE/HDPE共混物的電導率有明顯減小,相比于LDPE大約減小了一個數量級,表明LDPE/HDPE共混有利于減小絕緣材料在較高場強下的電導率。添加了電壓穩定劑后,間氨基苯硼酸共混物和間氨基苯甲酸共混物的電導率相比于LDPE/HDPE共混物均有所減小,且在10和20 kV/mm的場強下,兩種電壓穩定劑混合物的電導率減小幅度較大,在30 kV/mm的場強下其電導率減小幅度變小。2-甲氧基-5-吡啶硼酸共混物的電導率在10 kV/mm場強下的電導率略低于LDPE /HDPE共混物,而在20和30 kV/mm的場強下其電導率高于LDPE/HDPE共混物。

(a)40 ℃

(b)60 ℃圖6 聚乙烯及其共混物的電導率測試結果

由圖6b可知,在60 ℃條件下,聚乙烯及其共混物的電導率隨著外施電場的增加而逐漸增加,而且隨著實驗溫度的升高,材料的電導率呈增大的趨勢。LDPE/HDPE共混物在20和30 kV/mm的場強下依然呈現出了比LDPE更小的電導率,同文獻[8]的報道結果一致。添加了電壓穩定劑以后,間氨基苯甲酸共混物的電導率相比于LDPE/HDPE的電導率在10和20 kV/mm的場強下有明顯減小,相比于LDPE/HDPE減小了約一個數量級。在60 ℃條件下間氨基苯硼酸共混物的電導率有所增加,表明材料電導特性受溫度影響較大,2-甲氧基-5-吡啶硼酸共混物的電導率在10 kV/mm場強下的電導率低于LDPE/HDPE共混物。

根據在40 ℃和60 ℃、不同場強下的電導率測試結果可知,添加HDPE共混后LDPE/HDPE材料的電導率在較高場強下降低;在共混物中添加了電壓穩定劑以后,間氨基苯硼酸共混物在溫度為40 ℃的條件下電導率降低,2-甲氧基-5-吡啶硼酸共混物在場強較低的條件下電導率降低,而間氨基苯甲酸共混物在不同溫度和不同場強下電導率均有所降低。

2.6 空間電荷測試結果

5種試樣在50 kV/mm的場強下極化30 min,試樣內部的空間電荷分布情況結果如圖7所示。由圖7a可知,LDPE試樣極化過程中,陰極和陽極部分都出現了異極性電荷的積累,試樣內部出現了正極性空間電荷的積累。對于LDPE/HDPE共混物(見圖7b),極化過程中陰極部分有較多的異極性電荷積累,最大電荷密度約為8 C/m3,試樣內部也有較多的正負極性空間電荷的積累。共混物中添加了電壓穩定劑以后,空間電荷的積累情況得到了明顯抑制,在間氨基苯硼酸共混物極化過程中(見圖7c),試樣兩極沒有明顯的空間電荷注入,試樣內部也沒有明顯的空間電荷積累。由圖7d可知,在2-甲氧基-5-吡啶硼酸共混物極化過程中主要是陰極部分的異極性電荷積累,最大電荷密度約為5 C/m3。在間氨基苯甲酸共混物極化過程中同樣在陰極部分有少量空間電荷積累(見圖7e),最大電荷密度約為4 C/m3,相比于LDPE/HDPE共混物,異極性空間電荷的積累均有明顯減少。

(a)LDPE

(b)LDPE/HDPE

(c)間氨基苯硼酸共混物

(d)2-甲氧基-5-吡啶硼酸共混物

(e)間氨基苯甲酸共混物圖7 聚乙烯及其共混物在50 kV/mm場強下的空間電荷測試結果

上述結果表明,添加了電壓穩定劑以后,LDPE /HDPE共混物的空間電荷積累情況均得到明顯抑制,間氨基苯硼酸對共混物的空間電荷積累抑制效果最佳,間氨基苯甲酸對共混物的空間電荷積累抑制效果明顯,2-甲氧基-5-吡啶硼酸對共混物的空間電荷的積累抑制效果也較為明顯。

3 討 論

3.1 陷阱能級和視在遷移率分析

在空間電荷測量的去極化過程中,絕緣材料內部空間電荷的移動速率及其陷阱深度都可以通過空間電荷總量和去極化時間的關系進行理論計算,入陷在陷阱中的載流子在去極化過程中將首先被釋放,導致空間電荷量相對減少[20-21]。試樣去極化過程中的總電荷量曲線分布如圖8所示,可以看出,添加了電壓穩定劑后,LDPE/HDEP共混物內部的空間電荷積累量減小,空間電荷衰減速率增大。

圖8 聚乙烯及其共混物去極化過程中總電荷量曲線

基于釋放的載流子不再被捕獲的假設[22-23],可以通過式(1)(2)計算陷阱能級Et和陷阱密度N(Et)

Et=kTln(vt)

(1)

(2)

式中:k是玻爾茲曼常數;T是絕對溫度;v是電子的振動頻率;τ是衰變時間常數;q是電子電荷;d是樣品厚度。

5種試樣陷阱能級和陷阱密度的計算結果如圖9所示。由圖9可以看出,試品電荷密度衰減反映的主要陷阱能級集中在0.82～0.88 eV的范圍內,由低能級到高能級呈現先增大后減小的分布趨勢。根據陷阱能級分級,大于1.1 eV的陷阱為深陷阱,小于1.1 eV的陷阱為淺陷阱[24],可以看出,試樣中的陷阱屬于淺陷阱的范疇。LDPE/HDPE共混以后,陷阱能級增加,陷阱密度小幅增加。添加電壓穩定劑后,共混物的陷阱能級分布峰左上移,陷阱能級變小,陷阱密度提高。相比于LDPE/HDPE材料,間氨基苯硼酸共混物和間氨基苯甲酸共混物的陷阱密度提高約50%,2-甲氧基-5-吡啶硼酸共混物的陷阱密度提提高約20%。

圖9 聚乙烯及其共混物的陷阱能級分布

空間電荷的移動速率可定義為視在電荷遷移率,可以通過式(3)計算[25-26]

(3)

式中:ε是絕緣試樣的介電常數;q(t)是電荷密度隨時間變化的函數。

5種試樣視在電荷遷移率的計算結果如圖10所示。由圖10可以看出,總體而言,視在電荷遷移率隨著去極化時間的增加,呈現先增加再減小最后穩定的趨勢。間氨基苯硼酸共混物和間氨基苯甲酸共混物的視在電荷遷移率較高,表明在去極化過程中其空間電荷消逝速度相比于其他材料會更快,2-甲氧基-5-吡啶硼酸共混物的視在電荷遷移率略高于LDPE/HDPE共混物,其空間電荷消逝速度相比于LDPE/HDPE共混物稍快。

圖10 聚乙烯及其共混物的視在電荷遷移率

由上述分析認為,根據聚合物的陷阱理論[23-24],添加的3種新型電壓穩定劑都具有高電子緩沖能力的芳香結構,因此具有較大的電子親和力和電子緩沖力,從而形成陷阱,易于捕獲高能電子,從而增強LDPE/HDPE共混物抑制空間電荷的能力。聚乙烯是一種結晶相和無定形相共存的非極性高聚物,添加電壓穩定劑后,結晶度提高,有利于減少晶界區與無定形區中的缺陷,減少深陷阱的數目,增加視在電荷遷移率。去極化過程中,空間電荷的消逝同陷阱能級和陷阱密度密切相關,當絕緣材料中陷阱較深時,對電荷有較強的捕獲作用,在外施直流電場作用下電荷不易遷移,從而導致較多的空間電荷積累[27]。根據聚合物的陷阱理論[28],添加電壓穩定劑的增加淺陷阱密度,提高了視在電荷遷移率,從而有效地抑制了材料中空間電荷的積累。

3.2 電壓穩定劑抑制電樹枝引發機理分析

電樹枝形成的主要機制是高能電子與聚合物的相互作用[29],電樹枝的引發可以分為以下3個階段:①空間電荷的注入;②自由基生成、聚合物斷裂和形成劣化區域;③電樹通道的自氧化和電樹枝起始。添加電壓穩定劑以后可以捕獲材料中的高能電子,材料陷阱密度增大抑制了空間電荷的注入,使得電子能量降低,減弱高能電子對聚合物分子鏈的沖擊,從而提高材料耐電樹枝的能力。同時,從熱力學觀點看,無定型區中電場強度更高,具有更高的自由能,能驅使電樹枝在無定型區生長,加入電壓穩定劑使得結晶度提高,減少了無定形區域面積,也抑制了電樹枝的引發與生長。

添加的3種新型電壓穩定劑都具有高電子緩沖能力的芳香結構,大多數芳香類化合物的電離能比聚乙烯聚合物分子鏈的鍵能低,在高電場的作用下,芳香類化合物將首先與高能電子結合發生電離,削弱了注入電子的能量,減弱電子對聚乙烯分子鏈的沖擊,發生電離的芳香類化合物與電子發生作用轉化成相對無害的形式將能量釋放,并被還原成初始狀態,具有無消耗性[30-31]。此外,芳香類化合物還可以和已發生電離的聚乙烯大分子鏈反應,對已電離的分子鏈具有修復作用,防止分子鏈破壞的進一步發展,從而抑制了電樹枝的引發。HOMO-LUMO能級(Eg)是衡量一個分子是否容易被激發的參數,能級越小,分子越容易被激發。利用GAUSSIAN 09程序在B3LYP/6-311+G(d,p)水平下,對本文的3種電壓穩定劑進行量子化學計算分析發現,間氨基苯硼酸的Eg為4.97 eV,2-甲氧基-5-吡啶硼酸的Eg為5.71 eV,間氨基苯甲酸的Eg為4.60 eV。3種電壓穩定劑中間氨基苯甲酸的Eg最小,表明間氨基苯甲酸最容易與高能電子結合發生電離,具有最強的高能電子緩沖能力,抑制其對聚乙烯鏈的撞擊作用,減少高分子鏈的斷裂,從而具有最佳的電樹枝引發抑制效果,而間氨基苯硼酸的電樹枝抑制引發效果好于2-甲氧基-5-吡啶硼酸,這與電樹枝引發的實驗結果是一致的。

4 結 論

(1)物理化學分析結果表明,溶液法制備材料后,添加間氨基苯硼酸、2-甲氧基-5-吡啶硼酸和間氨基苯甲酸3種新型電壓穩定劑到LDPE/HDPE共混物中,LDPE/HDPE共混能夠明顯提高聚乙烯的熱穩定性,間氨基苯甲酸改性后共混物的熱穩定性更加優越,3種電壓穩定劑對共混物的熔融特性影響不大。

(2)添加了電壓穩定劑后,共混物的特征起樹電壓均明顯提高,間氨基苯甲酸共混物的特征起樹電壓比LDPE/HDPE共混物提高了47%,具有最佳的電樹枝引發抑制作用;聚乙烯及其共混物的電導率隨著外施電場的增加而增加,添加電壓穩定劑的對共混物的電導率具有明顯作用,在不同溫度和場強下,間氨基苯甲酸共混物的電導率最低;共混物中的空間電荷積累均得到明顯的抑制,間氨基苯硼酸對共混物具有最佳的空間電荷積累抑制作用。

(3)陷阱能級和視在遷移率理論計算表明,添加了電壓穩定劑后,LDPE/HDPE共混物陷阱能級減小,陷阱密度增大,視在電荷遷移率增加,從而有效抑制了共混物中空間電荷的積累。添加的3種新型電壓穩定劑都具有高電子緩沖能力的芳香結構,可以與高能電子結合發生電離,緩沖電子對聚乙烯分子鏈的撞擊,抑制電樹枝的引發。間氨基苯甲酸HOMO-LUMO能級最小,最容易與高能電子結合發生電離,抑制電樹枝引發的效果最好,與實驗結果一致。

(4)綜合實驗結果,添加了間氨基苯甲酸的聚乙烯共混物具有最高電樹枝起始電壓及最低的直流電導率,同時也具有較好的空間電荷抑制效果。添加間氨基苯硼酸可得到最少的空間電荷積累,同時也具有較高的電樹枝起始電壓。推薦將間氨基苯硼酸和間氨基苯甲酸作為電壓穩定劑添加入聚乙烯共混物中,開發新一代環保型電纜。