對絕緣材料高壓擊穿試驗機討論（ZJC-50KV）

1前言

隨著電力工業的發展，對電氣絕緣材料的要求越來越高。高絕緣擊穿電壓，耐高溫絕緣材料一直是本行業科技工作者努力的目標。

低密度聚乙烯（LDPE）由于具有較好的電氣和機械性能而廣泛應用于制作高電壓電力電纜等的絕緣材料。表1列出了常用于電纜的幾種主絕緣材料的主要性能指標，可以看出聚乙烯和經過交聯的聚乙烯具有明顯的*性。

然而，聚乙烯的絕緣擊穿電壓隨溫度升高下降很快。圖1顯示了聚乙烯薄膜在30℃～90℃范圍內的直流和沖擊電壓擊穿電壓強度。電力電纜在系統故障中，有可能在極短的時間內達到高溫，因此，改善絕緣材料在高溫條件下的絕緣擊穿電壓具有極其重要的現實意義。

聚丙烯具有較高的熔點和較好的高溫電氣性能，但是其機械性能不適合制作擠出型電纜，特別是長度較長的電纜。在本研究中，我們在聚乙烯中添加了5％～10％的聚乙烯－丙烯共聚物（EP），以提高高溫電壓強度，而又不降低機械性能。

2試驗

2．1樣品

在本研究中使用的聚乙烯由高壓法制成，不含任何添加劑。共聚物由丙烯和4．5％的乙烯共聚而成。采用擠出法將樹脂制成25μm厚的薄膜。試驗中使用的四種樣品的組成、密度、熔點等列在表2中。

2．2試驗裝置

用于絕緣擊穿電壓測試的樣品，首先真空蒸鍍金電極（見圖2），然后將樣品放在球－板電極間浸于硅油中，硅油的溫度可以控制在20℃～100℃范圍內，測量沖擊電壓擊穿電壓強度時采用2．6GV／s的升壓速度。另外，本研究中還用偏光顯微鏡，偏光紅外光譜等手段對樣品進行了分析。

3試驗結果及討論

3．1沖擊電壓擊穿電壓強度

圖3示出了四種樣品的沖擊電壓擊穿電壓強度與溫度的關系。在30℃和60℃時，四種樣品的沖擊電壓擊穿電壓強度沒有顯著差異。但在90℃時，沖擊電壓擊穿電壓強度隨著聚丙烯共聚物含量的增加而提高，純聚丙烯共聚物具有最高的沖擊擊穿電壓強度，聚乙烯的沖擊擊穿電壓強度低，而添加了10％聚乙烯－丙烯共聚物后其90℃的沖擊電壓擊穿電壓強度比純聚乙烯要高約10％。

3．2高次結構

圖4示出了純聚乙烯（T－0）和添加了10％聚乙烯－丙烯共聚物（T－10）的偏光顯微鏡照片。從中可

以看出，通過與聚乙烯－丙烯共聚物共混，使高次結構發生了改變。表現在：第一，T－10具有較小的球晶；第二，相對于T－0近似球狀的球晶，T－10的球晶形狀略呈橢球形，而其長軸平行于樣品的拉伸方向（MD）。這一點顯示T－10沿拉伸方向的取向程度要強于T－0。為了驗證這一觀點，進行了進一步實驗。圖5示出了樣品在100℃的熱收縮率（樣品的拉伸方向）與聚乙烯－丙烯共聚物含量的關系，隨著聚乙烯－丙烯共聚物含量的增加，熱收縮率也顯著增加。高分子材料在拉伸時會發生分子鏈一定程度的取向，而當溫度上升超過軟化點時，伸長的分子鏈會趨向于收縮。因此，熱收縮率是表征樣品取向程度的方法之一，所以，這一結果與偏光顯微鏡的觀察結果是一致的。

3．3電氣性能與高次結構的關系

高分子絕緣材料的電氣性能與高次結構具有緊密的聯系，從圖4和圖5可以知道，通過與聚乙烯－丙烯共聚物共混，使高次結構發生了變化，與聚乙烯相比表現在球晶尺寸減小和取向度增加，而這些都曾被報道有利于提高絕緣擊穿電壓。沖擊電壓擊穿電壓強度試驗結果和高次結構的試驗結果是一致的。

4結論

在研究了聚乙烯與聚乙烯--丙烯共聚物的共混物的沖擊電壓擊穿電壓強度和高次結構之后，得到的主要結論如下：

（1）通過共混可以改善90℃下的沖擊電壓擊穿電壓強度。添加10％聚乙烯－丙烯共聚物后的90℃沖擊電壓擊穿電壓強度比純聚乙烯高約10％。

（2）通過共混，球晶尺寸減小，沿拉伸方向的取向度增大，而這些變化有可能是導致沖擊電壓擊穿電壓強度提高的原因。