哈尔滨理工大学工学硕士学位论文
高压直流电缆绝缘材料用新型改性剂的
合成与改性机理研究
摘要
直流输电是新基建的重要组成部分，发展迅速，意义重大。直流输电电缆通
常采用聚乙烯作为绝缘介质。尽管聚乙烯是介电性能非常优秀的聚合物，仍具有
电导率温度敏感性强、空间电荷积聚等诸多固有问题，限制了高压直流电缆向更-
高电压等级的进一步发展。添加适当的改性剂可在很大程度改善上述不足。现有
的改性剂绝大部分是通过接枝解决改性剂小分子容易挥发的问题，预期目的尽管
实现，但是接枝副产物影响了改性效果。为了避免接枝副产物的不良影响，本文
通过增加分子中苯环含量来达到同样目的。
(1)α-
本文用苯酚、对苯二酚、二羟基二苯甲酮、二羟基二苯砜依次和溴代苯
乙酮反应，合成了四种改性产物。探索了最佳的合成条件和精制条件。对产物进
0.5%1.0%1.5%2.0%
行了红外表征。将四种改性剂分别按照、、、的质量比与聚乙
烯熔融共混，然后热压成样，进行低挥发特性、交流击穿、直流击穿、电导电流
和空间电荷的测试。
(2)测试结果表明：
低挥发特性方面，四种产物均有很大改善，初步满足要求。增加苯环含量明
显改善了产物的低挥发特性。
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交流电场下，种改性剂均可以有效提高样品交流击穿强度，总体趋势均为先
升高后变缓，形状因子总体变好。苯酚产物、对苯二酚产物、二羟基二苯甲酮产
22.3%23.3%29.3%15.7%
物、砜产物最大改善百分比依次为、、、。直流电场下，
苯酚产物提高了聚乙烯样品的直流击穿强度，最高为20.1%。对苯二酚产物、二羟
-37.8%-34.3%
基二苯甲酮产物、砜产物显著劣化了直流击穿强度，最大依次为、、
-55.7%。改性剂结构中的耗能基团和共轭结构在交流和直流电场下的行为存在明显
差异。两者的综合结果决定了产物的交流和直流击穿强度。
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改性剂总体上明显降低了聚乙烯电导的温度敏感性和场强敏感性。在℃下
基料的电导电流和场强关系符合富勒诺德汉姆公式，即其机理为场致发射，别的-
机理不占有主要地位。改性剂增大了场致发射电流的势垒，减少了电导电流。
苯酚产物、二羟基二苯甲酮产物和砜产物均改善了聚乙烯的空间电荷特性。
对苯二酚产物劣化了该性能，原因可能是对苯二酚活性太大，导致产物在电场下
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稳定性不足。改性剂的共轭结构改善了空间电荷。此外，改性剂在电场作用下，
尤其是长时间作用下具有良好的稳定性，是发挥作用的前提。
关键词聚乙烯；改性剂；苯乙酮；苯酚；共轭结构
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StudyonSynthesisandModificationMechanismof
NewModifiersforHigh-VoltageDCCablesInsulation