抗氧剂接枝改性XLPE水树枝老化特性研究
摘要
水树枝老化是影响中压电力电缆长期安全可靠运行的主要原因之一，无外
护套的电缆在潮湿环境下容易生成水树枝，随着水树枝生长，水树枝尖端的电
场集中，局部高场强导致水树枝最终转化为电树枝使电缆绝缘击穿，因此研制
XLPE
耐水树性能优异的交联聚乙烯（）绝缘材料对电力系统的稳定运行具有重
要意义。
本文首先制备了抗氧剂3052接枝XLPE绝缘材料，通过红外光谱、热延伸、
凝胶含量、结晶特性、拉伸、静态水接触角等表征以及XLPE-g-3052/HO二元
2
系统相容性仿真计算研究抗氧剂3052接枝对XLPE材料微观结构和亲疏水性的
影响，采用水刀电极法进行加速水树枝老化实验，发现接枝抗氧剂3052可以提
XLPE730521.0phr
高材料的耐水树性能，加压天时含量为时材料水树枝长
度为149μm，较纯XLPE下降了23.6%。结合表征实验结果与仿真计算探讨了
抗氧剂3052接枝改善XLPE耐水树性能的机理。抗氧剂3052接枝提高了XLPE
材料的结晶度与亲水性，材料晶区面积增大，片晶之间结构更紧密，减少材料
中缺陷及水分子的侵入，同时极性基团可以有效吸附材料内部的水分子，阻止
其团聚形成微水珠，从而提高了材料抑制水树枝的引发与生长的能力。通过介
电频谱、交流击穿实验研究抗氧剂3052接枝对XLPE介电性能的影响，发现接
枝抗氧剂3052后XLPE材料的介电损耗增加，且随接枝量的增加，介质损耗因
数增大，抗氧剂3052含量为1.0phr时材料不满足电缆绝缘材料要求，接枝抗
氧剂3052可提高XLPE材料较高温度时的交流击穿强度。
其次，根据抗氧剂3052接枝XLPE的综合性能优选出抗氧剂含量为0.5phr，
选择耐氧化性能更好的抗氧剂MC制备出抗氧剂MC接枝改性XLPE材料，对
其进行表征、相容性计算以及水树枝老化实验，发现抗氧剂MC接枝XLPE材
料比XLPE-g-3052材料具有更高的结晶度、更强的亲水性以及更好的耐热氧老
-XLPE
化性，可以从电机械应力和电化学氧化破坏两个方向提高材料的耐水树
性能，因此XLPE-g-MC绝缘材料比XLPE-g-3052材料的耐水树枝老化性能更
7127μmXLPE-g-MC
加优异，加压水树老化天时水树枝长度仅。同时材料的
弹性模量更大，应变硬化现象更明显，介质损耗角正切值也更低，接枝抗氧剂
-I-
MC的交流击穿强度稍低于纯XLPE材料，抗氧剂MC接枝对XLPE的介电性
能影响不大。
关键词交联聚乙烯；接枝；抗氧剂；耐水树
-II-
ResearchonWaterTreeResistanceofCrosslinked
PolyethyleneGraftedwithAntioxidant
Abstract
Watertreeagingisoneofthemainreasonsthataffectthelong-termsafeand
reliableoperationofmedium-voltagepowercables.Cableswi