第一届电工材料与电力设备会议

随着高压直流输电技术的持续发展，可回收环保型电缆绝缘材料的研发日益受到重视。聚丙烯（PP）因其可回收性和良好的绝缘性能而受到广泛关注，但其固有的脆性限制了其在电缆绝缘中的直接应用。通过与聚烯烃弹性体（POE）共混，可有效改善PP的韧性，但POE的引入往往会劣化复合体系的介电性能，尤其在高温条件下表现更为明显。本研究旨在系统探究马来酸酐接枝型相容剂（PP-g-MAH与POE-g-MAH）种类及含量对PP/POE复合材料微观结构和不同温度下介电性能的影响机制，为开发可回收高压直流电缆绝缘材料提供理论依据。
采用熔融共混法制备了PP/POE基础复合材料，分别以5%和15%的质量比例将PP-g-MAH替代部分PP、POE-g-MAH替代部分POE。通过红外光谱、扫描电子显微镜和差示扫描量热法对材料的化学结构、相形态和结晶行为进行了表征，并且在20–60 ℃温度范围内系统测试了复合材料的直流击穿强度、空间电荷分布及陷阱特性。
结果表明，PP-g-MAH显著改善了POE在PP基体中的分散性，使平均分散相尺寸由2.13 μm降至0.98 μm，同时使复合材料结晶度提高了约3.5%。在60℃高温下，添加15% PP-g-MAH的复合材料展现出优异的介电性能：击穿场强保持在385.9 kV/mm，较纯PP/POE提高了54.5 kV/mm；空间电荷密度仅为2.21 C/m³，表现出显著的电荷抑制能力。陷阱特性分析显示，PP-g-MAH引入了深陷阱，能有效捕获注入电荷并抑制其迁移。相比之下，POE-g-MAH虽能细化POE分散相，但会抑制复合材料结晶、扩大无定形区并引入浅陷阱，导致其在60℃下空间电荷积累严重，击穿强度显著下降至307.2 kV/mm以下。本研究揭示了PP-g-MAH通过协同优化结晶结构与陷阱分布以提升复合材料高温介电性能的调控机制，为发展具有高温介电性能的可回收PP基电缆材料提供了可行途径。
 

直流电缆,聚丙烯复合材料,陷阱特性,空间电荷,击穿场强