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【精彩论文】交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系
观点凝练
摘要：为研究交联聚乙烯（cross-linked polyethylene，XLPE）绝缘材料的热分解活化能、电气特性和力学特性随热老化程度变化的规律，对交流电力电缆绝缘用XLPE材料在110 ℃下开展加速热老化实验。采用热失重（thermogravimtric analyzer, TGA）测试手段，对XLPE在20~600 ℃的热分解行为进行研究；采用交流击穿测试、宽频介电谱测试及体积电阻率测试，研究老化后XLPE试样的电气特性；采用拉伸实验测试，研究老化后XLPE试样的力学特性。结果表明：热老化使得XLPE的交联结构和结晶状态被破坏，XLPE活化能呈减小趋势。由于氧化反应快速进行，使得XLPE分子链发生断裂，交联结构变弱，导致XLPE绝缘材料严重劣化，其活化能、击穿强度、体积电阻率、弹性模量和断裂伸长率随老化时间增长呈下降趋势，而介电常数、介电损耗和电导率呈增加趋势。
结论：（1）XLPE在热老化过程中活化能随着老化程度的加深而下降。经过110 ℃的热老化后，XLPE的交联结构被破坏，材料发生热裂解反应，活化能呈明显的减小趋势。
（2）在热老化过程中将XLPE分子链结构降解，使其晶区被破坏且交联结构变弱，XLPE的击穿强度下降。XLPE在制作过程中本身存在的陷阱也会导致样品被击穿。热老化过程中会生成羰基类极性基团，在本征解离的作用下，产生导电离子。导电离子的存在和交联结构变弱使得自由体积变大，离子迁移率增加，XLPE的导电性逐渐增大。因此，随着老化时间的增加，体积电阻率显著下降，介电常数、介电损耗和电导率都增加。
（3）初始XLPE的弹性模量、屈服应力及断裂强度都很高，断裂伸长率也很大，材料韧性很好，属于硬而韧型材料。随着老化程度的加深，XLPE弹性模量逐步变小，断裂伸长率急剧下降，说明XLPE老化情况严重，材料变硬变脆。
引文信息
赵莉华, 杨兰, 李巍巍, 等. 交联聚乙烯热老化与绝缘性能的关联关系[J]. 中国电力, 2020, 53(9): 118-124.ZHAO Lihua, YANG Lan, LI Weiwei, et al. Relationship between thermal aging and insulation properties of xlpe[J]. Electric Power, 2020, 53(9): 118-124.往期回顾
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编辑：杨彪
审核：方彤
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