擠壓式塑料絕緣電力電纜具有電學(xué)和力學(xué)特性優(yōu)異以及加工性能良好等優(yōu)點。隨著經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展，綠色環(huán)保、可回收利用的熱塑性材料是電纜絕緣發(fā)展的重要趨勢和必然要求。其中，具有較好機械強度、耐熱性和電絕緣性能的熱塑性材料聚丙烯（Polypropylene，PP）逐漸受到人們的青睞。

早在2002年，K. Kurahashi等研究者以間規(guī)聚丙烯（Syndiotactic Polypropylene，SPP）為主絕緣，并添加聚乙烯（Polyethylene, PE）與抗氧化劑共混制成世界上首例0.6kV和22kV聚丙烯電纜，研究發(fā)現(xiàn)交流擊穿強度和介質(zhì)損耗可滿足實際應(yīng)用的要求。

但聚丙烯材料本身也有一些缺點，如低溫韌性差，不能直接用于電纜主絕緣，因此需在PP中添加適量彈性體（如苯乙烯嵌段共聚物（Styrene-Ethylene/ Butylene-Styrene triblock copolymer，SEBS）或乙烯-辛烯共聚物POE等）以改善其韌性，Changji Zheng等以等規(guī)均聚聚丙烯（Isotactic Polypropylene, IPP）和彈性體共混，研究發(fā)現(xiàn)共混物柔性增加，SEBS的摻入使得共混材料的擊穿強度較PP出現(xiàn)不同程度的下降，其中SEBS組分為質(zhì)量分數(shù)為25%的共混材料幾乎保留了純PP的耐電強度。在未來，聚丙烯極有可能作為電力電纜的主絕緣而得到更為廣泛的應(yīng)用。

從20世紀60年代起，電力電纜絕緣的水樹枝老化現(xiàn)象逐漸引起了人們的注意。在潮濕環(huán)境中，電力電纜的絕緣在交變電場的作用下會逐漸吸收水分并形成水樹枝結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象在中壓電力電纜中尤其普遍。水樹枝的存在不僅會造成電力電纜絕緣機械與介電性能劣化，同時有可能發(fā)展成電樹枝結(jié)構(gòu)，從而極大地影響電力電纜的使用壽命和運行可靠性。

為了有效提高絕緣的抗水樹性能，學(xué)者們采用修復(fù)液注入技術(shù)以及無機納米粒子來抑制或減緩絕緣中的水樹枝老化現(xiàn)象。但是目前對水樹枝老化現(xiàn)象的研究對象均為半結(jié)晶性聚合物PE或交聯(lián)聚乙烯（Cross-Linked Polyethylene, XLPE），已有研究報道，具有高結(jié)晶度聚合物材料不易產(chǎn)生水樹枝老化現(xiàn)象，但是高結(jié)晶度的聚丙烯與非結(jié)晶的彈性體共混材料耐水樹枝老化現(xiàn)象尚無報道。因此，本文研究聚丙烯與彈性體共混的絕緣材料抗水樹性能，并為其進一步的工程應(yīng)用提供基礎(chǔ)性能信息。

本文采用熔融共混法制備了SEBS/PP復(fù)合材料，并利用水刀電極法比較了其與傳統(tǒng)電力電纜選用的熱塑性材料低密度聚乙烯（Low-density Polyethylene, LDPE）的抗水樹特性。

其中，PP材料選擇目前研究最為廣泛的IPP，而彈性體選擇SEBS是由于其有一定的介電強度，可以獲得具備優(yōu)良的電氣性能的復(fù)合材料，更貼近于實際工程應(yīng)用。同時，本文還在結(jié)晶特性和力學(xué)特性上對兩種材料體系進行了研究，以分析造成兩者在抗水樹性能上存在差異的原因。

圖1 水樹枝形貌觀測結(jié)果

圖2 SEM觀測下SEBS在PP中的分散形態(tài)

圖5 水樹枝的電-機械應(yīng)力生長機理示意圖

結(jié)論

本文采用水刀電極水法比較了SEBS/PP復(fù)合材料和LDPE的抗水樹枝老化能力，并通過結(jié)晶特性與力學(xué)特性實驗，分析了造成兩種材料體系在抗水樹性能上差異的原因。

1）高結(jié)晶度的PP和非結(jié)晶的彈性體SEBS兩種材料本身具有極強的抗水樹生長能力。PP和SEBS共混后雖然抗水樹性能降低，但仍優(yōu)于LDPE。

2）SEBS與PP共混后，非結(jié)晶的SEBS以“島”相分布于結(jié)晶形態(tài)的PP“海”相中。SEBS的加入雖然對PP相的結(jié)晶度和結(jié)晶融化溫度影響較小，但PP相的球晶邊界變模糊，片晶變細、變短，形成更多片晶間非晶特質(zhì)，增大了水樹枝的生長空間。

3）SEBS的存在增強了PP片晶間的活動性，使微水珠更容易在不均勻電場作用下破壞材料形成水樹枝通道。SEBS/PP復(fù)合材料較小的α損耗峰值和較高的屈服強度是其抗水樹性能優(yōu)于LDPE的重要原因。