聚丙烯电缆绝缘材料中空间电荷和电导的温度稳定性研究
编号:47 访问权限:仅限参会人 更新:2026-03-26 15:21:31 浏览:38次 口头报告

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摘要
随着全球能源结构转型与“双碳”目标的推进,高压电缆对环保绝缘材料的需求迫切,聚丙烯因可回收特性成为替代传统交联聚乙烯的潜在绝缘料,但其空间电荷和电导率的温度稳定性尚未得到深入研究。本文以聚丙烯电缆用绝缘为研究对象,制备了不同老化状态的聚丙烯绝缘片,检测了30℃、50℃、70℃温度下绝缘片在1-80 kV/mm极化电场下的空间电荷和高场电导响应,分析了聚丙烯绝缘空间电荷和电导的温度稳定性,最后结合傅里叶变换红外光谱与差示扫描量热分析谱等理化测试,分析了微观结构与宏观电性能的关联机制。
研究结果表明,聚丙烯在1-80 kV/mm电场下空间电荷以同极性分布为主,且随温度上升,空间电荷的密度和分布深度均增大,导致内部电场分布的均匀性下降。聚丙烯电场畸变率与温度关联性较低,在低电场下,电场畸变率随温度升高先变低后升高;在高场下,畸变率随温度升高有微量上升。聚丙烯的去感应空间电荷密度曲线与J-E曲线均存在拐点,且两者的拐点阈值电场数值相近,随温度变化趋势相似,表明聚丙烯试样中的空间电荷分布和电导特性具有关联性。聚丙烯试样的电导机理受温度、极化电场和老化时间影响,在中低电场下以Schottky效应和Poole-Frenkel效应为主,高温、高电场下电导机理转变为跳跃电导机理。
随热老化时间变长,聚丙烯分子链断裂,试样中出现羟基、羧基等氧化生成的官能团且含量逐渐增大。老化50h后,聚丙烯材料熔点和结晶度等性质有一定的提升;老化100h,材料熔点几乎不变,结晶度下降。老化后聚丙烯的空间电荷密度和电荷分布深度均随温度升高而增加。对空间电荷进行去感应电荷处理,获得去感应电荷的空间电荷密度,其拐点阈值电场和电流密度的拐点阈值电场随温度增长的变化趋势相同,出现了明显的相关性。随老化时长加长,聚丙烯的电导温度自敏感系数峰值降低,但峰值对应的极化电场有较大差异,表明电导的温度稳定性与极化电场关联性强,且具有分散性。老化后聚丙烯的电导机理在高温高场发生了转变,与未老化聚丙烯的电导机理随温度的变化情况相似。
关键词
聚丙烯,空间电荷,电导率,温度稳定性,阈值电场,热老化
报告人
郭玥彤
研究生 上海交通大学

稿件作者
郭玥彤 上海交通大学
吴建东 上海交通大学
尹毅 上海交通大学
王俏华 上海交通大学
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  • 03月16日 2026

    初稿截稿日期

主办单位
中国电工技术学会工程电介质专业委员会
承办单位
西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室
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