冷却速率对高压直流（HVDC）用随机共聚物聚丙烯结晶形态和电性能的影响

《Macromolecular Chemistry and Physics》：Effects of Cooling Rate on the Crystallization Morphology and Electrical Properties of Random Copolymer Polypropylene for HVDC

本研究系统考察了熔融加工冷却速率（10、20、30°C/min）对聚丙烯（PP）绝缘材料结晶结构及电气性能的影响。结果表明，快速冷却抑制球晶形成（结晶度44%-52%），使体积电阻率提升450%（4.11×103?→2.26×101?Ω·m），直流击穿强度提高21.4%（224→272kV/mm），但高温下空间电荷积累源于快速结晶导致的晶格缺陷，证实了冷却速率优化对提升PP电气性能同时保持可回收性的可行性。

　　

摘要

聚丙烯（PP）作为一种可回收的热塑性材料，在高压直流（HVDC）电缆绝缘领域受到了广泛关注，有望替代传统的交联聚乙烯（XLPE）。本研究系统地探讨了熔融加工过程中冷却速率（10、20和30°C/min）对PP绝缘材料晶体结构和电气性能的影响。通过偏振光学显微镜、X射线衍射和差示扫描量热法等综合表征手段，研究结果表明：较高的冷却速率能有效抑制球晶的形成，使球晶平均直径减小，并使结晶度从52%降低到44%。这些结构变化使得体积电阻率提高了450%，从4.11 × 10¹³ Ω·m增加到2.26 × 10¹⁴ Ω·m；在70°C条件下测得的直流击穿强度也从224 kV/mm提高到了272 kV/mm，提高了21.4%。然而，空间电荷测量结果显示在高温下仍存在空间电荷积累现象，我们认为这是由于快速结晶引起的晶格缺陷所致。研究结果建立了加工条件-结构-性能之间的定量关系，表明通过控制冷却速率可以显著提升PP在HVDC应用中的电气性能，同时保持其相对于XLPE的可回收性优势。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据获取声明

支持本研究结果的数据可向通讯作者索取。