交联聚乙烯/有机蒙脱石纳米复合材料中相对水扩散系数与水树结构之间的相关性

《Polymer Engineering & Science》：Correlation Between Relative Water Diffusion Coefficient and Water Trees in Crosslinked Polyethylene/Organic Montmorillonite Nanocomposites

纳米复合材料水树抑制研究中，通过熔融共混制备XLPE/EEA/EVA/OMMT纳米复合材料，在25、60、90℃下进行加速老化实验，探究相容剂（EEA/EVA）和插层剂（OMMT）对水树生长的抑制效果。基于纳米复合材料微观结构演变和热力学行为，改进Sorrentino扩散模型，建立水相对扩散系数与水树生长的关联性，验证模型预测有效性。实验表明EVA相容剂抑制效果最优，插层剂作用较弱，温度升高导致OMMT层间作用减弱，水树生长加速。

　　

摘要

为了研究不同温度下纳米复合材料中水树（water-tree）的生长情况，研究人员通过熔融共混的方式制备了样品，将交联聚乙烯（XLPE）与相容剂（乙烯-丙烯酸共聚物[EEA]或乙烯-醋酸乙烯共聚物[EVA]）以及经过两种有机插层剂改性的有机蒙脱石（OMMT）混合在一起。在25°C、60°C和90°C下进行了加速水树老化实验，比较了相容剂和插层剂对水树生长的抑制效果，以揭示其生长机制。考虑到温度对纳米复合材料微观结构形态和热机械性能的影响，对Sorrentino模型进行了修改，使其能够将水的相对扩散系数与水树生长联系起来，从而更准确地预测纳米复合材料中的水树生长情况。实验结果表明，使用EVA作为相容剂的复合材料样品具有更强的水树生长抑制能力，而有机插层剂对水树生长的抑制效果较弱。XLPE/EVA/OMMT2复合材料具有优异的耐热性，并且对水树的抵抗力最强。随着温度的升高，晶体结构发生变化，OMMT的屏障效应减弱，水树生长速度加快。改进后的Sorrentino扩散模型能够利用微观结构参数有效预测不同温度下的水树生长情况。水的相对扩散系数与水树生长呈正相关，其预测结果与加速老化实验的结果一致。

图形摘要

高长径比的蒙脱石片层能够形成牢固的聚合物界面键，从而有效抑制水树的生长。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。