引言

       目前，工業(yè)上多使用過氧化物交聯(lián)劑來交聯(lián)聚乙烯，過氧化物交聯(lián)聚乙烯的過程機理已經(jīng)在本文第一章中介紹交聯(lián)聚乙烯的部分進行了詳細的描述。而在過氧化物交聯(lián)聚乙烯的應用中，廣泛使用的是過氧化二異丙苯（DCP），因為 DCP

的分解溫度低于聚乙烯基體的降解溫度，從而避免了聚乙烯交聯(lián)過程中降解的情況，并且能夠有效地防止交聯(lián)聚乙烯的預交聯(lián)現(xiàn)象。

        使用 DCP 作為交聯(lián)劑的交聯(lián)聚乙烯熱固性塑料一般都有一些氣味，尤其是DCP 交聯(lián)過程氣味較重，而且這種氣味會持續(xù)很久，直到交聯(lián)聚乙烯塑料老化后，失去使用價值時仍有氣味。DCP 是一種二枯基過氧化物，藥品本身是無色、無味、透明的晶體，但是 DCP 分解后的小分子產(chǎn)物主要有苯乙酮，這種產(chǎn)物不易揮發(fā)，有臭味，因此使得產(chǎn)品帶有很強烈的刺激氣味，污染環(huán)境，對人體有害。另外，DCP 的交聯(lián)效果一般，在交聯(lián)聚乙烯的過程中 DCP 的使用量一般在 1％到 3％之間，這就使得它的用量比較大，成本提高，并且容易造成與交聯(lián)聚乙烯基體材料混合不均勻，交聯(lián)度不均勻的現(xiàn)象，從而影響塑料制品的力學性能和電性能穩(wěn)定性。

不同交聯(lián)劑交聯(lián)聚乙烯直流擊穿場強的測試

        使用中航時代的ZJC-100kV 型電壓擊穿試驗儀來分別測量 DCP 交聯(lián)的 XLPE 以及 BIPB 所交聯(lián) XLPE 的直流擊穿場強。在此實驗中，使用兩個直徑 200mm 的圓形銅電極作為高壓電極和接地電極，以硅油為介質(zhì)。硅油作為介質(zhì)的作用是防止氣泡的形成，使得所測量的最終擊穿場強是絕緣材料的擊穿場強而不是空氣的擊穿場強。用計算機程序控制以 1kV/s 的線性速率升高電壓，直到所測試試片發(fā)生擊穿現(xiàn)象為止，此時記錄電壓數(shù)據(jù)以得出 XLPE 絕緣材料的擊穿電壓。總共包括了 13 個試片，分別是純 LDPE、XLPE/0.5 wt ％ DCP、XLPE/1.0 wt ％ DCP、XLPE/1.5 wt ％ DCP、XLPE/2.0 wt ％ DCP、XLPE/2.5 wt ％ DCP、XLPE/3.0wt ％ DCP、XLPE/0.3 wt ％ BIPB、XLPE/0.6 wt ％ BIPB、XLPE/0.9 wt ％BIPB、XLPE/1.2 wt ％ BIPB、XLPE/1.5 wt ％ BIPB、XLPE/1.8 wt ％ BIPB。每個試片至少進行十次直流電壓擊穿試驗，由擊穿電壓與試樣的厚度求得試樣的擊穿場強，并通過 Weibull 統(tǒng)計分布對擊穿場強實驗數(shù)據(jù)進行處理和分析。

交聯(lián)度對交聯(lián)聚乙烯擊穿性能的影響

         對未經(jīng)交聯(lián)過程的線性低密度聚乙烯試樣、六個不同含量的 DCP 交聯(lián)的交聯(lián)聚乙烯試樣以及六個不同含量的 BIPB 交聯(lián)的交聯(lián)聚乙烯試樣進行的直流電壓擊穿試驗結(jié)果如圖 2-3 所示。圖 2-3a 是未經(jīng)交聯(lián)過程的線性低密度聚乙烯試樣與六個不同含量的 DCP 交聯(lián)的交聯(lián)聚乙烯試樣的直流擊穿場強的 Weibull 分布圖，圖2-3b 是未經(jīng)交聯(lián)過程的線性低密度聚乙烯試樣與六個不同含量的 BIPB 交聯(lián)的交聯(lián)聚乙烯試樣的直流擊穿場強的 Weibull 分布圖。

        由圖 2-3a 可知，未經(jīng)過交聯(lián)的線性低密度聚乙烯試樣的直流擊穿場強在 130kV/mm 左右，而經(jīng)過交聯(lián)劑 DCP 交聯(lián)的交聯(lián)聚乙烯試樣的直流擊穿場強普遍大于未交聯(lián)的試樣，即使當交聯(lián)聚乙烯中 DCP 的含量僅為 0.5 wt ％時，試樣的直流擊穿場強也增至 150 kV/mm 左右，數(shù)值較未經(jīng)過交聯(lián)的線性低密度聚乙烯試樣的提高了 20 kV/mm。并且隨著交聯(lián)劑 DCP 含量的增加，試樣的直流擊穿場強也在不斷增大，當 DCP 含量為 1.0 wt ％時，試樣的直流擊穿場強大約為 160 kV/mm；當 DCP 含量為 1.5 wt ％時，試樣的直流擊穿場強大約為 180 kV/mm；當 DCP 含量為 2.0 wt ％時，試樣的直流擊穿場強大約為 205 kV/mm。當 DCP 含量繼續(xù)增加至 2.5 wt ％時，試樣的直流擊穿場強達到了最大值的 230 kV/mm，但是當 DCP含量繼續(xù)增加至 3.0 wt ％時，試樣的直流擊穿場強反而下降至 215 kV/mm。

        通過分析圖 2-3b，我們可以發(fā)現(xiàn)同上一樣的規(guī)律，但是 BIPB 所交聯(lián)的交聯(lián)聚乙烯試樣與 DCP 所交聯(lián)的交聯(lián)聚乙烯試樣不同的是在 BIPB 含量為 1.5 wt ％時，試樣的直流擊穿場強達到了 245 kV/mm，其數(shù)值上比 DCP 含量為 2.5 wt ％

試樣的直流擊穿場強大 15 kV/mm 左右。

        通過將圖 2-3 直流擊穿場強所示數(shù)據(jù)與圖 2-2 交聯(lián)劑含量與交聯(lián)度的關系結(jié)合在一起，我們可以發(fā)現(xiàn)。隨著交聯(lián)聚乙烯試樣交聯(lián)度的提高，試樣的直流擊穿場強也在不斷增大，并且其變化規(guī)律與交聯(lián)度一致。當試樣中 DCP 含量為 2.5wt ％與 BIPB 含量為 2.5 wt ％時，交聯(lián)聚乙烯達到了最大交聯(lián)度，并且在此時，試樣的直流擊穿場強也達到了最大值。這是因為過氧化物的交聯(lián)過程使得低密度聚乙烯通過分子鏈之間的交聯(lián)由線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而大大提高了它的介電性能和擊穿場強。而當過氧化物含量過多的情況下，過氧化物分解產(chǎn)生自由基無法引發(fā)鏈反應而殘留在試樣中，并且交聯(lián)之后會產(chǎn)生過多的交聯(lián)副產(chǎn)物，包括苯乙酮、α-乙烯與苯甲醇等，這些物質(zhì)會在一定程度上影響試樣的擊穿場強。在值得注意的是，在試樣到達最大交聯(lián)度的基礎上，BIPB 所交聯(lián)的交聯(lián)聚乙烯試樣的直流擊穿電壓要大于 DCP 所交聯(lián)的交聯(lián)聚乙烯試樣的直流擊穿電壓，這是因為 BIPB 交聯(lián)劑交聯(lián)效率高、用量少并且副產(chǎn)物含量少的原

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