高压电缆绝缘用可交联聚乙烯结构、性能及交联过程的研究

论文摘要

论文概述了电力电缆的种类及特点、交联聚乙烯绝缘电缆料的优势、国内外现状及发展趋势、聚乙烯的不同交联工艺、交联机理、交联配方及交联动力学的相关知识;系统分析了两种商业化绝缘电缆料的结构参数及完全交联后试样的热性能、拉伸性能、凝胶含量及交联密度;研究了聚乙烯交联过程的流变行为,考察交联温度及交联时间对交联结构的影响,以建立结构-性能关系。选择两种国产低密度聚乙烯（PE-1,PE-2）作为基础树脂,通过配方筛选和工艺优化制备可交联聚乙烯（XLPE）;比较了不同基础树脂的结构参数,考察了交联剂（DCP）的含量对完全交联后试样的热性能、拉伸性能、凝胶含量及交联密度的影响;随着交联剂含量的增加,凝胶含量及交联密度增加,熔融温度、结晶温度及结晶度降低,拉伸强度增大,断裂伸长率减小。2份交联剂含量的试样的综合性能与两种商业化的电缆料的性能接近。采用稳态流变学方法研究不同加工温度下交联反应对不同配方试样流动性的影响;采用动态流变学方法研究试样在不同温度下交联过程的流变行为,考察不同配方试样化学交联过程中结构演化与线性粘弹行为的关系;根据橡胶弹性理论,尝试利用完全交联试样的频率扫描末端区的动态储能模量（G′）计算体系交联点之间的平均分子量（Mc）,并与用常规的平衡溶胀法测得的Mc相比较;探索用流变学方法研究聚乙烯交联过程结构演化的新方法。采用动态流变学方法及DSC测试法研究不同配方试样的交联动力学特征,经计算,得到体系交联活化能在140 kJ/mol-170 kJ/mol之间,其反应趋于一级反应;同时考察了振荡剪切频率、预剪切对交联活化能的影响。根据交联不同时间下试样的红外谱图,分析不同牌号LDPE基础树脂中,不同种类双键的含量在交联过程中的变化,从而推断双键对聚乙烯交联的贡献,以指导基础树脂的结构设计,为交联聚乙烯电缆绝缘料的生产提供理论指导和实验基础。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 电力电缆的种类及其优缺点
• 1.1.1 电力电缆的种类
• 1.1.2 各种电力电缆的特点
• 1.2 交联聚乙烯的优良险能及在高压绝缘电缆料中的应用
• 1.3 交联聚乙烯的制备方法
• 1.3.1 过氧化物交联
• 1.3.2 硅烷交联
• 1.3.3 辐照交联
• 1.3.4 紫外光交联
• 1.3.5 交联机理
• 1.4 主要原料及添加剂
• 1.4.1 聚乙烯树脂
• 1.4.2 自由基引发剂
• 1.4.3 抗氧剂
• 1.5 国内外电力电缆及电缆料的现状与发展
• 1.5.1 国外现状
• 1.5.2 国内现状
• 1.5.3 发展趋势
• 1.6 流变学及交联动力学相关研究
• 1.7 课题的提出及研究内容
• 2 两种商业化绝缘电缆料的结构分析
• 2.1 实验原料
• 2.2 试样制备及表征
• 2.2.1 试样基础树脂的提取
• 2.2.2 热性能测试
• 2.2.3 力学性能测试
• 2.2.4 交联不同时间的试样制备
• 2.2.5 凝胶含量及交联密度的测定
• 2.2.6 流变试样制备及流变行为测试
• 2.3 实验结果及讨论
• 2.3.1 试样基础树脂的分子量及分子量分布
• 2.3.2 热性能
• 2.3.3 力学性能
• 2.3.4 凝胶含量及交联密度
• 2.3.5 交联时间对试样凝胶含量及交联密度的影响
• 2.3.6 流变行为
• 2.3.7 流变学方法测试交联密度
• 2.4 小结
• 3 可交联聚乙烯的制备及性能研究
• 3.1 实验原料
• 3.2 试样制备及表征
• 3.2.1 配方制备
• 3.2.2 热性能测试
• 3.2.3 力学性能测试
• 3.2.4 不同温度下交联不同时间的试样制备
• 3.2.5 凝胶含量及交联密度的测定
• 3.2.6 流变试样制备及流变行为测试
• 3.3 实验结果及讨论
• 3.3.1 基础树脂的分子量及分子量分布
• 3.3.2 热性能
• 3.3.3 力学性能
• 3.3.4 凝胶含量与交联密度
• 3.3.5 流变行为
• 3.3.6 流变学方法测定交联密度
• 3.4 小结
• 4 聚乙烯交联过程的动力学研究
• 4.1 实验原料
• 4.2 试样制备及表征
• 4.2.1 动态流变测试
• 4.2.2 DSC测试
• 4.2.3 双键在交联过程中的变化
• 4.3 实验结果及讨论
• 4.3.1 动态时间扫描
• 4.3.2 DSC测试
• 4.3.3 交联反应动力学研究
• 4.3.4 交联过程中双键的变化
• 4.4 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 作者简历