鞏俊強(qiáng)，章彬，徐曙，張成巍，展云鵬，陳宇奇，侯帥，惠寶軍，朱聞博

（1. 深圳供電局有限公司，廣東 深圳 5180001；2. 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院，廣州 510663）

0 引言

交聯(lián)聚乙烯（cross-linked polyethylene，XLPE）絕緣電纜從20 世紀(jì)60 年代開始被應(yīng)用至今已有50多年的歷史。在交流電纜輸電工程中由于XLPE 絕緣電纜的電氣性能和耐熱性能優(yōu)良并且具有良好的機(jī)械特性，便于安裝，目前已經(jīng)被大量推廣［1］。交聯(lián)聚乙烯（XLPE）由聚乙烯樹脂經(jīng)交聯(lián)反應(yīng)制得。交聯(lián)反應(yīng)使得長鏈聚乙烯分子以共價(jià)鍵的形式結(jié)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有體型分子的性質(zhì)［2］。研究表明在一定范圍內(nèi)XLPE 的長期使用溫度和機(jī)械性能隨交聯(lián)度的提高即三維網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)的完善而增強(qiáng)［3］，也是這一性能改善使其成為了被廣泛使用的電纜主絕緣材料。

目前，可交聯(lián)聚乙烯料涵蓋從低壓6 kV 到高壓500 kV 擠包絕緣電纜的關(guān)鍵材料［4-5］。關(guān)于可交聯(lián)聚乙烯電纜料性能的研究近20 年來也呈井噴式發(fā)展。但在電纜絕緣用可交聯(lián)聚乙烯粒料的研究過程中，從未關(guān)注過可交聯(lián)聚乙烯粒料在實(shí)驗(yàn)室擱置環(huán)節(jié)中性能可能發(fā)生的變化對后期制樣及測量結(jié)果的影響。研究機(jī)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)室在獲取待測可交聯(lián)粒料后通常由于研究周期較長可交聯(lián)聚乙烯粒料在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可能存放1 年、2 年甚至更長的時(shí)間，而粒料在擱置過程中性能是否穩(wěn)定尚不明確。除此之外，在可交聯(lián)聚乙烯粒料硫化制樣前有些研究者對其進(jìn)行80 ℃高溫干燥預(yù)處理，此環(huán)節(jié)操作也會(huì)誘發(fā)可交聯(lián)粒料內(nèi)DCP 的少量分解，影響后期硫化后XLPE材料的宏-微觀介電性能［6］。

本文著眼于可交聯(lián)聚乙烯料的存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，通過對比同型號(hào)的新生產(chǎn)粒料與實(shí)驗(yàn)室室溫環(huán)境下擱置2 年后粒料的性能差異，查明存儲(chǔ)條件對可交聯(lián)聚乙烯料的介電性能的影響機(jī)理。研究結(jié)果對可交聯(lián)聚乙烯料的存儲(chǔ)周期評估及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)可交聯(lián)聚乙烯料的存儲(chǔ)方式和使用規(guī)范具有一定參考價(jià)值。

1 試驗(yàn)方法

1.1 可交聯(lián)聚乙烯粒料

1）選用某國產(chǎn)電纜料廠家生產(chǎn)220 kV 高壓交流電纜絕緣用可交聯(lián)聚乙烯粒料（簡稱為新粒料），型號(hào)為WMY-4201EHV（本文中所使用新粒料與出廠時(shí)間不超過一個(gè)月）。

2）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境內(nèi)已擱置兩年的可交聯(lián)聚乙烯粒料（簡稱為錫封料），錫制袋密封完好，如圖1（a）所示，生產(chǎn)廠家及型號(hào)同上。

圖1 不同密封形式的可交聯(lián)聚乙烯料Fig. 1 Cross-linkable polyethylene materials sealed by different types of packages

3）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境內(nèi)已擱置兩年的可交聯(lián)聚乙烯粒料（簡稱為塑封料），塑料袋密封完好，如圖1（b）所示，生產(chǎn)廠家及型號(hào)同上。

以上兩種試樣均擱置于實(shí)驗(yàn)室玻璃門柜體內(nèi)存放兩年，可認(rèn)為二者所受自然光（漫射光）照射條件一致。另外，兩種試樣袋密封方式均未進(jìn)行過抽真空處理，密封口完整無損，因此忽略外部空氣的入侵。

1.2 試樣制備

取上述3 種可交聯(lián)聚乙烯料若干，在密煉機(jī)110 ℃下混煉10 min，消除存儲(chǔ)過程中粒料“噴霜”現(xiàn)象導(dǎo)致的混料不均。然后切割成小塊若干，取適量在180 ℃平板硫化機(jī)上，16 MPa 下交聯(lián)15 min，壓制成片狀XLPE 試樣。再在30 ℃加壓冷卻15 min，最后將試樣置于80 ℃烘箱內(nèi)熱處理8 h 除去交聯(lián)副產(chǎn)物。得到3 種不同存儲(chǔ)方式的可交聯(lián)聚乙烯料制得的XLPE 試樣，試樣尺寸為10 cm×10 cm，試樣厚度分別為0.2 mm、1 mm。

1.3 工頻擊穿測試

采用HJC-100 kV 型電擊穿實(shí)驗(yàn)儀對XLPE 試樣進(jìn)行工頻擊穿實(shí)驗(yàn)。試樣厚度為0.2 mm，升壓速率為1 kV/s，選用直徑為20 mm的球-球電極。每種試樣獲得12 次有效擊穿場強(qiáng)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行。為防止實(shí)驗(yàn)中試樣沿面閃絡(luò)，電極和樣品均浸入變壓器油中。

1.4 電導(dǎo)率測試

采用Keithley 6517B 型靜電計(jì)及實(shí)驗(yàn)室自制的帶保護(hù)電極的三電極系統(tǒng)對XLPE 試樣的電導(dǎo)率進(jìn)行測量。試樣厚度為0.2 mm，測量中外施場強(qiáng)從5 kV/mm升至45 kV/mm，實(shí)驗(yàn)環(huán)境為室溫。

1.5 機(jī)械拉伸特性

采用CMT4503-5kN 電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)對XLPE試樣進(jìn)行力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)，試樣厚度為1 mm，試樣的形狀及尺寸參考GB/T 1040.1—2018［7］的要求進(jìn)行制備，選用100 mm/min 的拉伸速率。每種試樣獲得5 組有效拉伸數(shù)據(jù)，計(jì)算每組數(shù)據(jù)的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率，取平均值作為最終結(jié)果。

1.6 熱延伸性能測試

采用熱延伸測試儀參考GB/T 2951.21—2008［8］對XLPE 試樣進(jìn)行熱延伸實(shí)驗(yàn)以表征材料高溫下機(jī)械性能。將標(biāo)準(zhǔn)啞鈴型試樣一端懸掛于烘箱實(shí)驗(yàn)架上，另一端夾重物。施加機(jī)械應(yīng)力為0.2 MPa，載荷時(shí)間為15 min，恢復(fù)時(shí)間為5 min，實(shí)驗(yàn)溫度為200 ℃，每種試樣獲得3 組有效數(shù)據(jù)，計(jì)算試樣在負(fù)載下的伸長率及永久變形率。

1.7 結(jié)晶性能表征

采用Mettler 公司生產(chǎn)的DSC822E 型差式掃描量熱儀表征材料的結(jié)晶性能。取5 ~10 mg 的XLPE樹脂置于鋁質(zhì)坩堝，在氮?dú)猸h(huán)境下在30 ℃平衡5 min，以10 ℃/min 的升溫速率升至220 ℃，保溫5 min 后再以30 ℃/min 迅速降溫至一定結(jié)晶溫度，保溫10 min 完成結(jié)晶過程，測量結(jié)晶過程中流過XLPE 材料的熱流。通過上述的實(shí)驗(yàn)流程對樣品升溫并降溫至不同的結(jié)晶溫度，完成6 種XLPE 在6個(gè)結(jié)晶溫度（85~90 ℃）下的等溫結(jié)晶試驗(yàn)。

1.8 X射線衍射

采用Bruker-AXS 公司生產(chǎn)的D8 Advance X 射線衍射儀測量試樣的結(jié)晶形態(tài)。射線源為CuKα1輻射，射線波長為0.154 06 nm，管電壓為40 kV，管電流為40 mA。2θ掃描范圍為10~30 °，掃描步長為0.02 °，每步掃描時(shí)間1 s，測角儀為2 θ/θ 耦合。為保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，對每種XLPE 試樣均進(jìn)行多次掃描，取平均值得到最終結(jié)果。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2 為根據(jù)測得擊穿場強(qiáng)數(shù)據(jù)擬合得到的威布爾分布圖，并將由擬合曲線得到的3 種XLPE 試樣擊穿場強(qiáng)特征參數(shù)列于表1。由表1 發(fā)現(xiàn)，可交聯(lián)聚乙烯粒料擱置兩年后其工頻擊穿場強(qiáng)反而增大，且塑封料的擊穿場強(qiáng)增加最多。特征擊穿場強(qiáng)α明顯增大的同時(shí)，形狀參數(shù)β逐漸增大，即擊穿場強(qiáng)測試值的分散性降低。由此可見，存儲(chǔ)過程反而有助于提高聚乙烯的擊穿性能。

表1 不同存儲(chǔ)方式下粒料制得XLPE的擊穿特征參數(shù)Tab. 1 Characteristic parameters of breakdown of XLPE prepared from granules with different storage mothods

圖2 不同存儲(chǔ)方式粒料制得XLPE擊穿場強(qiáng)威布爾分布圖Fig. 2 Weibull distribution of breakdown field of XLPE prepared from granules with different storage mothods

圖3 所示為3 種XLPE 試樣加壓1 h 后測得的準(zhǔn)靜態(tài)電導(dǎo)率σ隨外施場強(qiáng)E的關(guān)系。由圖3可知，3種試樣準(zhǔn)靜態(tài)電導(dǎo)率σ隨電場強(qiáng)度的變化規(guī)律相接近。當(dāng)外施場強(qiáng)小于8 kV/mm 時(shí)，3 種XLPE 試樣的電導(dǎo)率上升有限，基本保持不變；而當(dāng)外施場強(qiáng)增大后，XLPE 試樣的電導(dǎo)率隨外施場強(qiáng)呈指數(shù)規(guī)律迅速增大。這是由于施加高場強(qiáng)時(shí)，金屬電極與材料界面處的隧穿效應(yīng)得到加強(qiáng)，由電極材料向XLPE 注入的電子不必翻越界面勢壘，更多的載流子參與了導(dǎo)電過程［9］。測量結(jié)果發(fā)現(xiàn)：由可交聯(lián)聚乙烯粒料擱置兩年后的XLPE 試樣的電導(dǎo)率低于新粒料試樣，且塑封粒料制得XLPE 試樣的電導(dǎo)率最低。

圖3 不同存儲(chǔ)方式下粒料制得XLPE電導(dǎo)率Fig. 3 Conductivity of XLPE prepared from granules with different storage mothods

圖4 所示為3 種XLPE 試樣的力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由測量結(jié)果可見，3 種XLPE 試樣的力學(xué)性能均滿足國標(biāo)GB/T 18890.2—2015 要求［10］，但擱置兩年后可交聯(lián)聚乙烯粒料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率明顯下降，且塑封料的XLPE試樣下降最多。

圖4 不同存儲(chǔ)方式下粒料制得XLPE拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長率Fig. 4 Tensile strengths and elongations at break of XLPE prepared from granules with different storage mothods

表2 所示為3 種XLPE 試樣的熱延伸性能測試結(jié)果。XLPE 材料的熱延伸性能與材料的交聯(lián)度相關(guān)，GB/T 18890.2—2015中關(guān)于熱延伸實(shí)驗(yàn)部分規(guī)定220 kV 電纜絕緣用XLPE 材料的負(fù)載下伸長率不得大于100%［10］。由表2 可見，當(dāng)可交聯(lián)聚乙烯粒料擱置兩年后其制得XLPE 試樣的負(fù)載下伸長率及永久變形率明顯增大。值得注意的是塑封粒料擱置兩年后制得XLPE 試樣的熱延伸性能已不滿足性能要求。

XLPE 是半結(jié)晶聚合物，介電性能與其晶態(tài)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。本文通過等溫結(jié)晶試驗(yàn)分析由不同存儲(chǔ)條件下可交聯(lián)聚乙烯料制得XLPE 材料在結(jié)晶行為上的差異。

在等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)［11］中相對結(jié)晶度X（t）表示材料在t時(shí)刻結(jié)晶過程的完成程度，其計(jì)算公式為：

式中：XC(t)為材料在t時(shí)刻的結(jié)晶度；XC(t∞)為材料完全結(jié)晶后的結(jié)晶度；HC(t′)為t′時(shí)刻流過材料的熱流；t∞為結(jié)晶完成時(shí)間。

測得3 種試樣的DSC 結(jié)晶曲線以及根據(jù)式（1）計(jì)算所得的相對結(jié)晶度隨時(shí)間的變化如圖5 所示，圖中左列為DSC曲線，右列為相對結(jié)晶度曲線。

從圖5 中左列DSC 曲線可知，對同一種材料來說隨結(jié)晶的進(jìn)行熱流先上升后下降。隨結(jié)晶溫度的升高結(jié)晶峰峰值降低、峰面積減小，峰位置向高溫方向偏移。擱置兩年后的聚乙烯粒料制得的XLPE試樣在同一結(jié)晶溫度下的結(jié)晶峰面積增大，其中塑封粒料制得XLPE的結(jié)晶峰最為強(qiáng)烈。

由相對結(jié)晶度計(jì)算結(jié)果可知，隨著結(jié)晶的進(jìn)行材料的結(jié)晶速率先增加后維持穩(wěn)定，結(jié)晶后期結(jié)晶速率迅速降低。對于同一試樣來說隨結(jié)晶溫度升高，X（t）曲線達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間減少，每一時(shí)刻的相對結(jié)晶度增大，完成結(jié)晶所需時(shí)間縮短，結(jié)晶速率提高。而從相對結(jié)晶度曲線的時(shí)間刻度可知，與新粒料相比，擱置兩年后的聚乙烯粒料制得XLPE試樣完成結(jié)晶過程所需時(shí)間均明顯縮短。

為表征3 種粒料制得XLPE 材料在結(jié)晶形態(tài)上的差異，通過X 射線衍射實(shí)驗(yàn)對材料的微觀結(jié)構(gòu)如晶胞參數(shù)、結(jié)晶度進(jìn)行測量。因3 種XLPE 的XRD圖譜形狀十分接近，為節(jié)省篇幅，圖6 內(nèi)僅展示由新粒料制得XLPE的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖6 新粒料制得XLPE的XRD圖譜Fig. 6 XRD patterns of XLPE prepared from new granules

XLPE 作為半結(jié)晶聚合物，因此圖6 內(nèi)的XRD衍射圖譜內(nèi)包括了結(jié)晶區(qū)和無定形區(qū)的特征峰。由測量結(jié)果可知，當(dāng)粒料經(jīng)歷存儲(chǔ)過程后，制得XLPE 試樣的XRD 圖譜的結(jié)晶峰位置沒有發(fā)生明顯變化，始終在2θ角為21.4 °和23.8 °處出現(xiàn)兩個(gè)主結(jié)晶特征峰，分別對應(yīng)于交聯(lián)聚乙烯的正交晶型晶面（110）和（200），同時(shí)在2θ角為18 °~19 °位置還存在無定形區(qū)的彌散峰。

對XRD 圖譜進(jìn)行高斯分峰擬合得到結(jié)晶峰和彌散峰的峰參數(shù)。根據(jù)結(jié)晶峰及彌散峰的特征參數(shù)計(jì)算試樣的結(jié)晶度，再根據(jù)謝勒公式計(jì)算各晶面的晶粒尺寸［12］，結(jié)晶度計(jì)算公式和謝勒公式分別如式（2）—（3）所示，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 不同存儲(chǔ)方式下粒料制得XLPE的結(jié)晶形態(tài)Tab. 3 Crystallization morphology results of XLPE prepared from granules with different storage methods

式中：XC為結(jié)晶度；K為修正因子，通常取1；Ia為彌散峰峰面積；I110為110晶面衍射峰峰面積；I200為200晶面衍射峰峰面積。

式中：D為晶粒尺寸；K為Scherrer 常數(shù)，取0.8；λ為X 射線波長，取0.154 06 nm；β為晶面衍射峰的半峰全寬；θ為晶面衍射峰的衍射角。

表3 可知，粒料擱置兩年后制得XLPE 試樣的結(jié)晶度升高，110 和200 晶面的晶粒尺寸均逐漸下降。說明由存儲(chǔ)后粒料制得XLPE 材料的分子鏈在結(jié)晶過程中更緊密的折疊排入片晶，試樣的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)展趨于“精細(xì)化”。

3 分析與討論

3.1 可交聯(lián)聚乙烯料在存儲(chǔ)過程中的影響因素

1） 交聯(lián)劑自分解

聚乙烯的交聯(lián)工藝主要分為兩類，即物理交聯(lián)（輻照交聯(lián)）和化學(xué)交聯(lián)（包括硅烷交聯(lián)和過氧化物交聯(lián)兩種）［13］。工程上，35 kV 及以上電壓等級XLPE 電纜絕緣一般采用過氧化物交聯(lián)工藝。過氧化物交聯(lián)是利用交聯(lián)劑分子內(nèi)過氧鍵斷裂產(chǎn)生的活性自由基實(shí)現(xiàn)聚乙烯碳鏈分子的交聯(lián)。最常用的交聯(lián)劑過氧化二異丙苯（DCP）是一種強(qiáng)氧化劑，僅能在低溫且暗光條件下保存［14］，且其分解速率與環(huán)境溫度呈指數(shù)增長趨勢［15］。當(dāng)聚乙烯樹脂、DCP 及抗氧劑等助劑混煉制成電纜緣用可交聯(lián)聚乙烯料后，在其室溫存儲(chǔ)階段會(huì)有一定量DCP自分解產(chǎn)生活性自由基并被抗氧劑迅速消耗掉，而在交聯(lián)反應(yīng)中，DCP是不可或缺的反應(yīng)引發(fā)劑。結(jié)合上文中對3 種XLPE 試樣熱延伸性能的試驗(yàn)結(jié)果，存儲(chǔ)過程中可交聯(lián)聚乙烯料性能產(chǎn)生變化主要源于粒料內(nèi)交聯(lián)劑含量的下降。這影響了制得XLPE 材料的交聯(lián)度和結(jié)晶能力，改變了材料的介電性能；與錫封袋相比，塑封袋粒料又受到自然漫射光的作用，粒料內(nèi)部更易于積累能量/熱量而誘發(fā)DCP 熱分解，因此塑封粒料性能變化也更為明顯。

2） 抗氧劑

可交聯(lián)料生產(chǎn)過程中會(huì)加入抗氧劑來改善材料的抗老化性能。硫代雙酚類抗氧劑分子TBM-6 具有抗氧化性能強(qiáng)及分子相容性好的特點(diǎn)，且已在長期的生產(chǎn)實(shí)踐及研究中證明了其用于提高和改善XLPE 抗老化性能的有效性［16］。大量研究已表明該抗氧劑可在復(fù)雜環(huán)境中保持長期的熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性和抗氧化效用［17-18］。在可交聯(lián)聚乙烯粒料室溫的存儲(chǔ)階段能有效消耗掉DCP 少量的自分解產(chǎn)物。因此可以認(rèn)為本文所使用的可交聯(lián)聚乙烯粒料在擱置兩年后所含抗氧劑分子仍能保持穩(wěn)定的抗氧化作用。

3） 濕度

在實(shí)際生產(chǎn)中可交聯(lián)聚乙烯料經(jīng)擠出造粒及后續(xù)的干燥處理后置于密封存儲(chǔ)倉內(nèi)，利用熱風(fēng)干燥和振動(dòng)分散作用，保證其處于干燥的存儲(chǔ)環(huán)境，基本排除了潮濕帶來的影響。同時(shí)聚乙烯本身為疏水性材料，水分子在粒料中難以擴(kuò)散［19］，且高溫硫化前對粒料的預(yù)熱處理也有助于吸附于粒料表面的水分子的蒸發(fā)，因此本文研究中忽略存儲(chǔ)過程中受潮對可交聯(lián)料性能的影響。

4） 噴霜與光照條件

有研究表明在可交聯(lián)聚乙烯料的存儲(chǔ)過程中存在各種助劑逐漸由粒料內(nèi)部析出至顆粒表面即“噴霜”現(xiàn)象［20］，這可能導(dǎo)致制得XLPE 試樣不同位置的交聯(lián)程度不一。另外，塑封袋的表面層粒料受到自然光的作用遠(yuǎn)大于內(nèi)層和底層。因此各層之間粒料的DCP的自分解率必然有差異性。對于粒料的有隙堆積，無法準(zhǔn)確評估受漫射照部分的粒料比例，為了消除噴霜效應(yīng)、粒料間DCP 分解的不一致性，本文研究中已通過試樣制備前對粒料在110 ℃下混煉進(jìn)行預(yù)處理。

3.2 可交聯(lián)聚乙烯料的存儲(chǔ)方式對成品XLPE 性能的影響機(jī)理

1） 交聯(lián)度的變化

為對比3 種XLPE 的交聯(lián)度，本文采用JB/T 10437—2004 的附錄A.4［21］中介紹的二甲苯萃取法測量以上3 種粒料內(nèi)的凝膠含量，結(jié)果如表4所示。

表4 不同存儲(chǔ)方式下粒料制得XLPE的凝膠含量Tab. 4 Gel content of XLPE prepared from granules with different storage methods

由表4 可知新粒料的交聯(lián)度最高，而擱置兩年后的粒料凝膠含量明顯下降，且塑封料的下降最多。這也驗(yàn)證了3.1 節(jié)中的結(jié)論，可交聯(lián)聚乙烯料在存儲(chǔ)環(huán)節(jié)會(huì)發(fā)生DCP的自分解，導(dǎo)致高溫硫化時(shí)所需活性自由基濃度下降。其中塑封粒料的DCP由于同時(shí)受到光照影響，自分解更嚴(yán)重，因此制得XLPE的凝膠含量最低。

凝膠含量測量結(jié)果與XLPE 材料的機(jī)械拉伸特性和熱延伸性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻和，高交聯(lián)度帶來了更強(qiáng)的分子鏈間作用力，因此新粒料制得XLPE 試樣的機(jī)械性能及熱延伸性能最優(yōu)，而隨交聯(lián)度下降，材料的熱延伸性能大幅度劣化。

2） 結(jié)晶行為的變化

研究表明：材料在冷卻結(jié)晶過程中，交聯(lián)度越高對大分子鏈的規(guī)則折疊與重排阻礙越大，這會(huì)影響體系中晶核的形成和球晶的生長，導(dǎo)致結(jié)晶度下降［22-23］。因此，擱置兩年后的粒料制備的XLPE 交聯(lián)度的降低，反而有利于其結(jié)晶度的上升（見表3）。

為定量分析不同存儲(chǔ)方式下可交聯(lián)聚乙烯粒料制得XLPE 試樣間結(jié)晶行為的差異，我們由DSC 測量結(jié)果（圖5），根據(jù)Avrami 方程計(jì)算了3 種XLPE試樣在不同結(jié)晶溫度下的半結(jié)晶時(shí)間，以表征材料的結(jié)晶性能，如表5所示。

表5 不同存儲(chǔ)方式下粒料制得XLPE的凝膠含量Tab. 5 Gel content of XLPE prepared from granules with different storage methods

由表5 可知由于新粒料制得XLPE 的交聯(lián)度最高，其完善的三維分子結(jié)構(gòu)使得高分子鏈段的熱運(yùn)動(dòng)更為困難，晶核生成及晶體生長均緩慢，因此其半結(jié)晶時(shí)間最大，結(jié)晶度最低。隨結(jié)晶溫度升高，分子鏈運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，結(jié)晶速率增大，因此半結(jié)晶時(shí)間逐漸減小。這是由于均相成核方式下當(dāng)結(jié)晶溫度升高后分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)更為順暢，依靠分子鏈的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)形成晶核更為容易，分子鏈的各個(gè)局部都有發(fā)展成為晶體生長起點(diǎn)的可能，因此結(jié)晶速率增大。

3） 電氣性能的變化

一般來講，XLPE 擊穿場強(qiáng)隨其結(jié)晶度的增加而上升［24-26］，這是由于發(fā)展完善的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)利于電子遷移的無定形區(qū)及晶界占比減小，且更為“精細(xì)化”的晶態(tài)結(jié)構(gòu)使聚合物分子鏈得以更緊密地排列堆砌。這二者均降低了材料的電子平均自由程，減小了載流子遷移時(shí)與晶格碰撞期間獲得的電場能量，使得擊穿通道難以發(fā)展。擱置兩年后的粒料制備的XLPE 試樣雖交聯(lián)度下降，但結(jié)晶度的提升有助于提高其擊穿強(qiáng)度，且晶粒尺寸的減小有助于聚乙烯體內(nèi)形成小球晶，導(dǎo)致擱置兩年后的粒料制備的XLPE試樣電導(dǎo)率的下降。

4） 展望

眾所周知，DCP 是一種強(qiáng)氧化劑（熱敏性物質(zhì)），其分解溫度較低，熱分解速度較快。即使沒有外界能量的作用，在自然存儲(chǔ)的條件下也會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出熱量，其熱分解產(chǎn)物主要為二甲基芐醇、苯乙酮和甲烷［27］，并被可交聯(lián)聚乙烯中抗氧劑迅速消耗掉。因此可通過測試兩種密封袋內(nèi)氣體成分及含量的差異直觀反映出DCP的損失率。

本文所研究的兩種包裝方式下存儲(chǔ)兩年后可交聯(lián)聚乙烯粒料的電氣、機(jī)械性能的變化，均基于DCP的自分解理論，由于在實(shí)驗(yàn)最初已解封了包裝袋，無法再進(jìn)行二者氣體成分的測量，因此僅通過交聯(lián)料凝膠含量的降低來反向驗(yàn)證。在后續(xù)的研究過程中，將進(jìn)一步著重關(guān)注可交聯(lián)粒料存儲(chǔ)時(shí)間與密封袋中氣體成分的變化，有望用其更快表征可交聯(lián)料的存儲(chǔ)周期。

4 結(jié)論

本文通過對比新出廠的可交聯(lián)聚乙烯粒料及錫封料和塑封料兩種儲(chǔ)料方式下擱置兩年后的同品牌可交聯(lián)聚乙烯粒料制得的XLPE 材料的介電性能及晶態(tài)結(jié)構(gòu)，研究了存儲(chǔ)方式對可交聯(lián)聚乙烯料性能的影響及作用機(jī)理，得出結(jié)論如下。

1） 可交聯(lián)料聚乙烯料在存儲(chǔ)過程中會(huì)發(fā)生性能的變化，主要表現(xiàn)為擊穿強(qiáng)度的提高、電導(dǎo)率的降低和機(jī)械性能的劣化。這主要是由于存儲(chǔ)環(huán)節(jié)材料內(nèi)交聯(lián)劑的自分解所致，但粒料存儲(chǔ)后制樣交聯(lián)度的降低，有助于改善其結(jié)晶性能。

2） 相比塑封袋，錫封袋可避免光照，在一定程度上能緩解但無法阻止交聯(lián)劑的自分解。

3） 可交聯(lián)聚乙烯料應(yīng)存儲(chǔ)在低溫、避光環(huán)境中。為避免存儲(chǔ)過程中粒料內(nèi)交聯(lián)劑自分解對材料性能的影響，盡量縮短粒料的使用期限（半年到一年內(nèi)）或提前制備成XLPE試樣再密封保存。