高壓直流電纜聚丙烯材料擊穿強(qiáng)度和體積電阻率的研究進(jìn)展

0 引言1 

    我國(guó)能源東西分布不均衡問(wèn)題，制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速可持續(xù)發(fā)展。通過(guò)特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)將電能 輸送至經(jīng)濟(jì)密集區(qū)，助力新時(shí)期國(guó)家發(fā)展的需求日益凸顯。相比于交流輸電，高壓直流輸電起步較晚，但在大容量遠(yuǎn)距離送電、電力能源互聯(lián)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)顯著。自 1954 年瑞典本土與哥特蘭島間建成首條高壓直流海底塑料電纜線(xiàn)路并投入商業(yè)化運(yùn)行 以來(lái)，高壓直流輸電技術(shù)得到了快速發(fā)展。 

    相比于直流架空線(xiàn)路，直流電纜輸電方式在海 島送電、城市電網(wǎng)改造與升級(jí)、分布式能源并網(wǎng)送 電等方面優(yōu)勢(shì)明顯。目前，高壓直流電纜按絕緣 種類(lèi)不同可分為粘性浸漬紙式、充油式和擠壓型電纜3 種。前兩者運(yùn)行安全可靠的優(yōu)點(diǎn)使其在早期的高壓直流電纜輸電工程中應(yīng)用較廣，但也存在安 裝工藝復(fù)雜、線(xiàn)路長(zhǎng)度及運(yùn)行溫度受限的不足。擠 壓型電纜以聚合物材料為絕緣介質(zhì)，因其具有良好的電氣、機(jī)械和熱性能而得到快速推廣，其中交聯(lián)聚乙烯(cross linked polyethylene，XLPE)高壓直流電 纜性能突出、應(yīng)用尤為廣泛。

      隨著高壓直流輸電工程的不斷建 設(shè)和投運(yùn)，以 XLPE 為絕緣材料的高壓直流電纜在 生產(chǎn)和運(yùn)行過(guò)程中所暴露出來(lái)的問(wèn)題也越來(lái)越 多。為實(shí)現(xiàn)電能的大規(guī)模和遠(yuǎn)距離輸送需求，提 高電網(wǎng)自身的安全性、可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性， 我國(guó)高壓大容量輸電規(guī)程草案要求直流電纜工作溫 度和電壓等級(jí)分別為 90 ℃和±500 kV、±800 kV 等， 但目前 XLPE 電纜的最高工作溫度和電壓僅為 70 ℃和 500 kV。生產(chǎn) XLPE 電纜時(shí)用到的交聯(lián)劑及 交聯(lián)過(guò)程產(chǎn)生的副產(chǎn)物等雜質(zhì)可能會(huì)引入絕緣層內(nèi) 部，使得直流電場(chǎng)下空間電荷積聚更加嚴(yán)重，從而 加速絕緣老化。另外，制造 XLPE 電纜時(shí)采用的交 聯(lián)工藝本身具有能耗大、效率低的不足。而且 XLPE 電纜在達(dá)到使用壽命后，絕緣廢料的回收再利用難 度很大，焚燒處理不僅污染環(huán)境，還浪費(fèi)資源。

     國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)大容量環(huán)保型直流電纜絕 緣材料的研究主要集中在聚乙烯(polyethylene,PE) 和聚丙烯(polypropylene,PP) 基材料上。相對(duì)于 PE，PP 熔點(diǎn)較高，可以滿(mǎn)足電纜在較高溫度下運(yùn) 行的需求，有較高的擊穿強(qiáng)度和體積電阻率，對(duì)提高電纜運(yùn)行電壓等級(jí)和線(xiàn)路載流量意義重大。但是 聚丙烯材料具有很強(qiáng)的脆性和剛性，耐低溫沖擊能較差，導(dǎo)熱能力低。高壓直流電纜運(yùn)行工況復(fù)雜， 絕緣介質(zhì)受極性不變的強(qiáng)電場(chǎng)、導(dǎo)體發(fā)熱產(chǎn)生的溫度場(chǎng)、介質(zhì)外部或內(nèi)部產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力的共同影響， 因此對(duì)聚丙烯基環(huán)保型絕緣材料的研究需滿(mǎn)足電性能、熱性能和機(jī)械性能的要求。

     近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)納米粒子因具有量子尺寸效應(yīng)、比表面積大等特點(diǎn)而在改善聚合物材料性能方 面表現(xiàn)優(yōu)異[8]。自 1994 年 T. J. Lewis 提出納米電介質(zhì)概念以來(lái)，各國(guó)學(xué)者對(duì)添加納米粒子后聚合物 絕緣材料性能的提升及其改善機(jī)理進(jìn)行了廣泛研 究。由于納米粒子的粒徑、形狀、摻雜量不同，構(gòu) 成納米復(fù)合電介質(zhì)的聚合物基體不同，其在抑制空 間電荷、耐電樹(shù)枝、提高擊穿強(qiáng)度等介電性能，提 高導(dǎo)熱率、耐熱性等熱性能，以及提升拉伸強(qiáng)度、 斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能方面，所表現(xiàn)出的效果也不盡相同。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，聚合物與納米填充物之間 的納米級(jí)過(guò)渡區(qū)域，即界面，是影響納米復(fù)合材料性能的關(guān)鍵因素。聚合物基體的特性與納米填料的特性共同決定了復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)， 盡管許多學(xué)者對(duì)此提出了不同的模型進(jìn)行解釋?zhuān)?/span>仍沒(méi)有定論。 

    雖然，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開(kāi)展了將聚丙烯及其納 米材料應(yīng)用于高壓直流電纜主絕緣的研究工作，但仍處于起始階段。聚丙烯納米復(fù)合材料的粒子選型、 *佳摻量以及偶聯(lián)劑類(lèi)型及其含量對(duì)納米復(fù)合材料 介電性能的影響等問(wèn)題，仍需深入研究。因此，對(duì)目前的研究現(xiàn)狀及取得的成果給予必要的歸納和總結(jié)，是對(duì)聚丙烯基高壓直流電纜絕緣材料的研發(fā)具有重要參考意義的。本文綜合國(guó)內(nèi)外研究成果，介紹了聚丙烯及其應(yīng)用于高壓直流電纜的可行性，論述了納米填料改善聚丙烯單體及多元共混物電氣性能、導(dǎo)熱性能、機(jī)械性能的作用及機(jī)理，探討了老化條件對(duì)聚丙烯納米復(fù)合材料性能的影響，并對(duì)高壓直流電纜用聚丙烯基納米復(fù)合材料的研究作了總 結(jié)和展望。

1 聚丙烯及其用于高壓直流電纜絕緣材料 的可行性研究 

1.1 聚丙烯材料理化性能

     聚丙烯是以丙烯為單體經(jīng)聚合得到的一種熱塑性樹(shù)脂，結(jié)構(gòu)規(guī)整，結(jié)晶度高，耐腐蝕性好，耐熱性?xún)?yōu)良[16]。聚丙烯按其甲基排列位置不同可分為：等規(guī)聚丙烯（isotactic polypropylene，iPP）、間規(guī)聚丙烯（syndiotactic polypropylene，sPP）和無(wú)規(guī)聚丙烯（atactic polypropylene，aPP）。3 種聚丙烯的 分子結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖 1。  

     聚丙烯的熔點(diǎn)可達(dá) 150 ℃以上（不同牌號(hào)熔點(diǎn) 不同），比聚乙烯高 40%~50%左右，長(zhǎng)期工作溫度 可達(dá) 90 ℃，良好的耐熱性能對(duì)于提高電纜工作溫度和工作電壓具有重要意義。聚丙烯屬于非極性材料， 具有較高的擊穿強(qiáng)度（大多在 300 kV/mm 左右）， 體電阻率較大（大多在 1016 ?·m 左右）且隨溫度變化不明顯，可在相同絕緣層厚度的情況下提高電纜 運(yùn)行電壓、提高線(xiàn)路輸送容量、降低輸送損耗。聚丙烯空間電荷積聚較少，電荷注入的閾值電場(chǎng)較高。 聚丙烯幾乎不吸水，故其絕緣性能受環(huán)境濕度影響較小。李喆等研究發(fā)現(xiàn)等規(guī)聚丙烯可以達(dá)到直流電纜對(duì)絕緣材料耐壓強(qiáng)度和電導(dǎo)特性的要求。

    另外，聚丙烯材料不需交聯(lián)處理即可有較高的 機(jī)械強(qiáng)度，而且是典型的熱塑性材料，可以回收利 用，符合環(huán)境友好型電纜絕緣的發(fā)展需求[7]。但聚 丙烯材料本身也有一些缺點(diǎn)，如低溫脆性大、耐老 化性能差、導(dǎo)熱率低等，對(duì)其應(yīng)用于直流電纜絕緣 有一定的限制。

1.2 聚丙烯應(yīng)用于高壓直流電纜絕緣材料的可行性

     聚丙烯具有優(yōu)異的介電和耐熱性能，早在 2002 年，就有學(xué)者對(duì)其應(yīng)用于電力電纜主絕緣材料的可 行性進(jìn)行了研究。其中，日本學(xué)者 K. Kurahashi 等 在上次以 sPP 為主絕緣、添加 PE 和抗氧化 劑共混制成 0.6 kV 和 22 kV 電纜，研究發(fā)現(xiàn)不同溫 度下該電纜線(xiàn)路的交流擊穿強(qiáng)度和介質(zhì)損耗可滿(mǎn)足 實(shí)際應(yīng)用的要求。K. Yoshino 等研究發(fā)現(xiàn) sPP 的 電性能、熱性能和機(jī)械性能比 iPP、aPP 和 PE 更加 優(yōu)異，作者以 sPP 和彈性體共混物制備的 22 kV 電 纜具有電氣性能優(yōu)異、可回收的特點(diǎn)[。I. L. Hosier 等人及 C. D. Green 等人[21]同樣研究發(fā)現(xiàn)將 iPP 與乙烯–丙烯共聚物共混得到的絕緣材料，表現(xiàn)出良 好的機(jī)械韌性和電氣性能。 

      目前，聚丙烯基材料作為高壓直流電纜主絕緣 材料的商業(yè)化應(yīng)用還處于研發(fā)階段。意大利 Prysmian 公司的 S. Belli 等在 2010 年公開(kāi)了基于聚丙烯材料開(kāi)發(fā)的高性能熱塑性彈性體絕緣材料（high  performance thermoplastic elastomer, HPTE），研 究發(fā)現(xiàn)基于 HPTE 材料研制的 P-Laser 電纜比傳統(tǒng) XLPE 電纜有更好的電性能，比聚丙烯有更好的機(jī)械性能。該公司分別于 2015 年公布了最新研制的全尺寸 P-Laser 320 kV 高壓直流電纜的原型樣品。 

     聚丙烯材料綜合性能優(yōu)異，在高壓直流電纜主絕緣領(lǐng)域的研究也表現(xiàn)出巨大的潛力，但離實(shí)際應(yīng)用仍有一定的距離。聚丙烯材料在室溫下柔性不足、 低溫韌性差，不能直接用于電纜主絕緣。而且研究人員大多關(guān)注聚丙烯機(jī)械性能的改善，對(duì)聚丙烯絕 基材料介電性能的研究還不夠全面，沒(méi)有考慮空間電荷、電樹(shù)枝等問(wèn)題。 

     高壓直流電纜運(yùn)行中存在空間電荷積聚及內(nèi)部電場(chǎng)畸變帶來(lái)的電樹(shù)枝老化、擊穿故障等問(wèn)題； 受絕緣層散熱和溫度梯度影響可能帶來(lái)的電場(chǎng)反轉(zhuǎn)、電氣性能及使用壽命下降等問(wèn)題；以及由機(jī)械應(yīng)力等作用造成的絕緣內(nèi)部缺陷等問(wèn)題。 聚丙烯若用作高壓直流電纜絕緣材料，必須改性處理，才能改善以上介電、導(dǎo)熱及機(jī)械性能方面存在的不足。納米粒子填充改性可顯著提高固體電介質(zhì)的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)等性能，許多學(xué)者對(duì)聚丙烯基納米復(fù)合材料的性能表現(xiàn)進(jìn)行了有益探索。

2 納米摻雜改性高壓直流聚丙烯基復(fù)合絕 緣材料研究現(xiàn)狀 

2.1 聚丙烯納米復(fù)合材料介電性能研究 

2.1.1 空間電荷

       空間電荷效應(yīng)是高性能直流絕緣材料研發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題。高壓直流電纜正常運(yùn)行時(shí)，極性不變、強(qiáng)度較高的電場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間作用于絕緣介質(zhì)，造成絕緣層空間電荷的積聚、內(nèi)部電場(chǎng)的畸變?；兊?/span>電場(chǎng)嚴(yán)重時(shí)可引發(fā)介質(zhì)內(nèi)局部放電、加速聚合物材 料老化及電樹(shù)枝生長(zhǎng)，最終導(dǎo)致絕緣擊穿故障，嚴(yán)重影響電纜性能和使用壽命。自 20 世紀(jì) 90 年代中 期，便有學(xué)者 Y. Suzuoki 等研究發(fā)現(xiàn)預(yù)施電壓下聚丙烯內(nèi)空間電荷的積聚造成內(nèi)部電場(chǎng)的畸變，降低了其絕緣擊穿強(qiáng)度。因此，如何改善聚丙烯絕緣材料的空間電荷特性，是開(kāi)發(fā)高壓直流電纜用聚丙烯基絕緣材料的重要課題。 

    多數(shù)學(xué)者認(rèn)為納米復(fù)合材料中聚合物基體與納米粒子間形成的界面區(qū)域引入了大量陷阱，改變了復(fù)合材料的陷阱能級(jí)，對(duì)其空間電荷的注入、遷移和消散行為產(chǎn)生了重要影響。但由于界面行為的復(fù)雜性（影響聚合物結(jié)晶、改變介質(zhì)內(nèi)部應(yīng)力等），而且無(wú)法直接觀測(cè)界面區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)及作用機(jī)理，雖然許多學(xué)者對(duì)此提出了不同的模型，如T. J. Lewis 等提出的納米電介質(zhì)“介電雙層”結(jié)構(gòu)（如圖 2 所示）、T. Tanaka 等提出的多核模型 （如圖 3 所示）、J. Kindersberger 等提出的相間體積 模型，都在一定程度上有助于推測(cè)和解釋納米復(fù) 合電介質(zhì)材料所表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)異性能，但仍未形成 定論。 

         G. C. Montanari 等研究了添加合成蒙脫土 （Montmorillonite, MMT）納米顆粒的 iPP 和 sPP 的 納米復(fù)合材料的電荷俘獲行為特性，與純PP 相比， 納米復(fù)合材料的電荷俘獲能力明顯增強(qiáng)，直流極化 電場(chǎng)下空間電荷積聚的減少說(shuō)明納米復(fù)合材料的絕 緣性能得到整體提高。 

    由于納米顆粒具有較大的表面能，在制備納米復(fù)合材料過(guò)程中容易發(fā)生納米團(tuán)聚現(xiàn)象，不僅使其分散性及與聚合物基體間的相互作用減弱，甚至?xí)又貜?fù)合材料中空間電荷的積聚。N. Fuse 等研究發(fā)現(xiàn)，納米黏土顆粒在分散至聚丙烯基材料的過(guò) 程中引入的離子基團(tuán)，加重了復(fù)合材料的空間電荷 積聚。因此，納米粒子的分散處理對(duì)絕緣性能影 響較大，應(yīng)引起重視。 

     研究人員為解決納米團(tuán)聚問(wèn)題，做了大量研究工作并取得了一定成果。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)節(jié)制備 納米顆粒和聚合物基體共混的條件，如溫度，可提 高納米顆粒的分散效果。Z. Li 等在 6 種不同溫度下通過(guò)機(jī)械共混得到了不同納米摻雜量的 iPP/MgO 納米復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn) 200 ℃溫度時(shí)納米顆粒分 散性較好，且 MgO 納米顆粒在復(fù)合材料中有成核 作用，同時(shí)抑制了空間電荷的積聚。 

      采用偶聯(lián)劑、表面活性劑、接枝、原位聚合等手段對(duì)納米顆粒進(jìn)行表面處理，可減少納米團(tuán)聚， 促進(jìn)納米粒子在聚合物中的分散及其與基體間的相互作用。M. Abou-Dakka 等填充經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑修飾后的合成納米云母顆粒及天然蒙脫土納米顆粒使聚丙烯基復(fù)合材料的陷阱帶向淺處移動(dòng)且電荷消 散速度要比沒(méi)填充的快很多，單極下淺陷阱中的電荷在反極性時(shí)可得到有效抑制，深陷阱中的電荷也被明顯束縛。Y. Zhou 等研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)表面修飾的 TiO2納米顆粒在聚丙烯復(fù)合材料中引入的大量淺陷阱取代了 PP 中原有的深陷阱，進(jìn)而增強(qiáng)了載流子的遷移能力，改善了空間電荷的積聚。

     研究人員對(duì)經(jīng)表面處理和未經(jīng)處理的 MgO 納 米顆粒對(duì)聚丙烯復(fù)合材料電氣性能的影響進(jìn)行了對(duì) 比。操衛(wèi)康等研究發(fā)現(xiàn) MgO 納米顆?？稍?iPP 中均勻分散且經(jīng)表面處理后的納米粒子團(tuán)聚更少，使 復(fù)合材料的結(jié)晶度有所提高；同時(shí)經(jīng)表面處理的納 米復(fù)合材料對(duì)空間電荷的抑制作用更強(qiáng)，在 50  kV/mm 電場(chǎng)下質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%的納米復(fù)合材料表 現(xiàn)出優(yōu)的抑制效果。周垚等研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)表面處 理后的 MgO 納米顆?？删鶆蚍稚⒃?iPP 中，在 MgO 納米顆粒的添加量為 3phr (1phr 即每 100 g 的 iPP 中 分散 1 g 的 MgO 納米顆粒)時(shí)，復(fù)合材料沒(méi)有明顯 的空間電荷積聚，且此時(shí)的直流擊穿強(qiáng)度最高，比 未添加納米顆粒的純?cè)嚇犹岣吡?29.3%。 

     納米摻雜是改善聚合物空間電荷特性的重要 手段，經(jīng)表面處理的納米顆?？蓽p少團(tuán)聚、促進(jìn)納 米粒子的分散及其與基體間的相互作用，但納米粒 子與聚合物基體間的界面效應(yīng)還沒(méi)有定論，對(duì)納米 選型標(biāo)準(zhǔn)（如種類(lèi)、粒徑等）、最佳摻量、復(fù)合物制 備工藝等進(jìn)行系統(tǒng)分析和研究將有助于改善聚丙烯 納米復(fù)合材料空間電荷特性。

2.1.2 電樹(shù)枝老化 

     高電壓塑料型直流電纜在生產(chǎn)、運(yùn)行過(guò)程中， 絕緣介質(zhì)中可能產(chǎn)生雜質(zhì)、空隙、分子鍵斷裂等缺陷。聚合物絕緣材料在長(zhǎng)期置于高強(qiáng)度電場(chǎng)下 時(shí)，由缺陷等引起的電場(chǎng)集中、局部放電等更容易 在絕緣中形成樹(shù)枝狀局部損壞，樹(shù)枝狀微通道順著 電場(chǎng)方向生長(zhǎng)形成電樹(shù)枝，嚴(yán)重時(shí)可貫穿整個(gè)絕緣， 引發(fā)擊穿事故。 

         B. X. DU 等研究發(fā)現(xiàn)，PP 在不同溫度下受幅值 12 kV、頻率 400 Hz 脈沖電壓作用時(shí)，均可長(zhǎng)出樹(shù) 枝狀電樹(shù)枝；相對(duì)于 XLPE，聚丙烯內(nèi)的電樹(shù)枝更 難產(chǎn)生且生長(zhǎng)速度和尺寸更小，見(jiàn)圖 4，這對(duì)于 提高電纜運(yùn)行的可靠性意義重大。J. Holto 等觀察到 在 sPP 擊穿前有單支和多支兩種電樹(shù)枝長(zhǎng)出。因 此，研究適用于高壓直流電纜的絕緣材料，需要對(duì) 其電樹(shù)枝進(jìn)行抑制。 

     納米復(fù)合材料中，當(dāng)電樹(shù)枝生長(zhǎng)至納米位置 時(shí)，一般很難穿過(guò)納米顆粒，樹(shù)枝通道會(huì)繞過(guò)納米 粒子或停止生長(zhǎng)，尤其當(dāng)納米粒子為片層狀結(jié)構(gòu)時(shí) 對(duì)電樹(shù)枝生長(zhǎng)的阻隔效果更為明顯。而且，添加 的納米顆粒具有很大的比表面積，顆粒周?chē)a(chǎn)生的 微小空洞使得電樹(shù)分支增多，消耗了電樹(shù)發(fā)展的能 量，使得叢林狀電樹(shù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的概率變大，延緩了 電樹(shù)枝的生長(zhǎng)速度及擊穿時(shí)間。 

     遲曉紅等人用馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯并填充經(jīng) 有機(jī)化處理的納米 MMT 顆粒，采用熔融插層一步 法和二步法制備了 PP/MMT 納米復(fù)合材料。研究發(fā) 現(xiàn)采用二步法制備的 PP/MMT 納米復(fù)合材料的結(jié) 晶尺寸和結(jié)晶度均有所提高，且 MMT 可以較好地 分散在復(fù)合材料中。同時(shí)，MMT 具有片層狀結(jié)構(gòu) 和異相成核作用，可以有效阻隔電樹(shù)枝的生長(zhǎng)并減小電樹(shù)枝的尺寸。 

    目前關(guān)于聚丙烯納米復(fù)合絕緣材料電樹(shù)枝特 性的研究較少，此外，納米摻雜可以抑制空間電荷 的形成，而納米顆粒本身及其界面區(qū)域較強(qiáng)的耐放 電老化特性能阻礙電樹(shù)枝的進(jìn)一步生長(zhǎng)，結(jié)合納 米阻隔、界面效應(yīng)研究分析聚丙烯納米復(fù)合材料的 電樹(shù)枝特性還需進(jìn)一步深入。

2.1.3 擊穿強(qiáng)度 

    絕緣材料耐壓強(qiáng)度是評(píng)價(jià)電纜電氣性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)，納米摻雜可提高聚合物的擊穿強(qiáng)度， 對(duì)聚丙烯基電纜料的研制具有重要意義。根據(jù)“介 電雙層”結(jié)構(gòu)模型，填充一定量的納米粒子可以增加合物材料的陷阱能級(jí)和陷阱密度，使得同極性 電荷積聚在材料表面、載流子注入量減少，進(jìn)而削弱了材料內(nèi)空間電荷積聚引起的電場(chǎng)畸變，提高了復(fù)合材料達(dá)到擊穿所需的場(chǎng)強(qiáng)。同時(shí)，納米粒子可填充聚合物結(jié)晶時(shí)形成的球晶間隙，阻擋電荷的輸運(yùn)和注入。 

    目前，不少文獻(xiàn)對(duì)聚丙烯納米復(fù)合材料的擊穿 特性進(jìn)行了較多研究。M. Takala 等研究發(fā)現(xiàn) POSS 納米粒子可以填充聚丙烯球晶間隙，阻擋電荷的輸運(yùn)，使納米復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度大幅提高。M.  Takala 等在研究中還發(fā)現(xiàn)，與純 PP 相比，PP/SiO2 納米復(fù)合材料的交流和直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)均明顯提高， 其中直流擊穿強(qiáng)度提高了52.3%。 研究復(fù)合材料的擊穿性能時(shí)，微觀結(jié)構(gòu)的分析 同樣值得關(guān)注。S. Virtanen 等研究發(fā)現(xiàn)不同摻雜量的納米CaCO3 顆粒在聚丙烯基體中分散水平基本相同，而納米團(tuán)聚引起的微粒的密度隨納米摻雜濃 度的增大呈指數(shù)形式提高。復(fù)合材料的直流擊穿強(qiáng)度在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1.8%時(shí)最大，后隨納米濃度提高引 起的微粒密度變大而降低。馬超等通過(guò)熔融共混制備了PP/Al2O3納米復(fù)合材料，研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料 的直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)、陷阱的能級(jí)、陷阱密度，均隨納米Al2O3 摻雜量的增加呈先變大后變小的特征，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.5%時(shí)達(dá)到最大值，且此時(shí)摻雜納米的復(fù)合材料的直流擊穿場(chǎng)強(qiáng)比未摻雜的提高了27%。 改善聚丙烯擊穿強(qiáng)度多采用 SiO2、Al2O3、 CaCO3、POSS 等納米材料，使復(fù)合材料達(dá)到最佳擊穿特性時(shí)的摻量也有所不同，對(duì)采用納米表面處理改善團(tuán)聚及其與基體的結(jié)合以提高復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度的研究可作進(jìn)一步探討。