聚乙烯电缆料改性技术的研究进展
基于聚乙烯力学性能优化的改性方法浅析
基于聚乙烯力学性能优化的改性方法浅析（一）填充改性法
填充改性法是通过向聚乙烯中添加填充剂来改善其力学性能。
常用的
填充剂包括颗粒状填料如碳酸钙、氧化铝等以及纤维状填料如玻璃纤维、
碳纤维等。
填充剂的添加可以增加聚乙烯的强度、刚度和耐热性，并改善
其抗冲击性能。
填充剂的选择要考虑到聚乙烯与填充剂的相容性以及填充
剂的表面处理情况。
（二）增容改性法
增容改性法是通过向聚乙烯中添加增容剂来提高其力学性能。
常用的
增容剂有改性聚乙烯、弹性体、共混物等。
增容剂的添加可以提高聚乙烯
的强度、韧性和耐磨性。
增容剂的选择要考虑到与聚乙烯的相容性以及增
容剂的颗粒大小和分布。
（三）改性工艺优化
改性工艺优化是通过改变聚乙烯的加工工艺来改善其力学性能。
常用
的改性工艺包括共混、增容共混、再结晶等。
共混是将不同类型的聚合物
均匀混合，形成共混物。
增容共混是向聚合物中添加增容剂，并进行共混。
再结晶是通过控制冷却速度和结晶温度来改变聚乙烯的结晶结构，从而影
响其力学性能。
总结起来，基于聚乙烯力学性能优化的改性方法包括填充改性法、增
容改性法和改性工艺优化。
这些方法可以提高聚乙烯的强度、刚度、韧性
和耐热性，并改善其抗冲击性能。
在实际应用中，应根据具体的要求选择
适当的改性方法，并考虑到聚乙烯与添加剂或改性工艺的相容性，以及添
加剂的颗粒大小和分布等因素。
聚乙烯改性的研究与进展
埃洛石（ＬＤＰＥ／ＨＮＴｓ），纳米复合材 料，研究了用偶联剂ＫＨ５５０改性 ＨＮＴｓ前后，纳米复合材料的力学性 能、阻燃性能和热稳定性。结果表明 ＨＮＴｓ的加入能明显提高ＬＤＰＥ的阻 燃性能，增加ＬＤＰＥ的拉伸强度，但 会引起冲击强度和５％～１０％热失重温 度的明显下降；用ＫＨ５５０改性ＨＮＴｓ 能进一步提高ＨＮＴｓ的阻燃效果，并 提高复合材料的冲击强度和热稳定性。 鲁红典【１３１等系统研究了碱式硫酸 镁晶须（ＭＨＳＨ）对ＬＤＰＥ性能的影 响。实验结果表明，复合材料的拉伸 强度、热氧化稳定性、阻燃性能和热 变形温度随着ＭＨＳＨ含量的增加而 显著提高。作为增强阻燃无机纤维， ＭＨＳＨ具有广阔的应用前景。 刘彤“卅利用共混塑化成型法制备 粉煤灰／ＰＥ复合材料，探讨了不同 偶联剂对复合材料力学性能的影响， 并对其中改性效果最好的偶联剂的最 佳添加量和其改性的粉煤灰的最佳填 充份数作了研究。结果表明不同偶联 剂中以硅烷偶联剂ＫＨ－５９０的改性 效果最好，其最佳用量为１．５％。ＰＥ 为１００份时，ＫＨ－５９０改性的粉煤灰 的最佳填充份数为５０份。
电子信箱：ｄｕｘ３２５＠１６３．ｃｏｍ
万方数据
和较好的尺寸稳定性。ＨＤＰＥ比 ＬＤＰＥ提高了耐热性和机械强度，并 且提高了对水蒸气和气体的阻隔性。 ＨＤＰＥ可使用挤出法加工成管材、板 材、片材，型材和单丝、扃丝、打包 带；用吹塑法可以生产大中型中空容 器；用注塑法可生产各种制件，如日
用品和工业用品等。
０．９１０－０．９２５９／ｃｍ３，因其为高压法 聚合所得，也称为高压ＰＥ，其具有 密度低、透明性好、绝缘性好等优 点，主要用于农膜、重包装膜、收缩 膜、透明膜、绝缘料及电缆护套的生 产，还可以用于注塑、挤压、发泡等 加工领域；ＬＬＤＰＥ相对密度０．９１８—
塑料改性技术在电线电缆材料的应用
塑料改性技术在电线电缆材料的应用当前，随着我国经济的不断开展，塑料改性技术已经成为新技术，在电力行业中，塑料改性技术在电线电缆材料中已经得到了广泛的应用，对于电线电缆材料来说减少和防止含卤型阻燃材料对环境和人类安康带来的不良影响，已是阻燃高分子材料行业的一个迫切问题。
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21世纪以来，我国经济飞速开展，带动了塑料行业的快速开展。
由于塑料本身具有污染性，以及人们一直以来追求比较安康的替代物，因此，塑料改性技术得以开展。
所谓塑料改性技术就是通过物理和化学的手段，改善塑料的使用性能的高科技。
研发人员提高了塑料行业的使用性能，才能让更多的消费者承受产品，最终提高企业的利润。
如今，塑料改性技术备受塑料行业的高度重视，其附带的经济效益以及在塑料科研中的重要地位正逐渐突显出来。
例如，在研究具有高性能高分子材料的过程中，将塑料改性技术应用其中，对已有的塑料进展改性，很大程度上可以节约人力，大大降低本钱，更有助于研发出具有大市场的高性能塑料;另一方面，通过塑料改性技术，科研人员提高了塑料中的科技含量和使用性能，提高了产品的性价比。
在现阶段，电线电缆材料在市场上需求越来越大，又由于人们对各种产品的平安性和低污染性的要求越来越高，塑料改性技术的快速开展正好能够满足电线电缆的平安性，并能够降低其污染性。
在实际应用中，塑料改性技术的应用探究主要有以下几点：1塑料改良技术在聚氯乙烯电线电缆料的应用探究聚氯乙烯的物理性能和化学性能好，具有燃点高，抗化学腐蚀，耐油性，耐水性，良好的导电性等优良性能，因此在电线电缆行业中使用非常广泛。
作为电缆料的包覆材料以及树脂的主要组成部分，聚氯乙烯的性能好坏很大程度上决定了电缆料的质量。
然而聚氯乙烯本身抗老化性能较弱，容易随着温度而变质以及耐磨性能不好，缩短了电线电缆的使用周期，造成了材料的浪费。
电缆报废后，聚氯乙烯在燃烧时会产生大量的有毒气体，严重污染环境，不符合环保的要求。
聚乙烯的改性研究
交联聚乙烯 （CLPE ）
采用辐射法（X射线、电子射线或紫外线照射等）或 化学法（过氧化物或有机硅交联）使线型聚乙烯成为 网状或体型的交联聚乙烯。PE 的辐射交联反应为自由 基链式反应, 反应过程可分为三 步: (1) PE 高分子链在 辐照作用下生成初级自由基和活泼氢原子; (2) 活泼氢 原子可继续攻击PE, 再生成自由基; (3) 大分子链自由
但是它有一致命缺点: 对于环境应力(尤其是化学和机械作 用) 很敏感，耐热老化性差。
聚乙烯的改性品种
主要包括: 氯磺化聚乙烯 交联聚乙烯 共混改性聚乙烯
氯磺化聚乙烯（CSM）
氯磺化聚乙烯是美国杜邦公司首先实现工业化生
产的。氯磺化聚乙烯由低密度聚乙烯或高密度聚 乙烯经过氯化和氯磺化反应制得。
氯磺化聚交联法 : 在实验室试验时，主要用γ射线。工业上，
常用大型电子加速器产生的电子束来使 聚合物发生交联。辐射交联主要是使用 高能射线打断PE中C 一C 键和C 一H 键 所产生的自由基来引发交联的。
在进行交联反应时，需要加入增敏剂和敏 化剂。增敏剂一般为多官能团单体, 可增 大交联反应的比例；敏化剂一般为活泼 小分子, 作用为加速辐射交联反应。常用
瞬间短路温度/℃
－
软化温度/℃
105－115
体积电阻率
10（17)
介电强度
20-35
耐候性
差
耐老化性
一般
耐油性
一般
低温脆化性
一般
交联聚乙烯 0.92 90 250
10（17） 35－50 一般 优良 优良 优良
交联聚乙烯的生 产
绝 缘 电 缆
交 联 聚 乙 烯
共混改性聚乙烯
聚乙烯改性研究进展
２１ ０ ０年 Ｏ ３月
武
汉
工
程
大
学
学
报
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ３ １３ ．
Ｍａ ． ｒ ２ Ｏ Ｏ１
Ｊ Ｗ ｕ ａ Ｉ ｓ 。 Ｔｅ ｈ ． ｈｎ ｎｔ ｃ．
文 章 编 号 ： ６ ４—２ ６ （ ０ ０ ０ １７ ８ ９ ２ １ ） ３—０ ３ ０ １—０ ６
唐进 伟等 ＿ 利用 固相 法 在线 性 低 密 度 聚 乙烯 ３
（ Ｌ Ｅ） 接 枝 ＭＡ， 到 了 接 枝 率 为 １ ～ Ｌ ＤＰ 上 得 ％
２ ４ ， 胶 含 量 小 于 ４ 的 Ｉ Ｐ —— Ａ． ． 凝 ％ Ｄ Ｅ ｇＭ Ｉ
于逢 源 等［ 采 用 多组 分 单 体 熔 融接 枝 法 ， ４ 以 甲基 丙烯 酸 缩 水 甘 油 酯 和 苯 乙 烯 作 为 接 枝 单 体 ，
鲁建 民等 研究 了粉末 态 高 密 度 聚 乙烯 的 辐 射 效应 、 多 种 单体 的 固态 辐 射 接 枝行 为 及其 表 与 征， 并将 其应 用于 聚 乙烯 粉末 涂 料 ， 附着 力 和柔 其
韧 性得 到显著 改善． Ｅｋ ｏ ｉ ６ 用光接枝 的方法 将 Ａ 接枝 到 ｌｈ ｌ 等＿采 ｄ Ａ 聚 乙烯上 ， 改性后 的 Ｐ Ｅ薄膜 具有 良好 的粘 结性．
０ 引 言
聚 乙烯 （ Ｅ 质 优 、 廉 、 得 ， 用 途 十分 广 Ｐ ） 价 易 且
苯 为溶 剂 ， 行 了丙 烯 酸与 低 密度 聚 乙烯 （ Ｄ Ｅ 进 Ｌ Ｐ ）
的溶 液 接枝 聚 合 ． 乙烯 接 枝 了丙 烯 酸后 与铝 的 聚 粘 结强 度显著 增 大 ， 当接 枝 率 为 ７ ２ 时 ， 离强 ． 剥
二步法硅烷交联聚乙烯抗预交联性的研究
二步法硅烷交联聚乙烯抗预交联性的研究发布时间：2021-04-26T03:06:24.238Z 来源：《中国科技人才》2021年第6期作者：高兵兵[导读] 为了改善聚烯的耐热和机械性能，行之有效的方法是化学交联改性[1]。
上海高分子功能材料研究所上海市 201314摘要：二步法硅烷交联聚乙烯主要在电线电缆料、管材料中广泛应用。
二步法硅烷交联聚乙烯在制备、保存、加工过程会出现预交联，导致制品缺陷。
本实验主要研究了二步法硅烷交联聚乙烯通过添加抗预交联剂MP-0防止预交联的方法，验证并有效。
关键词：二步法；硅烷交联聚乙烯；抗预交联聚乙烯作为五大通用塑料之一。
由于结构原因,聚乙烯不能承受较高的使用温度, 加之其机械强度较低，因而限制了它在许多领域的应用。
为了改善聚烯的耐热和机械性能，行之有效的方法是化学交联改性[1]。
聚乙烯化学交联改性技术通常有三种：辐照交联法、化学交联法、硅烷交联法。
硅烷交联法具有设备投资少，工艺通用性强，不受制品厚度限制，过氧化物用量低，耐老化性能好，所以人们更倾向于研究硅烷交联技术。
硅烷交联法又分一步法和二步法，用二步法硅烷交联法进行交联改性时,通常先将乙烯基硅烷通过熔融接枝反应接枝到聚乙烯的分子链上,生成硅烷接枝聚乙烯[2]，硅烷接枝聚乙烯与催化剂B 料按照一定比例混合挤出，再进行温水交联后，形成硅烷交联聚乙烯塑料。
二步法硅烷交联聚乙烯同样存在一些缺点，例如在接枝、保存、加工过程都会出现预交联反应，导致挤出表观差，得到的制品表面有疙瘩。
本实验将研究一种抗预交联剂MP-0对二步法硅烷交联聚乙烯预交联反应的影响。
1.实验部分1.1、主要原料线性低密度聚乙烯218WJ，沙特基础工业有限公司；乙烯基三甲氧基硅烷（A-171），南京化学试剂股份有限公司；过氧化二异丙苯（DCP），南京化学试剂股份有限公司；二月桂酸二丁基锡（DBTDL），杭州瑞科化工有限公司；抗预交联剂：MP-0；蒸馏水。
聚乙烯升级改性研究
聚乙烯升级改性研究近年来，聚乙烯作为一种非常常见的塑料，在各个领域中都有着广泛的应用。
然而，纯聚乙烯材料的力学性能有限，同时也容易受到环境的影响而产生老化现象。
因此，对聚乙烯进行升级改性研究，是当前塑料材料研发的重点之一。
一、聚乙烯升级改性的研究方向聚乙烯升级改性的研究方向可以从以下几个方面展开：1.功能性添加剂通过添加不同的功能性添加剂，可以使聚乙烯在使用时表现出不同的性质。
比如，添加UV吸收剂可以提高聚乙烯的耐久性，使其能够在户外环境下长期使用；添加抗静电剂可以防止聚乙烯表面积聚静电带来的危害。
此外，还有抗氧化剂、增塑剂等等。
2.聚乙烯共混将不同的聚合物混合在一起，可以形成一种新的聚合物体系。
通过聚乙烯共混，可以调节聚乙烯的熔指数、热稳定性、机械性能等方面的性质。
常见的聚乙烯共混物有聚丙烯共混、聚碳酸酯共混等。
3.化学改性化学改性是指通过聚合反应、交联反应等化学方法改变聚乙烯分子结构，从而改变聚乙烯的物理化学性质。
常用的化学改性方法有辐射交联、过氧化改性等。
4.表面修饰表面修饰是指通过改变聚乙烯表面的化学性质，实现对聚乙烯表面性质的改变。
比如，聚乙烯表面改性可以使用光化学处理、贴膜等方法。
以上是当前聚乙烯升级改性的研究方向，在各个方向中，最为广泛的是功能性添加剂和聚乙烯共混两个方向。
二、功能性添加剂的研究进展常见的功能性添加剂有抗氧化剂、紫外线吸收剂、抗静电剂等等。
目前，研究人员在以上多个方向上都有了一定的进展。
1.抗氧化剂抗氧化剂是一种可以有效延长聚乙烯寿命，同时提高其机械性能等方面的化学添加剂。
常见的抗氧化剂有酚酞、硫化羰基、β -酮酸酯等。
2.紫外线吸收剂添加紫外线吸收剂的聚乙烯材料，在阳光和紫外线的照射下，会吸收紫外线而不会呈现老化、变脆和变色现象。
常用的紫外线吸收剂有2-（2-羟基-5-甲基-苯基）苯基-2-丙酮酸-酯（HMPP）等。
3.抗静电剂聚乙烯材料表面的静电常常会对人体健康、设备安全等造成威胁。
超高分子量聚乙烯纤维表面改性技术研究现状
为了解决UHMWPE纤维与基体结合粘结性差的问题，长期以来各国的学者作了许多相关的研究，也取得了一定的进展。
一些常用的方法主要有等离子处理，电晕放电处理，辐照处理以及氧化法处理等等。
1 等离子处理等离子体处理由于仅作用在材料表面有限深度内(几个分子)，对纤维的力学性能不会有太大的影响，因而受到了人们的关注。
等离子体处理UHMWPE纤维表面的方法分为低温等离子体处理和等离子体引发接枝表面处理两种方法。
韩国的Sung In Moon，Jyongsik Jang 研究了氧气等离子处理后UHMWPE与乙烯基酯树脂的粘结性能的变化，他们发现处理后的纤维与未处理的纤维比较，横向拉伸强度提高，这表明复合体的界面粘结性能得到了改善，且通过SEM观察发现纤维表面产生很多微陷，这有利于纤维与树脂之间的机械互锁作用，同时他们用有限元分析的方法研究了UHMWPE与基体之间力的传递。
Hengjun Liu等人采用氩气对UHMWPE 纤维进行等离子处理，研究结果显示处理后的纤维耐磨性和硬度都得到了提高，同时其表面的润湿性也得到了提高。
之后的研究中他们又将UHMWPE在氧气等离子体在微波电子回旋共振系统中进行处理研究纤维性能的改变，他们发现纤维的硬度和耐磨性都得到了提高的同时纤维的表面产生了许多含氧的活性基团，增加了纤维与基体的润湿性和粘结性。
Zhang YC等人针对超高分子量聚乙烯纤维表面能低与基体结合性能差的缺点，采用了在常压下对纤维进行等离子处理改性的方法，实验中采用的纤维是表面包裹有纳米二氧化硅的UHMWPE纤维，等离子处理所用的载气为氩气和氧气的混合气体(100:1)，处理后纤维的表面能明显提高与基体的润湿角减小，通过红外光谱分析后发现在纤维表面产生了很多的含氧活性基团，大大提高了其与树脂的结合性能。
Z-F. Li等以丙烯酰胺为单体利用等离子接枝的方法处理超高分子量聚乙烯纤维，他们发现处理后的纤维的强度与原纤维相比并没有明显的变化，然而在复合材料层间剪切强度(ILSS)的测试中发现，经过接枝处理的纤维与树脂的结合强度明显高于未处理的纤维，且处理效果与处理功率和时间有关，当等离子功率为30W，处理时间为10min时，剪切强度达到最大值。
聚乙烯的改性分析
聚乙烯的改性分析聚乙烯是一种常见的聚合物材料，具有良好的物理性能和化学稳定性。
然而，由于其具有低表面能、低粘附性和低分子量的特点，其应用范围受到一定限制。
为了改善聚乙烯的性能，常常进行改性处理。
聚乙烯的改性分析包括改性方法、改性效果以及应用领域等方面。
物理改性是指利用外加能量或机械手段对聚乙烯进行改性，以改变其结构和性能。
常用的物理改性方法包括高温处理、辐射交联和填充剂增强等。
高温处理可以通过在一定温度下对聚乙烯进行加热处理，使其分子发生热运动，进而改变其结晶性能和热稳定性。
辐射交联是指利用辐射源对聚乙烯进行照射处理，使其分子发生交联反应，提高其力学性能和耐热性能。
填充剂增强是指向聚乙烯中加入一定比例的填充剂，如纤维、颗粒或片状物质，以改变其物理性能和力学性能。
化学改性是指通过在聚乙烯分子中引入新的基团或改变其分子链结构，从而改变其性能。
常见的化学改性方法包括共聚改性、交联改性和接枝改性等。
共聚改性是指将聚乙烯与其他单体进行共聚反应，形成共聚物，以改变聚乙烯的性能。
交联改性是通过在聚乙烯分子链上引入交联结构，提高其热稳定性、力学性能和耐化学性能。
接枝改性是指将聚乙烯表面进行化学处理，引入新的基团，以提高其润湿性和粘附性。
改性后的聚乙烯具有改善的性能，广泛应用于各个领域。
改性后的高温处理聚乙烯常用于制备高温管道、电缆绝缘材料和汽车部件等。
辐射交联聚乙烯常用于制备电线电缆、电力设备和电子元件等。
填充剂增强聚乙烯常用于制备复合材料、塑料制品和建筑材料等。
共聚改性聚乙烯常用于制备聚乙烯共聚物、包装材料和纺织品等。
交联改性聚乙烯常用于制备高强度管材、电线电缆和塑料制品等。
接枝改性聚乙烯常用于制备粘合剂、涂料和封装材料等。
综上所述，聚乙烯的改性分析涉及改性方法、改性效果和应用领域等方面。
通过物理改性和化学改性可以改变聚乙烯的结构和性能，从而满足不同领域的需求。
聚乙烯的改性具有广泛的应用前景，可以应用于电子、建筑、包装等多个领域。
聚乙烯的改性
专业综合实践(综述)系别：轻工工程系专业：高分子材料应用技术班级： 12工艺331学生姓名：刘彭城学生学号： 1213323113指导教师：徐应林聚乙烯改性研究进展[摘要] 聚乙烯以优良的力学性能、加工性能、耐化学性等成为最主要的聚烯烃塑料品种,大量用于生产薄膜、包装和管材等.但聚乙烯的非极性和低刚性限制了其在某些领域的应用.综述了聚乙烯的化学改性的新进展.化学改性包括接枝改性、共聚改性、交联改性、氯化及氯磺化改性和等离子体改性.[关键词] 聚乙烯;化学改性;进展前言化学改性的方法主要有接枝改性、共聚改性、交联改性、氯化及氯磺化改性和等离子体改性处理等方法.其原理是通过化学反应在PE分子链上引入其它链节和功能基团,由此提高材料的力学性能、耐侯性能、抗老化性能和粘结性能等。
1.接枝改性接枝改性是指将具有各种功能的极性单体接枝到PE主链上的一种改性方法.接枝改性后的PE不但保持了其原有特性,同时又增加了其新的功能.常用的接枝单体有丙烯酸(AA)、马来酸酐(MA)、马来酸盐、烯基双酚A醚和活性硅油等.接枝改性的方法主要有溶液法、固相法、熔融法、辐射接枝法、光接枝法等.程为庄等以过氧化苯甲酰为引发剂,二甲苯为溶剂,进行了丙烯酸与低密度聚乙烯(LDPE)的溶液接枝聚合.聚乙烯接枝了丙烯酸后与铝的粘结强度显著增大,当接枝率为7.2%时,剥离强度由未接枝时的193N/m提高到984N/m.唐进伟等[1]利用固相法在线性低密度聚乙烯(LLDPE)上接枝MA,得到了接枝率为1%～214%,凝胶含量小于4%的LLDPE2g2MA.于逢源等[2]采用多组分单体熔融接枝法,以甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯乙烯作为接枝单体,对LDPE进行熔融接枝改性,获得了接枝率为3%的改性低密度聚乙烯.鲁建民等研究了粉末态高密度聚乙烯的辐射效应、与多种单体的固态辐射接枝行为及其表征,并将其应用于聚乙烯粉末涂料,其附着力和柔韧性得到显著改善.Elkholdi等采用光接枝的方法将AA接枝到聚乙烯上,改性后的PE薄膜具有良好的粘结性.2.共聚改性共聚改性是指通过共聚反应将其它大分子链或官能团引入到PE分子链中,从而改变PE的基本性能.通过共聚反应,可以改变大分子链的柔顺性或使原来的基团带有反应性官能团,可以起到反应性增容剂的作用[3].Ghosh等采用接枝共聚的方法将少量的丙烯酸单体共聚物接枝到PE上,与原始的PE相比,改性后的PE具有较高的熔体粘度和较低的熔流动指数.3.交联改性交联改性是指在聚合物大分子链间形成了化学共价键以取代原来的范德华力.由此极大地改善了诸如热变形、耐磨性、粘性形变、耐化学药品性及耐环境应力开裂性等一系列物理化学性能[4].聚乙烯的交联改性方法包括过氧化物交联(化学交联)、高能辐射交联、硅烷接枝交联、紫外光交联[5].1.3.1 过氧化物交联过氧化物交联适用性强、交联制品的性能好,在工业中得到广泛的应用[6].刘新民等[7]研究了过氧化物交联PE的工艺与力学性能.过氧化物交联PE的力学性能有一定的提高,随着过氧化二异丙苯含量的增加,交联PE的凝胶含量提高;交联PE的拉伸强度随PE的凝胶含量增加而提高,断裂伸长率下降.同时,炭黑对复合材料有一定的补强作用,氧化锌的加入有助于交联反应和拉伸强度的提高.1.3.2 辐射交联应用辐射新技术,将聚合物置于辐射场中,在高能射线(γ射线、电子束以及中子束等)的作用下,可以在固态聚合物中形成多种活性粒子,引发一系列的化学反应,在聚合物内部形成交联的三维网络结构,使聚合物的诸多性能得到改善[8].王亚珍等[9]采用辐射交联制备的LDPE/EVA混合体系泡沫片材具有表观光滑、柔软、手感好、表观密度较小的特点,复合材料具有优异的力学性能,较高的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度.1.3.3 硅烷接枝交联硅烷接枝交联聚乙烯主要包括接枝和交联两个过程.在接枝过程中,乙烯基硅烷接枝于聚乙烯大分子链上生成接枝聚合物,在交联过程中,接枝聚合物先水解成硅醇,—OH与邻近的Si—O—H基团缩合形成Si—O—H键,从而使聚乙烯的大分子之间产生交联.张建耀等[10]研究了高密度聚乙烯(HDPE)、LLDPE及其共混物的乙烯基三乙氧基硅烷(VTEOS)接枝交联产物的分子结构、熔融行为.研究发现VTEOS接枝交联PE能力为:LLDPE>HDPE/LLDPE共混物>HDPE;接枝交联使HDPE、LLDPE及其共混物的结晶度和熔点降低,晶粒变得不均匀.1.3.4 紫外光交联紫外光交联是近年来才开始实现工业应用的新交联方法,通过加入聚乙烯基料中的光引发剂和光交联剂吸收紫外光后发生一系列的光物理和光化学反应而产生的大分子自由基进行迅速复合生成三维网状的交联结构.Wu等用紫外光辐射的方法将C—O、C—OH和C=O等含氧基团引入LLDPE的分子链上.结果表明:辐射后LLDPE的分子量变小,和LLDPE相比,其熔体流动指数、拉伸强度和断裂伸长率都有所降低,但仍保持良好的韧性,且亲水性增强.4.氯化及氯磺化改性氯化聚乙烯是聚乙烯分子中的仲碳原子被氯原子取代后生成的一种高分子氯化物,具有较好的耐候性、耐臭氧性、耐化学药品性、耐寒性、阻燃性和优良的电绝缘性.氯磺化聚乙烯是聚乙烯经过氯化和氯磺化反应而制得的具有高饱和结构的特种弹性材料,属于高性能橡胶品种.其结构饱和,无发色基团存在,涂膜的抗氧性、耐候性和保色性能优异,且耐酸碱和化学药品的腐蚀,已广泛应用于石油、化工等行业[11].5.等离子体改性处理等离子体是由部分电离的导电气体组成,其中包括电子、正离子、负离子,基态的原子或分子、激发态的原子或分子、游离基等类型的活性粒子.在聚乙烯等高分子材料表面改性中主要利用低温等离子体中的活性粒子轰击材料表面,使材料表面分子的化学键被打开,并与等离子体中的氧、氮等活性自由基结合,在高分子材料表面形成含有氧、氮等极性基团,由于表面增加了大量的极性基团从而能明显地提高材料表面的粘接性、印刷性、染色性等.Ataeefard等用Ar、O2、N2、CO2气态等离子体处理LDPE表面,结果表明在低气压时O2、Ar、N2、CO2气态等离子体可改善LDPE薄膜的润湿性,其接触角的减小主要与放电量和曝光时间有关;LDPE的表面形貌与等离子体放电量、曝光时间和采用不同类型的气体有关,用Ar、N2气态等离子体处理LDPE效果更佳. 总结21世纪新材料发展非常迅速,优胜劣汰的竞争将更为激烈.PE以其价格低廉、品质优良、适于改性的特点,成为人们的首选.各种改性技术的引入,使通用PE的应用范围越来越广泛,使低档塑料高性能化应用成为现实.尽管在各种改性PE中可能还存在不完善和缺陷,但是,可以预料经济而有效的PE改性开发研究仍将得到大力发展.参考文献[1] 唐进伟,童身毅.线型低密度聚乙烯固相接枝马来酸酐研究[J].化工科技,2007,15(3):528.[2] 于逢源,肖汉文,徐冰,等.低密度聚乙烯的接枝改性[J].应用化学,2005,22(7):7962799.[3] 李孝三,王德禧.聚烯烃的化学结构改性[J].中国塑料,1990,4(4):17225.[4] 于逢源,肖汉文,徐冰,等.低密度聚乙烯的接枝改性[J].应用化学,2005,22(7):7962799.[5] 胡发亭,郭奕崇.聚乙烯交联改性研究进展[J].现代塑料加工应用,2002,14(2):61264.[6] 史伟,王伟明.过氧化物交联聚乙烯管材的生产工艺[J].工程塑料应用,2004,32(7):26228.[7] 刘新民,许春霞,葛涛,等.过氧化物交联聚乙烯的力学性能研究[J].现代塑料加工应用,2003,15(6):14216.[8] 李星,刘东辉,杨明,等.辐射交联聚乙烯薄膜的研究[J].现代塑料加工应用,2002,14(2):528.[9] 王亚珍,张辉,李曙光,等.辐射交联LDPE/EVA混合体系泡沫片材性能的研究[J].塑料,2004,33(1):20232.[10] 张建耀,刘少成.硅烷接枝交联HDPE、LLDPE及其共混物的结构研究[J].弹性体,2007,17(4):39243.[11] 孙聚华,邹向阳,金永峰,等.氯磺化聚乙烯的合成[J].弹性体,2008,18(2):34237.。
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聚乙烯电缆料改性技术的研究进展王 霞, 何华琴, 屠德民(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,陕西西安710049)摘要:综述了国内外聚乙烯电缆料近20～30年改性技术的研究进展,介绍了聚乙烯电缆料常用的几种改性方法和电极同极性电荷注入的抑制方法,并指出了其进一步的发展趋势。
关键词:聚乙烯;改性;注入;抑制中图分类号:TM215.1文献标识码:A文章编号:1672-6901(2006)06-0009-05Development of the Modincation of Polyethylene Cable CompoundW ANG Xia ,et al(Xi 'an Jiaotong Universit y ,State Key Laboratory of Electncal Insulalion for Electrlc Power Eq mprnent ,Xi 'an 710049,China )Abstract :This paper summaries the develop ment of the modification of polyethylene cable compound for the past 20-30years at home and abroad .It presents some common methods of modification ,suppression of hetero charges in bulk and injection of homo -charges from electrode .Finally ,this paper points out the trend of further develop ment .Key words :polyethylene ;modification ;injection ;suppression收稿日期:2006-05-17作者简介:王 霞(1976-),女,山西运城人,在职博士生,讲师.作者地址:陕西西安市咸宁西路28号[710049].1 引 言 在电力系统中,交联聚乙烯绝缘因其优良的介电和耐热性能已被广泛应用于高压和超高压塑料绝缘电力电缆中。
但在直流电场作用下,绝缘中容易形成空间电荷,空间电荷会使电场分布发生畸变、促使老化,甚至绝缘击穿。
因此,探索抑制电场作用下聚乙烯中空间电荷集聚效应和提高其介电性能对于保证电缆绝缘有效性具有十分重要的意义。
一般而言,聚乙烯中空间电荷主要由两部分组成,其一是电极注入的入陷载流子或可迁移的载流子,在高场强作用下,它们是主要因素,称为同极性空间电荷;其二是绝缘体内有机或无机杂质在电场作用下电离并发生迁移造成的,在低场强作用下,它们是主要因素,称为异极性电荷。
目前国内外学者对抑制电极同极性电荷的注入和绝缘体内异极性电荷的形成做了大量的工作。
在抑制电极同极性电荷注入方面,如半导电层改性[1]、电极电荷注入阻挡层[2,3]、等离子表面处理[4]等等。
对抑制异极性电荷的形成主要都是向聚乙烯中加入某种物质来改变其中的陷阱能级分布从而改变其空间电荷分布,常用的改性方法有:添加剂[5,6]、共混[7,8]、接枝[9,10]和二元共聚[11,12]等四种。
下面对这些改性方法给予简要的介绍。
2 聚乙烯改性方法2.1 添加剂的应用2.1.1 有机 无机添加剂(1)钛酸钡(BaTiO 3)。
文献[13]报道,BaTiO 3为强极性材料,介电常数高达10000以上,它的等效偶极子由于被聚乙烯深陷阱吸附而减小,从而减少了聚乙烯中深陷阱,即增加了浅陷阱。
BaTiO 3在聚乙烯中的作用是相互矛盾的,一方面增加试样的电导;另一方面又增加试样的陷阱。
两种作用相互竞争平衡,当BaTiO 3含量为1%时,能有效改善聚乙烯中空间电荷效应,提高直流预压短路击穿强度和直流击穿强度。
与此同时也有学者研究表明当BaTiO 3含量为1%时,聚乙烯的电导可提高3倍[14]。
但M .S .Khalil [15]的研究指出在工作温度50°C ,28kV mm 场强条件下,Ba TiO 3含量为5%时才能有效减少聚乙烯中的残余空间电荷和电场分布。
这似乎与前面的研究结果不太一致,进一步的研究未见报道。
(2)氯化聚乙烯(CPE )。
文献[16]报道,1%的氯化聚乙烯添加入聚乙烯中,能有效降低空间电荷效应和体积电阻率,提高直流预压短路树枝起始电压。
CPE 为极性聚合物,在聚乙烯中作用相当于增加陷阱密度,吸引可移动的自由载流子,防止电荷在电场作用下的有序移动,从而阻止空间电荷的形成。
(3)乙烯—丙烯酸共聚物(E AA )。
E AA 也是种极性聚合物。
文献[17]表明1%EAA 含量为最佳抑制聚乙烯中空间电荷效应,并提高了聚乙烯形成电树枝和水树枝的起始电压。
它在聚乙烯中的作用机理与CPE与BaTiO3的作用机理相同。
(4)偶氮化合物。
日本学者曾在苯环上连接偶氮化合物基,添加入聚乙烯中,提高聚乙烯的击穿强度和降低高场强电导电流[18]。
由于添加剂的陷阱能级和辐射的能量依赖于苯环上的自由基的类型———电子受主类或电子施主类。
聚乙烯中的芳香族分子在与电子载流子碰撞过程中被激发,吸收载流子的能量,激发和入陷抑制了电子的雪崩,从而提高了聚乙烯的击穿强度,含卤基的芳香族化合物是理想的载流子陷阱。
(5)无机添加剂。
罗马学者将无机物加入聚乙烯中来降低聚乙烯的空间电荷效应和体积电阻率,提高其直流击穿强度[19]。
而日本学者在聚乙烯中混入极性无机填料或导电无机填料研制成功了250 kV直流电缆,运行多年,效果比较理想[20]。
但对于无机添加剂的名称,涉及到商业机密,未有文献给于具体报道。
2.1.2 成核剂(1)三梨糖醇。
三梨糖醇是一种新型的成核剂,它在聚乙烯结晶温度时为固态,可作为结晶中心,使成核相自由能势垒降低,增加内聚成核能力,加快结晶速度,减小球晶尺寸。
当三梨糖醇的含量为0.2%时,能有效降低聚乙烯的球晶尺寸,减少晶界缺陷的形成;深陷阱减少,浅陷阱增多,从而降低空间电荷在聚乙烯体内的聚集和提高耐水树性能[21]。
(2)酚酞。
也有研究表明,1%酚酞对聚乙烯电树枝的生长有较好的抑制作用,能提高电树枝起始电压;酚酞的作用在于降低聚乙烯的球晶尺寸,使晶体敛集紧密,可作为聚乙烯有效的人工晶核[22]。
2.1.3 自由基清除剂聚合物中电子在入陷和复合过程中产生的热电子会使材料的分子发生降解,并形成大分子自由基,加速了聚合物的老化。
文献[23]指出,将1%左右的电压稳定剂添加入聚乙烯中,能够减少老化过程中大分子自由基的生成、减少深陷阱的产生和提高聚合物的绝缘寿命。
文献[24]同时表明,自由基清除剂的加入,能够提高聚乙烯的树枝起始电压和老化试样的击穿强度,并且其提高的幅度随温度的增加而增加。
此外,自由基清除剂对聚乙烯的介质损耗和电阻率影响很小,由于自由基清除剂在聚乙烯中迁移率极小,在试样中稳定性极高,具有很好的工程实用价值。
2.1.4 新型纳米添加剂纳米技术是目前国内外研究最多的热门课题之一。
由于纳米粒子粒径很小,只有几个到几十个纳米,尺寸介于微观原子与宏观物质之间。
从而使材料的光、电、磁、热等物理性能发生很大变化,引发许多特有的效应,成为目前研究的热点。
在电介质领域,无机纳米聚合物复合介质的研究正在兴起,无机纳米材料的加入,不仅能提高聚合物的物理及力学性能,保留纳米材料在电磁等方面的优越性,同时还可改善聚合物的介电性能[25]。
(1)纳米MgO。
日本学者将少量粒径50nm的纳米MgO与低密度聚乙烯(LDPE)复合,随纳米MgO 含量的增加,在40～80kV mm直流电场作用下,可提高LDPE的体积电阻率,降低体内空间电荷的聚集。
当纳米MgO的含量为1%时,能有效提高LDPE 的直流击穿强度[26]。
(2)纳米蒙脱土。
意大利学者将5%的蒙脱土纳米材料经净化处理后加入LDPE中,试验结果表明能有效提高交流击穿强度,但会增加直流下空间电荷的密度[27]。
(3)纳米SiO2。
美国学者将5%,粒径约15nm 的纳米SiO2使用不同助剂(氨基硅烷、六甲基二硅烷、三乙氧基-二乙烯基硅烷)处理后,加入XLPE中来提高了XLPE的介电特性。
试验结果表明三乙氧基-二乙烯基硅烷助剂处理的SiO2能有效提高XLPE 的交流击穿强度和空间电荷阈值电压;而六甲基二硅烷助剂在提高空间电荷阈值电压效果最好,但击穿强度提高幅度不如三乙氧基-二乙烯基硅烷[28]。
国内学者将少量纳米SiO x与LDPE复合,研究了复合材料的强场强电导特性和空间电荷分布,试验结果表明SiO x与LDPE复合材料的强电场电导存在预电应力效应[29],但由于纳米SiO x的比表面积和表面能等方面的特异性,导致短路后空间电荷衰减变慢[30]。
2.1.5 抗热大气老化添加剂抗热大气老化添加剂[31]主要包括:抗氧剂、抗臭氧剂、紫外线吸收剂和热稳定剂等四种。
抗氧剂是防止有机电介质热氧化和光氧化的添加剂。
碳黑就是一种强氧化抑制剂。
臭氧老化一般发生在材料表面,抗臭氧剂一般选用蜡并涂于材料表面形成保护膜,防止老化。
紫外线是光老化的主要因素。
紫外线吸收剂有以下几种,如二苯甲酮衍生物、安息香酸、水杨酸、苯并三咪唑衍生物等。
紫外线淬灭剂应用最广泛的是二价镍的络合物或盐。
光屏蔽剂的主·10·要作用是在有害的光辐射到达材料的表面之前就把光吸收掉,或者限制其深入材料内部。
光屏蔽剂有外表面涂层及颜料等。
所加的颜料主要有碳黑、活性氧化锌、二氧化钛等。
它们能有效吸收紫外线,涂层应有足够的厚度。
热稳定剂主要是防止聚合物在加工和使用过程中受热而发生降解和交联,以便提高耐久性,一般在聚氯乙烯中用的较多。
主要有铅盐、金属皂类、有机锡类及环氧类等四大系统。
一般各种抗老化添加剂要配合使用,以求取得各方面最佳的效果。
同时还要综合考虑各种添加剂的相互作用问题。
2.2 共混的应用 聚合物加热变成熔体后进行共混,称熔体共混法,是最常用的物理共混方法。
这种方法主要用于改善聚合物的加工性能和耐冲击强度等方面。
2.2.1 同种聚合物共混(1)高密度聚乙烯(HDPE)。
同种材料共混,可忽略两种不同材料的微观界面引起的空间电荷聚集。
常用的方法是将不同类型的聚乙烯相混合。
国外已有将20%HDPE和LDPE共混,通过改变LDPE 的晶格结构,提高其击穿特性,但对于击穿特性变化的机理和形态的关系仍不是很清楚[32,33]。
(2)茂金属聚乙烯(MPE)。
加拿大学者将50% MPE与LDPE共混交联,抑制聚乙烯中水树的生长[34]。
但当MPE含量较多时出现相分离,对于结晶形态和电性能进一步的研究至今未见报道。