西安交大科研團隊實現(xiàn)環(huán)保型聚丙烯電纜絕緣溫度穩(wěn)定性的大幅提升
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文章出處:作者:責任編輯:人氣:-發(fā)表時間:2024-02-23 16:32
隨著我國“雙碳”戰(zhàn)略目標的不斷深化,承擔城市輸配電重任的電力電纜正經歷著綠色化、低碳化的關鍵性變革。傳統(tǒng)交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜絕緣生產過程耗能大、不可回收的缺點嚴重限制了其可持續(xù)性發(fā)展。聚丙烯基(PP)環(huán)保型電纜絕緣因其生產過程耗能少、退役可回收,成為了近年來國內外的研究熱點。
然而,PP絕緣的室溫模量遠高于XLPE絕緣,造成了電纜敷設安裝的困難。通過彈性體改性增韌后,非交聯(lián)PP絕緣機械模量的溫度穩(wěn)定性又會發(fā)生較大的劣化,導致實際運行中PP電纜絕緣較高溫度下的熱變形,可能引發(fā)電纜偏心故障。因此,提升溫度穩(wěn)定性是聚丙烯電纜絕緣研究亟待解決的瓶頸問題。
圖1 聚丙烯絕緣溫度穩(wěn)定性較低引發(fā)的電纜偏心故障示意圖
針對以上問題,西安交通大學電氣學院、電工材料電氣絕緣全國重點實驗室李建英教授課題組聯(lián)合中國科學院化學所、中國電科院、燕山石化、江蘇上上電纜等單位,在共聚聚丙烯(IPC)絕緣的多相結構中引入了多重長鏈支化(LCB)結構,實現(xiàn)了環(huán)保型聚丙烯電纜絕緣溫度穩(wěn)定性的大幅提升。近日該研究成果發(fā)表在《化學工程雜志》上。
圖2 多重長鏈支化結構的設計、表征及大幅提升的溫度穩(wěn)定性:長鏈支化共聚聚丙烯(a)合成路徑及其(b)核磁氫譜、(c)剪切流變表征結果;(d)機械模量的溫度依賴特性;不同溫度下的(e)熱變形率及(f)熱蠕變量結果;(g)熱變形率及熱蠕變量的高溫機械模量依賴特性;(h)長鏈支化共聚聚丙烯高溫機械模量與文獻結果的對比;長鏈支化共聚聚丙烯(i)交流擊穿強度的溫度依賴特性及(j)體積電阻率結果。
該工作結果表明,相比于IPC,LCBIPC的模量不僅在室溫20℃下獲得了13%的降低,同時在150℃下實現(xiàn)了近300%的提升。在160℃的極端高溫下,LCBIPC的蠕變量和熱變形量分別減少了85%及82%。該工作認為LCBIPC能夠通過增強分子鏈段的纏結效應來抑制無定形區(qū)隨溫度的膨脹,在溫度穩(wěn)定性得到大幅提升的同時,各項電氣性能在30℃至90℃的寬溫域下也得到提升。
同時,該工作驗證了LCBIPC仍具有良好的可回收性,在多次重塑加工后熔融指數(shù)未發(fā)生明顯的變化。該研究成果突破了環(huán)保型聚丙烯電纜絕緣溫度穩(wěn)定性難以提升的瓶頸問題,對于提高聚丙烯電纜的運行可靠性提供了重要的理論和技術支撐。
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