在“雙碳”目標(biāo)的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)下，電力電纜行業(yè)正加速邁向綠色化與低碳化的發(fā)展新路徑。聚丙烯（PP）材料，憑借其出色的電氣絕緣性能、卓越的耐熱特性以及可熔融回收的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，已然成為環(huán)境友好型電力電纜絕緣材料領(lǐng)域的核心研發(fā)方向。不過(guò)，等規(guī)PP材料在應(yīng)用中暴露出低溫模量偏高、韌性不足的短板。盡管通過(guò)共混或共聚技術(shù)引入彈性體能夠在一定程度上優(yōu)化其力學(xué)性能，但這一舉措往往會(huì)犧牲部分絕緣性能。更為關(guān)鍵的是，PP分子鏈上的氫原子具有較高的化學(xué)活性，極易引發(fā)自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，進(jìn)而影響材料的穩(wěn)定性。鑒于此，深入探索PP電纜絕緣材料在電氣性能、力學(xué)性能以及耐熱性能之間的協(xié)同調(diào)控策略顯得尤為迫切。而化學(xué)接枝改性技術(shù)，作為一種創(chuàng)新且高效的手段，為提升PP電纜絕緣材料的綜合性能與耐熱性提供了可能。
本文全面綜述了基于化學(xué)接枝改性技術(shù)的電纜絕緣性能強(qiáng)化方法的研究動(dòng)態(tài)，系統(tǒng)分析了各類(lèi)化學(xué)接枝單體對(duì)PP電纜絕緣性能的具體影響，并細(xì)致比較了不同接枝工藝的優(yōu)勢(shì)與局限。
一、化學(xué)接枝單體
化學(xué)接枝單體主要可分為以下三類(lèi)：
（1）極性小分子接枝單體分為含極性官能團(tuán)接枝分子和含芳香環(huán)共軛結(jié)構(gòu)接枝分子，能通過(guò)引入局域態(tài)深陷阱和調(diào)控球晶結(jié)構(gòu)改善PP絕緣電氣性能，但過(guò)量添加也會(huì)增大PP絕緣的介電損耗，對(duì)電纜絕緣產(chǎn)生不利影響。
（2）高能電子/光子捕獲型小分子接枝單體不僅具有引入局域態(tài)深陷阱的作用，同時(shí)能夠捕獲高溫、高場(chǎng)下絕緣中的高能電子和光子，減少它們對(duì)絕緣的破壞，從而提升電纜的絕緣性能，但該方法無(wú)法改善PP絕緣耐熱性能。
（3）自由基清除型小分子接枝單體主要包括含受阻酚官能團(tuán)型和含受阻胺官能團(tuán)型兩類(lèi)，它不僅能高效清除氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的過(guò)氧化自由基，抑制自由基的氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，大大提高電纜絕緣的抗熱氧老化性能，還能引入局域態(tài)深陷阱，抑制載流子的遷移和空間電荷的注入，實(shí)現(xiàn)了PP電纜絕緣電氣、力學(xué)和耐熱性能的協(xié)同優(yōu)化。
▼表1 不同接枝小分子對(duì)電纜絕緣介電特性的影響
二、化學(xué)接枝方法
化學(xué)接枝方法主要包括熔融接枝、固相接枝、懸浮接枝、輻射接枝。熔融接枝具有生產(chǎn)連續(xù)化、成本低等優(yōu)勢(shì)，是工業(yè)生產(chǎn)主要方式，不過(guò)高溫易引發(fā)副反應(yīng)，影響接枝效果。溶液接枝反應(yīng)條件溫和，接枝率和接枝效率較高，但受有機(jī)溶劑后處理問(wèn)題制約，常用于實(shí)驗(yàn)室研究。固相接枝副反應(yīng)少，后處理簡(jiǎn)單，但屬于局部改性，主要用于表面或顆粒改性。懸浮接枝反應(yīng)溫和，能防止PP降解或交聯(lián)，但接枝單體分散性差，工藝復(fù)雜。輻射接枝工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)物接枝均勻，但使用紫外光誘導(dǎo)時(shí)需添加光敏劑，且主要適用于PP薄膜類(lèi)絕緣材料。其中，熔融接枝法因適合大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)而備受關(guān)注，但接枝過(guò)程中接枝單體與引發(fā)劑的含量、反應(yīng)溫度、時(shí)間以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等因素對(duì)接枝效果影響極大，如何優(yōu)化這些工藝條件成為了進(jìn)一步研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
▼表2不同接枝方法的參數(shù)及特點(diǎn)
三、結(jié)束語(yǔ)
本文綜述了基于化學(xué)接枝改性技術(shù)來(lái)強(qiáng)化聚丙烯（PP）電纜絕緣性能的研究進(jìn)展，并著重對(duì)極性小分子、高能電子/光子捕獲型小分子、自由基清除型小分子接枝以及各類(lèi)化學(xué)接枝方法進(jìn)行了深入闡述。以下是主要的研究結(jié)論與未來(lái)展望：
（1）在PP電纜絕緣的化學(xué)接枝改性中，主要采用的接枝單體包括極性小分子、高能電子/光子捕獲型小分子以及自由基清除型小分子。極性小分子的引入能夠有效增加電荷陷阱，從而提升材料的電氣性能；然而，若添加過(guò)量，則可能導(dǎo)致PP的介電損耗增加。高能電子/光子捕獲型小分子則通過(guò)捕獲高能電子和光子，為絕緣層提供保護(hù)，但其對(duì)耐熱性能的改善效果相對(duì)有限。自由基清除型小分子則展現(xiàn)出同時(shí)清除自由基和高能電子的能力，有助于協(xié)同優(yōu)化材料的多種性能。
（2）化學(xué)接枝方法涵蓋了溶液接枝、熔融接枝、固相接枝、懸浮接枝以及輻射接枝等多種方式。其中，熔融接枝法因其適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的特性而備受關(guān)注。然而，該方法中接枝單體與引發(fā)劑的含量、反應(yīng)溫度、時(shí)間以及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等因素均對(duì)接枝效果產(chǎn)生顯著影響。目前，針對(duì)不同接枝單體的最佳工藝條件仍有待進(jìn)一步研究和優(yōu)化。
（3）盡管化學(xué)接枝改性PP絕緣的研究和應(yīng)用已取得一定進(jìn)展，但仍處于起步階段。未來(lái)研究需進(jìn)一步闡明接枝關(guān)鍵參數(shù)對(duì)PP絕緣性能的具體影響，并建立構(gòu)效關(guān)系以?xún)?yōu)化工藝。同時(shí)，針對(duì)高壓交流和直流電纜的不同需求，開(kāi)展接枝單體的優(yōu)選和含量?jī)?yōu)化工作也至關(guān)重要。此外，還需充分考慮電纜在實(shí)際運(yùn)行工況下的性能表現(xiàn)，建立多物理場(chǎng)下的性能評(píng)價(jià)和壽命評(píng)估體系?；瘜W(xué)接枝改性PP絕緣為綠色電力設(shè)備的性能提升提供了新的途徑，未來(lái)應(yīng)注重多元性能的協(xié)同調(diào)控與平衡優(yōu)化，以推動(dòng)環(huán)境友好型電工材料與裝備的發(fā)展和應(yīng)用。
作 者：李忠磊，趙 帥，殷一凡，杜伯學(xué)
來(lái) 源：《絕緣材料》2025年第3期
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