聚丙烯基直流电缆绝缘材料的研究进展

宋佳宁，杜 斌，张振莉，高岗岗，荔栓红，祝文亲，曹文斌，陈商涛*

（1.中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院，北京 102206；2.北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083；3.中国石油庆阳石化公司，甘肃 庆阳 745100）

0 前言

自国家推行“双碳”政策以来，构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统成为重大方向。传统的交流输电系统输送容量小、同步运行稳定性低，不能有效满足新能源的电力需求。而直流输电系统容量大、输送距离长、安全性较高，在光伏等新能源输电、海上风力发电、城市地下输电以及多个电力系统网络互联等方面具有广阔的发展前景［1⁃2］。

电缆是直流输电的重要电力设备之一，主要分为油纸绝缘电缆和挤包绝缘电缆2种［3］，但由于油纸绝缘电缆存在的生产工序繁杂、运行和维护成本高等问题，其在中高压输电领域很大程度上已经被挤包绝缘电缆所取代。挤包绝缘电缆材料的发展阶段包括天然橡胶、聚氯乙烯、合成橡胶、聚乙烯和交联聚乙烯（PE⁃XL）等，目前在直流电缆中应用最广泛的仍是PE⁃XL绝缘。PE⁃XL通常由低密度聚乙烯分子（PE⁃LD）交联而得，其不但保留了PE⁃LD高绝缘电阻和低介质损耗的优点，还增强了耐热等级和物理力学性能，将PE⁃XL用作直流电缆时的正常（长期）工作温度可达70℃。但是作为1种热固性塑料，PE⁃XL不但交联工艺繁杂、生产能耗大、效率低，而且使用寿命结束后难以回收再利用，使用一般的焚烧、掩埋等处理手段会造成极大的资源浪费和环境污染。最重要的是，PE⁃XL绝缘电缆的热稳定性不够理想，高故障率、高能源消耗使得直流电缆功率容量的进一步提高受到了限制，目前的PE⁃XL电缆并不能满足人们对电能的大规模和远距离输送的进一步要求。因此，研究和开发更高电压、更大容量、热稳定性更高的环保型挤包绝缘直流电缆具有重要意义。

近年来，PP因其绝缘性能好、耐温等级高、可回收循环利用等优点而备受关注。Kurahashi等［4］将有规立构间规聚丙烯（s⁃PP）应用于实际电力电缆绝缘，制造出了电气击穿性能和介电性能几乎可以满足电力电缆在实际使用中的绝缘所要求性能的600 V和22 kV电缆，且其脆化温度和耐热性高于PE⁃XL电缆，证明了PP用于电缆绝缘的可行性。国外PP电缆绝缘材料已经形成批量化应用规模，意大利普睿司曼自2003年开始，利用P⁃Laser技术开发了中压PP绝缘电缆，并在多个工程中应用，总长度超过5万公里，2013年安装运行了150 kV PP绝缘交流电缆，并先后于2015年和2016年完成了320 V和525 V PP绝缘高压直流电缆的试制。目前，电缆用PP绝缘材料专利与技术基本被普睿司曼、北欧化工、日本三菱等国外企业垄断。而国内PP直流电缆的研究才刚刚起步，运行经验寥寥无几。上海交通大学江平开教授团队和华普电缆合作研发的首条8.7/10 kV改性PP绝缘A类阻燃性电力电缆于2020年1月在上海电力公司市南110 kV丰谷站10 kV送出工程项目上成功挂网运行，1年后报告该线路运行一切正常、电缆产品运行状况良好［5］。2021年12月29日，宁波球冠电缆股份有限公司的10 kV PP绝缘电缆在东方电缆的未来工厂（高湿、高盐雾环境）挂网通电［6］。

PP和PE⁃XL的性能比较如表1所示［7］。相较于PE⁃XL，PP力学强度较高，无需进行交联处理，因而生产工艺简单、生产成本较低、能源损耗较小，同时保持了PP本身的热塑性特性，可循环回收再利用。其次，PP熔点高，长期允许工作温度达100～120℃之间，将其用作绝缘材料时电缆的长期运行温度可提高至90℃甚至105℃［7］。另外，PP作为非极性聚合物，在击穿场强、体积电阻率等绝缘性能方面表现优良，其在提高直流电缆载流量的同时可有效增大工作电压并降低输电损耗。综上所述，PP有望成为下一代直流电缆绝缘材料。

表1 PP和PE⁃XL性能比较［7］Tab.1 Performance comparison of PP and PE⁃XL［7］

然而PP本身存在一些问题：（1）刚性较高、低温韧性较低等缺点使其无法满足直流电缆力学性能的基本要求；（2）耐老化性能差，PP长链上分布着大量不稳定的叔碳原子，它们对氧特别敏感，极易被氧化为非常活跃的叔碳自由基，继而导致PP分子链上发生链增长、链断裂等致使PP老化的现象；（3）直流电缆运行过程中，绝缘材料受到同一极性电场的长时间作用会发生空间电荷积聚并导致产生局部高电场；（4）PP导热性能较差，绝缘层内外侧存在的温度梯度会引起电场畸变，容易诱发绝缘层局部放电和电树枝放电，加速电缆绝缘老化，甚至导致绝缘击穿，发生运行事故。因此综合改善PP绝缘材料的力学性能、导热性能和介电性能（主要是抑制空间电荷的积聚）对延长电缆使用寿命、提高电缆的运行电压和工作温度具有重大现实意义。本文从分析PP用作直流电缆绝缘材料时存在的问题出发，综述了PP的改性方法（共聚改性、纳米粒子改性、共混改性和接枝改性），并对PP基绝缘材料在直流电缆领域的发展提出了展望。

1 直流电缆绝缘要求及PP存在的问题

1.1 力学性能

为满足直流电缆的运输、安装敷设以及运行使用的基本要求，绝缘材料必须具备一定的力学强度，包括良好的柔软性、断裂伸长率和低温耐冲击性能。然而PP材料属于高结晶度聚合物，其在工作温度范围内呈现出刚性大的特性，同时在低温环境中也表现出脆性大、易开裂的特点，无法满足上述条件，因此必须对其进行增韧改性研究。

1.2 耐老化性能

直流电缆绝缘经长期使用过程中高场强和热循环的同时作用后不可避免地会逐渐老化，导致绝缘材料的力学性能、绝缘性能、击穿场强降低，从而影响电缆的可靠性和使用寿命。电缆绝缘的老化包括机械老化、电老化、热老化、化学老化等，其中引起最多关注的是电老化和热老化。电老化主要由局部放电和电树枝引起，而朱乐为等［8］发现相较于PE⁃XL，PP中更不易引发电树枝且电树枝更不易在PP中生长，但是极性反转时空间电荷聚集造成的电场畸变将加剧电树枝的生长，该部分将在后续绝缘性能方面展开详细讨论，在此不再多加赘述。热老化是由于PP材料的长链上分布着大量不稳定的叔碳原子，在高温下易产生活跃的叔碳自由基，而绝缘层附近又可能存在有一定量的溶解氧和渗透氧，叔碳自由基在氧的作用下极易引起PP材料的链增长、链断裂等老化现象。虽然通过添加抗氧化剂可以阻止或延缓自由基的产生、破坏自由基连锁反应中的链传递与链增长反应，在一定程度上提高PP的耐热氧老化性能，但是鉴于抗氧化剂与PP的相容性较差、易迁移析出，并且其本身作为杂质也会影响PP的绝缘性能等［9］，因此仅通过添加抗氧化剂来改善PP的耐老化性能已经无法满足直流电缆绝缘的寿命和可靠性要求，有必要对PP进行更进一步的改性研究。

1.3 绝缘性能

空间电荷作为评价高压直流电缆质量和使用寿命的因素之一，对电缆的局部电场分布、介电强度和绝缘材料的老化有很大的影响，直流电缆绝缘材料的介电性能需要尽量抑制空间电荷的积聚，减少同极性空间电荷的注入和异极性空间电荷产生，阻碍其对绝缘材料内部及界面造成电场畸变，从而保证击穿强度和电缆寿命不受影响［10］。

直流电缆长时间处于同种极性的电场时，电介质界面处注入电极材料中的电子、离子以及杂质电离产生的载流子等都会成为绝缘材料中的空间电荷，它们在产生后会迅速迁移并聚集形成的电荷包，即空间电荷的积聚。其中，由杂质电离形成的为异极性电荷，其积聚会产生同电缆电场方向的感应电场，使电极⁃绝缘介质界面附近的电场升高、介质内部电场降低。界面处的电场畸变易使介质表层劣化［11］。另外，若电缆突发断电或电压极性反转，由于积聚电荷无法及时迁移，此时介质内部电场叠加增强，绝缘极易被击穿破坏，这严重限制了电缆的使用寿命［12］。相反，从电极注入的同极性电荷的积聚会产生异于外加电场方向的感应电场，界面电场降低、介质内部电场升高。介质中最高场强甚至会达到外加电场的8倍，这种高局部电场会引发局部放电和电树枝放电，造成分子链化学键断裂并形成自由基，引发链式反应加速绝缘老化、降低介电强度，甚至导致电缆击穿，引发事故。因此，PP应用于与直流电缆时必须对其进行改性，并尽可能抑制电荷的产生与积聚。

1.4 导热性能

由于PP的导热性能较差，直流电缆运行时产生的热量不能及时散播，使得绝缘层内外侧存在温度差，即绝缘层产生了内高外低的不均匀温度场。聚合物材料的电导率随温度升高而增大，绝缘层低温外测电导率低，异极性电荷更易积聚于此，电场强度随之降低。另外，温度梯度的存在也会引起大量空间电荷的注入与迁移，进一步加大了绝缘层电场的畸变［13］。温度梯度越大，空间电荷积累增多，电场畸变愈严重［14］。根据之前的讨论，高温、空间电荷积累和电场畸变会影响直流电缆的正常运行和使用寿命。因此有必要改善PP的导热性能，以保障直流电缆的运行安全并延长使用寿命。

2 PP基直流电缆绝缘材料改性

基于以上PP基直流电缆绝缘材料存在的基本问题，学者们对其进行了诸多改性研究，本文综述了其中的共聚改性、纳米粒子改性、共混改性和接枝改性4种方法。

2.1 共聚改性

PP的共聚改性指在丙烯单体的聚合阶段加入1种或多种其他单体（乙烯、丁烯等烯烃），并利用高效催化剂使之共同聚合形成共聚物的方法。与均聚聚丙烯（i⁃PP）相比，PP共聚物可有效提高力学性能（尤其是冲击性能）、电性能和加工性能，从而提高可靠性。Zha等［15］在PP分子链上加入乙烯基，通过控制乙烯的比例和聚合反应条件合成了嵌段聚丙烯（b⁃PP）和无规聚丙烯（r⁃PP）。分析i⁃PP、b⁃PP、r⁃PP的应力⁃应变曲线（图1）后发现b⁃PP和r⁃PP的断裂伸长率远大于i⁃PP，说明加入乙烯单体可以大大提高PP的韧性。另外，比较三者的空间电荷分布，如图2（a）～（c）所示，b⁃PP和r⁃PP的空间电荷相较于i⁃PP有所减少。用热电激发电流（TSC）曲线峰值的陷阱能级来解释绝缘材料的空间电荷特性［图2（d）］，b⁃PP和r⁃PP新的电流峰值在更高的温度下开始出现，表明b⁃PP和r⁃PP中深陷阱数量增加。而深陷阱有利于捕获空间电荷，使它们被约束在试样表面，随之产生的电场有效地阻碍了载流子的向内注入，成功抑制了空间电荷的积累。

图1 单轴拉伸应力⁃应变曲线［15］Fig.1 Uniaxially tensile stress⁃strain curve［15］

图2 PP在60 kV/mm直流电场下室温45 min后的空间电荷分布及TSC曲线［15］Fig.2 Space charge distribution of PP under direct current electric field of 60kV/mm at room temperature for 45mins and its TSC curve［15］

Meng等［16］综合研究了2种不同重均分子量的PP共聚物——聚丙烯嵌段共聚物（PPB）和聚丙烯无规共聚物（PPR）的形态、热学、力学和电学性能。结果表明，PPB和PPR均具有良好的热性能，熔融温度高。但PPB力学性能较差，断裂伸长率低，直流击穿强度低，不适合作为绝缘材料。而PPR具有较高的断裂伸长率和击穿强度，且其空间电荷行为优于PPB和PE⁃XL，PPR更适用于可回收直流电缆绝缘应用。Huang等的研究也证明了这一点［17］。

于凡等［18］研究了乙烯含量对PP共聚物力学性能和介电性能的影响。结果表明，乙烯单体的引入可增加PP共聚物的韧性和冲击强度。且乙烯含量较低时，材料的直流击穿场强可保持在较高水平，体积电阻率显著提高；但当乙烯含量过高（≥5.9%，质量分数，下同）会导致材料的直流击穿强度和体积电阻率迅速下降，介电损耗有所增大。

综上，在PP中共聚其他单体可有效改善PP的力学性能、介电性能以及绝缘性能，但是当共聚单体的含量相对较多时反而会造成劣化的影响，因此有必要控制PP共聚物中其他单体的含量。但是共聚改性难以克服的缺点就在于难以精确控制共聚单体的含量、相对分子质量及其分布、化学结构等，仍需要学者们进行深层次的探索。另外，对PP的共聚改性多用于商业生产，仅适合规模化制备，无法满足较小批量、繁多品种产品的市场需求。

2.2 纳米粒子改性

在绝缘材料中添加纳米无机颗粒可有效改性其绝缘性能和耐热性能。马超等［19］制备的PP/Al2O3试样在增加了PP深陷阱能级和密度的同时，还降低了浅陷阱能级和密度，有效地阻碍了空间电荷的积聚，随之电场畸变减弱、直流击穿场强提高。掺杂量为0.5%的Al2O3/PP复合试样的直流击穿场强比纯PP提高了约27%。Yao等［20］也将Al2O3纳米粒子引入PP中以改善PP的介电性能，尤其是直流电场下的空间电荷行为。结果表明，PP/Al2O3纳米复合材料大大提高了PP的直流击穿强度和空间电荷积累等性能，且还保持了PP优异的热性能和较高的允许工作温度，并给出了改善PP电学性能的最佳Al2O3含量约为3份。

然而一般情况下，无机纳米粒子和有机PP是不相容的，它们很难在PP内散开并均匀分布，因此有必要对无机纳米粒子进行改性，改善其在PP中的分散性能，使之能够有效而充分地发挥其界面效应。Hu等［21］使用4种具有不同烷基链基团（甲基、丙基、辛基和十八烷基）的硅烷偶联剂提前对MgO纳米粒子进行表面改性，并将其与PP混合制备PP/MgO纳米复合材料，研究了表面改性纳米粒子对复合材料电性能的影响。表面改性的纳米粒子引入了大量的深陷阱，且其数量随着烷基链长度的增加而增加，类似的趋势也出现在直流体积电阻率上。结果显示，所有改性材料都显示出优异的空间电荷抑制能力和直流击穿强度，其中辛基改性MgO制备的纳米复合材料表现出最好的电学性能。Gao等［22］通过将新合成的电压稳定剂官能化SiO2纳米粒子掺入等规聚丙烯（iPP）中，成功制备了可承受高压直流电应力的可回收电缆绝缘材料，稳压功能化SiO2纳米粒子的引入显著提高了击穿强度，有效抑制了空间电荷积聚，且大大提高了iPP的热稳定性。Zhou团队［23］将不同含量的表面改性MgO、TiO2、ZnO和Al2O3纳米粒子与PP熔融共混，研究不同纳米粒子对调节PP电性能的影响，发现所有纳米粒子和PP的纳米复合材料的介电常数均随着纳米粒子含量的增加而增大，其中MgO/PP和TiO2/PP纳米复合材料的体积电阻率随相应纳米粒子含量的增加呈现先增后减的趋势，空间电荷抑制程度和直流电击穿强度也有同样的表现。相较于ZnO和Al2O3纳米粒子，MgO和TiO2更能改变PP的电性能，更有可能作为高压直流电缆绝缘材料而得到广泛应用。

通过添加纳米填料，可以在一定程度上改善PP材料的导热性能。Ebadi⁃Dehaghani等［24］利用双螺旋挤出机熔融制备了纳米填料（ZnO、CaCO3）分散良好的PP纳米复合材料，使用热导分析仪研究热导率（图3），发现基于增强的填料⁃基体相互作用，即使在含量较低的纳米填料负载下复合材料的导热性也有所提高。对比纳米粒子含量相同的PP/ZnO和PP/CaCO3纳米复合材料，前者的热导率增加更多，因此与CaCO3相比，本征热导率更高的ZnO在提高PP的热导率方面具有更大的内在潜力。Cheewawuttipong等［25］也通过添加氮化硼（BN）纳米填料来提高PP的导热性，随着BN含量的增加，PP/BN纳米复合材料的热导率增大，且大粒径的BN构建的导热通路更完善、热导率增加得更快。

图3 纳米粒子含量对PP热导率的影响［24］Fig.3 Effect of nano particle content on thermal conductivity of PP［24］

基于纳米粒子与基体间的界面效应，纳米填料的添加还可改善PP材料的绝缘性能。Li等［26］通过煅烧工艺将纳米TiO2封装到氮化硼纳米片（BNNS）制备了核壳结构的TiO2@BNNS纳米填料，填入PP后得到的PP/TiO2@BNNS复合材料具有较低的温度相关电导率和较高的直流击穿强度（90℃时高出PP 22.2%）。TiO2@BNNS纳米填料形成了许多电荷载流子的势阱，抑制了热电子传输及其对聚合物分子的破坏，使得PP/TiO2@BNNS复合材料的平均空间电荷密度和电场畸变率也分别降低了6.6 C/m3和23.3%，这也为提高PP电缆绝缘层的介电性能提供了1种行之有效方法。

以上，通过纳米粒子改性PP是制备PP基直流电缆的1种行之有效、前景光明的手段，但是就目前的研究来看，将产品应用于实际生活时纳米粒子的分散性仍是最亟需解决的问题。虽然通过硅烷偶联剂等表面改性纳米粒子可以使其在PP基体中均匀分散，但该过程在大规模的生产实际中却很难做到和实验室中一样的效果，不仅增加了生产工序、生产成本，还可能产生产品品控等诸多负面影响。

2.3 共混改性

为了解决PP作为电缆绝缘使用时存在的高刚性和低温脆性等缺点，将PP与弹性体聚合物共混，可在保证耐热性的同时显著降低PP的模量和刚性。目前研究较多的弹性体添加剂有乙丙橡胶（EPR）、三元乙丙橡胶（EPDM）、聚烯烃弹性体（POE）、氢化苯乙烯⁃丁二烯嵌段共聚物（SEBS）等。Yang等［27］将 PP 与POE弹性体共混后进行缺口冲击试验，发现随着POE含量的增加，PP/POE共混物发生明显的脆韧转变，由于POE本身优异的韧性，将其均匀分散在PP晶相间可以显著增大PP的低温脆性与耐冲击性能。栗松［28］将PP分别与POE、SEBS弹性体熔融共混制得弹性体/PP复合材料，通过观察该复合材料的微观形貌发现这2种弹性体都在PP基体中均匀分布并且形成了1种独特的“海岛结构”（见图4），当受到外部机械力作用时，弹性体所在区域会产生较大的银纹和剪切应变带来吸收机械力冲击所产生的能量，有效抵消部分外力的作用。因此，该结构不仅使得PP原本具有的高力学强度被成功保留，还使得PP的硬度明显降低、韧性和柔顺性有所增加。Zhang等［29］为增强iPP的力学韧性，将25%的EPDM、POE和SEBS弹性体分别加到iPP基体中，通过低温脆性测试系统和脉冲电声测量系统对iPP复合材料的力学性能和空间电荷特性进行分析，发现iPP/弹性体复合材料的低温脆性得到显著改善，脆性断裂温度从纯iPP的-8℃分别下降到-66、-32、-22℃。iPP/EPDM对拉伸性能和低温脆性的改善最大，iPP/POE复合材料的室温柔韧性最好。

图4 不同密度PP/弹性体复合材料的扫描电子显微镜照片［28］Fig.4 SEM images of PP/elastomer composites with different density［28］

除了PP和弹性体的二元共混物，还有学者研究了三元共混物。Hong等［30］通过熔融共混iPP、乙烯⁃1⁃辛烯聚烯烃弹性体和乙烯⁃丙烯无规共聚物，制备了柔软且具有高温稳定性的PP三元共混物。与原始iPP相比，这些共混物在低温（40℃）和室温下表现出更高的抗冲击性。即使温度升高至约120℃，该共混物仍然具有一定的机械稳定性，此外，软三元共混物表现出增加的直流体积电阻率和击穿强度。Ouyang等［31］将SEBS添加到PP和PE⁃LD的共混物中研究其热力学性能和电性能。该三元共混物在70℃和30 kV/mm下显示出非常低的直流电电导率（低至3.4×10-15S/m），远低于纯PE⁃LD的测量值。Yu等［32］通过引入乙烯⁃丙烯无规共聚物（rPP）作为表面活性剂，开发了1种能够混合将PP与橡胶状乙烯⁃1⁃辛烯共聚物（EOC）的绝缘系统。以PP为基体材料，与EOC和rPP熔融共混得到了具有核壳纳米结构的共混物。与现有的PE⁃XL相比，纳米结构的PP三元共混物在热稳定性、力学性能、介电性能和长期稳定性方面表现出多种优势，其具有的核壳结构等可通过阻碍空间电荷的积累增强PP共混物的绝缘性能，即使在110℃下加热500 h以上其力学和电气性能仍能保持稳定。

但将弹性体应用于改性PP时，共混材料的空间电荷积聚量增多，必须对其进行进一步的介电补偿，常用方法为添加纳米粒子或接枝极性基团等。高铭泽［33］引入纳米SiO2粒子作为介电性能的改善填料，制备出了力学性能、介电性能优良的PP⁃SBES⁃SiO2电缆绝缘材料。通过纳米SiO2粒子对PP/SEBS共混材料介电性能的调控，使改性PP在使用温度范围具备增强的空间电荷抑制能力。Diao等［34］制备由iPP/POE共混物和SiO2纳米颗粒组成的纳米复合材料，所有经聚二甲基硅氧烷（PDMS）、辛基甲基硅氧烷（OMS）和二甲基二氯硅烷（MCLS）功能化的SiO2纳米粒子在iPP/POE共混物中均表现出良好的分散性，而非功能化的SiO2则表现出较差的分散性。SiO2纳米粒子的表面化学对iPP/POE纳米复合材料的形貌、超分子结构、热学、力学和电学性能有显著影响。功能化的SiO2纳米颗粒显著抑制了iPP/POE中的空间电荷注入，并且抑制效果在SiO2⁃PDMS纳米复合材料中最为明显，可能是因为良好分散的SiO2⁃PDMS纳米颗粒引入了更深的陷阱。Yao等［35］制备的PP、热塑性烯烃（TPO）和MgO纳米粒子的三元纳米复合材料在90°C高温下的电学性能明显优于之前的高压直流电缆绝缘材料。通过利用PP的高热稳定性、TPO的高熔融温度和力学柔韧性以及MgO纳米颗粒的空间电荷抑制，实现了热性能、力学性能和电性能的预期协同调节，该三元纳米复合材料即使在90℃的高温下的电性能相对于PP/TPO二元共混物显著提高了16%，电阻率提高了4.6倍。因此，PP/TPO/MgO三元纳米复合材料显示出作为具有更高工作温度和更大功率传输容量的可回收直流电缆绝缘材料的潜力。

通过混合PP和其他组分的共混改性工艺简单、可行性高，可在一定程度上改善PP的刚性、介电性能和绝缘性能等，但其耐低温性和耐老化性能仍不够理想。另外，共混改性PP要特别注意共混组分之间的相容性和制备工艺的稳定性，否则容易产生各相分离等缺陷导致PP内部结构不均，引起PP性能不稳定甚至劣化。

2.4 接枝改性

接枝改性是在非极性的PP分子主链上引入极性的、带有不同官能团的支链或分子的1种手段（如图5所示），这些支链和分子可以通过改变PP的超分子结构、电荷传输以及热老化性能等来提高PP基电缆绝缘的介电强度、抑制空间电荷的积聚，从而提高电缆的绝缘性能。

图5 接枝侧链示意图［9］Fig.5 Schematic diagram of grafting side chains［9］

Zha等［36］采用熔融接枝法将具有羰基极性官能团的马来酸酐（MAH）接枝到PP分子主链上，对比接枝产物PP⁃g⁃MAH和纯PP在65 kV/mm电场下的空间电荷分布，发现1%MAH的接枝可以略微减少来自阴极和阳极的空间电荷注入，并随着随时间缓慢增加也看不到空间点荷包，而PP⁃g⁃2%MAH中几乎观察不到空间电荷注入。此外，与纯PP相比，PP⁃g⁃MAH的体积电阻率随温度升高的稳定性显示出增强的改善，介电常数没有大幅度增加、介电损耗仍较低。樊林禛等［9］选取苯乙烯（St）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）为接枝基团制备了不同含量的接枝改性PP试样PP⁃St和PP⁃MMA。相较于纯PP，PP⁃St和PP⁃MMA具有更高的力学性能和击穿性能，耐老化性能显著提升，而且随着接枝基团含量的增加，接枝PP的耐老化性能单调提升。Yuan等［37］将PP和抗氧化剂基团受阻酚（HP）交联，接枝的HP一方面可作为自由基清除剂提供氢以中和自由基并终止降解循环，另一方面也可以作为交联剂参与交联反应形成3D网络结构，从而限制合成的PP⁃HP共聚物中的热分解自由基和电荷传输。PP⁃HP的温度上限扩展至190℃，在该温度下加热后的共聚物表现出比未经任何热处理的PP更好的介电性能。

接枝改性克服了共聚/共混改性中存在的组分难相容的缺点，并避免了纳米粒子改性中极易发生的纳米粒子团聚问题，对PP力学性能、介电性能、绝缘性能和耐老化性能的提升更加综合且稳定。但是其也存在着环境污染严重、后处理工序复杂、工业化生产困难等缺点，未来仍需科研人员们继续研究改良。

3 结语

随着对直流电缆输电需求的不断增加，挤包绝缘直流电缆在未来电网中应发挥更加重要的作用。考虑到热塑性PP基材料的优势，可回收的PP基绝缘材料在未来的直流电缆绝缘材料中具有广阔的潜力。然而PP存在的刚性大、低温脆性大、导热能力低的不足使其无法满足直流电缆绝缘所需的力学、绝缘和导热性能的基本的要求，因此必须对其进行改性才能在实际中有所应用，常用的改性方法有共聚改性、纳米改性、共混改性和接枝改性，这些方法可在不同程度上提高PP的1项或多项性能，如抑制空间电荷的注入与积聚、提高击穿场强和/或提高热导率，以及增大拉伸强度、断裂伸长率等。

目前关于PP基直流电缆绝缘材料的实验性国内外的研究都很多，但其中的大多数仍无法满足实际应用的需求，仍存在一些急需解决的关键科学问题，未来仍需要继续开展PP基直流电缆绝缘的自主研发和性能提升研究：（1）空间电荷的产生、传输、积累和耗散特性对直流电缆的电气性能起着至关重要的作用。虽然目前各种改性方法都被大量实验证实能够抑制空间电荷的注入和/或迁移，但鉴于聚合物绝缘材料结构的复杂，关于空间电荷的相关机理仍未形成统一的认知，空间电荷的检测手段也有待于继续提高。因此应进一步系统性地研究可回收PP基直流电缆绝缘材料的空间电荷行为。（2）PP基直流电缆绝缘材料在极端运行条件下的整体性能需要研究，包括力学柔韧性、高温完整性、低温度电阻率等，特别是对于更高的直流电压水平和更高的工作温度，增强的电性能和绝缘性能需要进一步研究，并综合评估PP基绝缘材料的性能和寿命，以辅助PP基直流电缆的设计和制造。