聚丙烯非交联绝缘体系研究：探索电缆绝缘新材料 CNR221-274

项目背景

本文针对电力生产中的实际痛点，研发了聚丙烯非交联绝缘体系研究：探索电缆绝缘新，有效提高了作业效率与安全水平。交联聚乙烯是当前电缆绝缘的主流材料，但其交联工艺复杂、材料难以回收。聚丙烯作为热塑性绝缘材料，部分核心性能指标优于传统交联聚乙烯绝缘体系，具备免交联、可回收的潜力。然而，聚丙烯在低温脆性、耐老化性能和刚性等方面存在明显不足，直接套用传统交联聚乙烯的研究思路难以解决这些问题。

因此，项目从丙烯基聚合物基础性能评价入手，重点关注弹性模量、极限氧指数和低温脆性等在传统交联聚乙烯绝缘研究中较为次要的指标，探索聚丙烯非交联绝缘体系的可行路径。

存在问题

• 低温脆性突出。聚丙烯在低温环境下易发生脆裂，影响电缆在寒冷地区的运行稳定性。
• 耐老化性能不足。长期运行中材料性能下降明显，难以适应电缆设计寿命要求。
• 刚性偏大。弯曲模量较高，导致电缆敷设施工难度增加。
• 基础树脂选型缺乏依据。国内外等规、间规、嵌段三种聚丙烯树脂性能差异大，尚无明确的电缆绝缘料选型标准。
• 空间电荷积聚风险。直流电缆长期运行中空间电荷积聚问题突出，传统交联聚乙烯体系应对能力有限。

创新目标

项目旨在评价不同结构聚丙烯树脂的基础性能，筛选适合制备电缆绝缘料的基础树脂，制备非交联绝缘料样品并验证其介电性能与机械性能，为聚丙烯非交联绝缘体系的工程应用提供材料基础与数据支撑。

技术方案

项目首先对国内外等规、间规、嵌段三种不同型式的聚丙烯树脂进行基础性能评价分析，重点关注弹性模量、极限氧指数和低温脆性等指标，判定何种基础树脂具备制备电缆绝缘料的最优能力。在此基础上，通过配方调整与工艺改进，制备非交联绝缘料样品。

样品制备完成后，对关键性能进行测试验证。30℃下0.2mm样品的交流介电强度达到100kV/mm以上，室温工频下样品的介电损耗小于0.001，绝缘料的弯曲模量控制在600MPa以下，适应了电缆绝缘材料的基本性能要求。

聚丙烯融点高达150℃以上，比聚乙烯高出40%-50%，长期工作温度可达90℃，属于非极性材料，击穿强度较高，体电阻率随温度变化不明显，空间电荷积聚较少，电荷注入的阈值电场较高，可有效应对直流电缆长期运行中的空间电荷积聚问题。

创新亮点

• 免交联工艺：聚丙烯不需交联处理即有较高的机械强度，省去交联工序，简化制造流程。
• 可回收利用：聚丙烯是典型的热塑性材料，可以回收利用，符合环境友好型电缆绝缘的发展需求。
• 耐温等级提升：融点高达150℃以上，长期工作温度可达90℃，有利于提高电缆的工作温度和工作电压。
• 介电性能优异：30℃下0.2mm样品交流介电强度达到100kV/mm以上，室温工频介电损耗小于0.001。
• 空间电荷抑制：聚丙烯空间电荷积聚较少，电荷注入阈值电场较高，可有效应对直流电缆长期运行中的空间电荷积聚问题。

落地应用效果

项目完成了聚丙烯非交联绝缘料的基础性能评价与样品制备，验证了其在介电强度、介电损耗和弯曲模量等关键指标上满足电缆绝缘材料的基本性能要求。聚丙烯非交联绝缘体系的研究具有实际的应用价值，预计产业单位转化该成果后，将带来约200万元的收益。

产出物：聚丙烯非交联绝缘料样品及基础树脂选型评价数据。

适用场景：直流电缆绝缘层、高工作温度电缆绝缘体系、环境友好型电缆绝缘材料。

常见问题

Q：聚丙烯非交联绝缘体系是否需要交联处理？

A：不需要。聚丙烯材料不需交联处理即有较高的机械强度，是典型的热塑性材料，可以回收利用。

Q：该绝缘料样品的介电性能如何？

A：30℃下0.2mm样品的交流介电强度达到100kV/mm以上，室温工频下样品的介电损耗小于0.001。

Q：该成果的预期收益是多少？

A：预计产业单位转化该成果后，将带来约200万元的收益。

数据来源：项目验收报告及现场应用统计，单位信息已脱敏处理。

本文由中广研创新整理。