高壓直流電纜絕緣在長期運行過程中，受低溫環(huán)境和載流量復雜變化的綜合作用，會經(jīng)歷多次冷熱交替變化。聚丙烯（PP）/彈性體共混物基納米復合材料在高壓直流電纜中的應用極具潛力，但是其耐熱循環(huán)老化的能力尚未可知。

本文采用具有高導熱性能的氮化硼（BN）納米片填充PP/丙烯基彈性體（PBE）和PP/乙烯-辛烯共聚物（EOC），研究了熱循環(huán)老化對納米復合材料微觀形貌、結晶特性、陷阱分布和擊穿場強的影響及作用機理。

一試樣制備與熱循環(huán)老化處理

采用熔融共混法制備了PP/PBE/BN和PP/EOC/BN納米復合材料試樣，彈性體含量為20 wt%，納米BN的含量分別為1和5 wt%。試樣經(jīng)過熱循環(huán)處理，單個熱循環(huán)過程為-30 °C下4小時和150 °C下4小時，熱循環(huán)總數(shù)為0（未處理）、3、5、10和15。加熱和冷卻速率分別為4和1°C/min。試樣的命名方式如下圖所示。

二主要結果

采用掃描電子顯微鏡觀測了試樣的微觀形貌，如圖2所示。PP/PBE/BN試樣經(jīng)過15次熱循環(huán)老化，結構未發(fā)生明顯變化。然而，15次熱循環(huán)老化的PP/EOC/BN試樣中形成大量裂紋，這種現(xiàn)象在填料含量較高時更顯著。

采用等溫表面電位衰減法研究了熱循環(huán)老化對兩種復合材料試樣的陷阱中心能級的影響，如圖3和圖4所示。隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，試樣的深淺陷阱能級均降低。當熱循環(huán)次數(shù)大于5時，PP/PBE/BN復合材料能夠維持較高的陷阱能級，而PP/EOC/BN復合材料陷阱能級降低。

三研究討論

在PP/PBE/BN中，PP與PBE的相容性較高，BN與聚合物基體之間形成了相互作用較強的界面區(qū)，可以抑制氧氣的滲透。然而，在PP/EOC/BN中，由于PP和EOC界面處分子鏈間較弱的相互作用，在熱循環(huán)老化過程中形成微裂紋，氧氣容易滲透到試樣中，發(fā)生更劇烈的氧化反應。因此，PP/PBE/BN具有較好的抗熱循環(huán)老化性能。

四研究結論

少量添加高導熱納米填料能夠提升聚丙烯/彈性體共混物的耐熱循環(huán)老化性能，聚丙烯和彈性體之間的相容性和納米填料的分散性決定了復合材料的理化和絕緣性能。