低密度聚乙烯具有优良的介电性能和机械性能,被广泛用作高压电力电缆的绝缘材料。随着我国超、特高压直流输电系统的相继建设与投入运行,直流电压下由空间电荷引发的电力电缆老化问题愈显突出。探索降低聚乙烯内空间电荷影响的方法,对保证电力电缆的安全运行至关重要。本文采用熔融插层法制备出低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料,理论结合试验分析了低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料在不同直流电场强度下的空间电荷特性。本文主要内容如下:①采用X射线衍射、透射电镜等试验方法研究了纳米蒙脱土在聚乙烯中的插层与分散行为。选用热重分析、悬臂梁冲击、电击穿试验等方法研究了低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料的热学性能、冲击强度及介电强度。试验结果表明,纳米蒙脱土能提高低密度聚乙烯的耐热性能、冲击强度以及介电强度。②冷却是聚乙烯电缆生产过程中重要环节,为此选用冰水、空气与硅油3种不同冷却介质对低密度聚乙烯进行淬火处理,试验研究了分别经三种冷却介质淬火处理的低密度聚乙烯样品内部的空间电荷消散特性,结合样品的差式扫描量热结果,分析了冷却介质对聚乙烯空间电荷输运特性的影响规律。结果表明,硅油冷却低密度聚乙烯的空间电荷消散速率最快,阈值场强最大,电荷视在迁移率最高。③热老化是聚乙烯电缆绝缘损害的主要诱因,为此通过对低密度聚乙烯进行人工热老化试验,研究了不同热老化条件及程度下低密度聚乙烯空间电荷的积聚消散特性。结合红外光谱测量结果,分析了热老化条件及程度对低密度聚乙烯空间电荷的影响规律。结果表明,热老化使低密度聚乙烯内积聚更多的空间电荷,并降低低密度聚乙烯在短路状态下的空间电荷消散速率;水热老化比干热老化对聚乙烯空间电荷的积聚消散影响更大。④采用电声脉冲法测量了低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料内部空间电荷的积聚与消散特性,结合差式扫描量热与介电频谱测量结果,根据空间电荷陷阱理论,揭示了纳米蒙脱土对低密度聚乙烯内部空间电荷分布的抑制机理。试验结果与理论分析表明,蒙脱土纳米粒子的加入,可有效抑制低密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料在直流电压下空间电荷的积聚,提高其短路状况下空间电荷消散速率,降低空间电荷对电缆在高压直流电压下的影响。