5. 5 抗水树交联聚乙烯
过去的几十年间， 人们尝试了无数种方法来改善传统聚乙烯和交联聚乙烯的性能以延长使用寿命。 在 HMWPE 还是电缆绝缘的主要选择的时期， 一种叫做十二烷基醇的化合物常被用作抑制水树的添加剂。 在交联聚乙烯时代， 有报道说一种交联剂副产物能提高绝缘的抗水树能力 （ 苯乙酮， 由过氧化二异丙苯分解产生， 见图 5- 11）。 后来的研究工作重点在于采用不涉及交联剂的技术来提高交联聚乙烯的抗水树性能。
有几种方法可被用于抑制水树生长， 其基本原理或者是改变聚合物的分子结构， 或者是通过添加剂改性， 或者两者兼有。 这些方法都会增加聚合物的极性
（ 非极性是电缆绝缘所需的特性， 见第 6 章）， 因此需要谨慎控制添加剂的比例来平衡聚合物的各项性能改变。 为此首先必须考虑添加剂的加入可以改善材料的哪些性能以及造成这种改变的原因。 下面是需要考虑的一些因素 （ 由 Jow 和 Mendelsohn总结） [15] 。
1） 减少局部应力。
2） 抑制水树生长。
3） 对聚合物材料的塑性产生一定影响。
不论是采用改变聚合物分子结构还是加入添加剂中的哪种方法， 以下原理都可适用：
1） 极性更强的分子链或者极性添加剂可以吸收水分并阻止水分在高场下的迁移， 从而抑制水树生长。
2） 低分子量的添加物可以抑制水树。
3） 寻求可以增加材料塑性的聚合物的混合。
尽管抗水树电缆材料的制造方法一般是专利技术， 但都是基于上述原则来达到水树抑制的目的[3] 。
改性交联聚乙烯材料一般会先做平板试样的性能测试来检验其水树抑制能力，但最终用于验证材料是否具有良好的水树抑制效果的主要方法仍然是对成品电缆进行加速寿命测试或加速水树老化测试。 这意味着抗水树材料的最终性能评价要与外护套联合进行。
第一种商业抗水树交联聚乙烯材料是 20 世纪 80 年代由 Union Carbide 公司
（ 即现在的陶氏化学公司） 推出 （ 最初的专利版本透露添加剂是一种混合物） 。
老化实验数据证实了这种材料确实比传统的 XLPE 材料有着更好的水树抑制能力。
表 5- 1 给出了抗水树交联聚乙烯和普通交联聚乙烯材料成分比较。 主要的差异在于初始组分和交联反应产生的副产物。
表 5- 1 XLPE 和 TR- XLPE 材料成分对比
XLPE | TR- XLPE |
无抗水树添加剂 | 有抗水树添加剂 |
残余的过氧化物交联剂 | 残余的过氧化物交联剂 |
交联剂副产物 苯乙酮， 对异丙基苯甲醇， α- 甲基苯乙烯 无其他添加剂 | 交联剂副产物 苯乙酮， 对异丙基苯甲醇， α- 甲基苯乙烯 可能含有其他添加剂 |
抗氧化剂 | 抗氧化剂 |
抗氧化剂副产物 | 抗氧化剂副产物 |