方案详情
摘要：
乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)具有优异的耐热老化性能，是聚丙烯(PP)绝缘电力电缆内半导体屏蔽层材料的潜在选择。然而，其交联副产物可能影响PP的绝缘性能。
本文研究了EBA交联副产物对PP绝缘性能的影响。研究以PP/丙烯基弹性体(PP/PBE)共混薄膜为测试样品，将其分别浸泡在1,4-双(叔丁基过氧化异丙基)苯(BIPB)的四种主要交联副产物(丙酮、叔丁醇、对二乙酰苯、对双(2-羟异丙基)苯)液体中，BIPB是EBA常用的交联剂。
通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)评估了样品的结构变化，并测量了载流子陷阱、直流电导率、空间电荷积累及直流击穿强度。同时，采用分子动力学模拟辅助分析副产物的扩散行为。
研究结果表明：
1. 副产物导致材料中浅陷阱数量增加，从而提升电导率，并引发显著的空间电荷积累，同时降低直流击穿强度。
2. 副产物会加剧电场畸变，并加速电荷衰减速率。
3. 小分子副产物在PP/PBE共混物中具有更高的扩散速率，表明扩散行为是副产物影响绝缘性能的关键因素。
该研究为高压直流电缆绝缘材料的设计提供了重要参考，未来需进一步优化以减少交联副产物的负面影响。
计算方法：
本研究报道的副产物扩散行为分子动力学(MD)模拟是采用COMPASSII力场完成的。
结果与讨论：
1. 样品制备与分子动力学模拟
研究通过热压法制备PP/丙烯基弹性体(PP/PBE)共混薄膜，并浸泡于四种交联副产物(丙酮、叔丁醇、对二乙酰苯、对双(2-羟异丙基)苯）中。分子动力学模拟(图3)显示，小分子副产物在PP/PBE中的扩散系数随温度升高而增大，其中丙酮(BP-a)和叔丁醇(BP-b)扩散速率最快。
2. 红外光谱分析（图4）
傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实，浸泡后样品中出现了羰基(C=O，1720cm⁻¹)和羟基(-OH，3700cm⁻¹)的特征吸收峰，表明副产物分子成功渗入材料内部。
3. 陷阱分布（图5-6）
表面电位衰减实验显示，副产物显著增加了浅陷阱密度(图6a)，同时降低了深陷阱深度和密度(图6b)。例如，丙酮处理的样品浅陷阱密度从1.54×10²⁰增至3.49×10²⁰ m⁻³·eV⁻¹，加速了电荷脱陷过程。
4. 直流导电特性（图7）
副产物导致PP/PBE的电流密度和电导率显著上升(图7a)。高温下(90°C)，BP-a和BP-b因部分挥发影响减弱，而BP-c和BP-d因高沸点持续提升电导率(图7b)。
5. 空间电荷与电场分布（图8-9）
极化实验发现，副产物引入大量异号电荷积累(图8)，尤其是BP-a和BP-b处理的样品电荷密度最高(PB-a达2.94 C·m⁻³)，导致电场严重畸变(图8f)。电荷衰减速率也因浅陷阱增多而加快(图10)。
6. 直流击穿强度（图11）
韦布尔分布分析表明，副产物降低了PP/PBE的击穿强度，其中大分子副产物(BP-c、BP-d)因空间位阻效应更显著，击穿强度下降最明显。
结果与展望：
交联副产物通过扩散改变PP/PBE的陷阱分布，加剧电荷积累与电场畸变，最终削弱绝缘性能。未来需优化电缆设计以减少副产物迁移影响。
图12(b)展示了PP/PBE体系在浸泡处理前后的电荷传输过程变化。交联副产物的引入会显著增加材料中浅陷阱的密度并降低陷阱深度，这使得载流子被捕获和脱陷的过程变得更加容易，从而更易形成导电通道。在相同电场作用下，更多载流子参与电荷传输，导致电导率升高。
更高的载流子迁移率会促进电荷迁移，而交联副产物分子在高电场下会解离成正负离子，进一步增加载流子浓度。这解释了图8中观察到的显著空间电荷积累现象。这些在电极附近积累的空间电荷会引发严重的电场畸变，最终导致材料击穿强度下降。
文章详情：DOI:10.1088/1361-6463/add7e7
北京泰科博思科技有限公司是BIOVIA Materials Studio官方指定代理商，有关软件详情或者技术支持请咨询北京泰科。
电话：010-64951848
邮箱：sales@tech-box.com.cn
北京泰科为广大学习分子模拟科研人员提供了交流讨论平台，泰科建立了BIOVIA Pipeline Pilot和Materials Studio交流群，群里有专业老师解答问题，如有兴趣一起交流，欢迎来电/邮申请入群，作者期待您的参与！
北京泰科涉及行业
材料研发
基于BIOVIA Materials Studio材料设计平台，提供涉及电池、航空航天、国防军工、建筑、涂料涂层等多领域材料研发软件及综合解决方案
药物研发
针对药物设计、药物研发等提供基于Discovery Studio、COSMOLOGIC等软件的ADME、构象比对、溶剂筛选、结晶、成盐、共晶筛选、稳定性、溶解度pKa、分配系数等性质的模拟预测软件及方案
化工设计
面向精细化工、新能源、石油化工等领域提供精馏萃取催化剂设计、热力学性质（溶解度、粘度等）、提纯表面处理吸附等性质模拟软件平台及解决方案
数据挖掘
基于Pipeline Pilot提供数据搜集、数据清洗、特征工程、机器学习、流程设计等多种数据挖掘综合解决方案
一体化实验室
• 实验室信息管理
• 电子实验记录本/SOP执行
• 试剂耗材管理
• 仪器管理
• 数据管理
部分产品
量化材料类
• Crystal：固体化学和物理性质计算软件
• Diamond：晶体结构数据可视化分析
• Endeavour：强大的求解晶体结构的软件
• Molpro：高精度量化软件
• Molcas：多参考态量软件
• Turbomole：快速稳定量化软件
• TeraChem：GPU上运行的量化计算软件
• Spartan：分子计算建模软件
数据分析类
• GelComparll：凝胶电泳图谱分析软件
• SimaPro：生命周期评估软件
• Unscrambler：完整多变量数据分析和实验设计软件
• CSDS：剑桥晶体结构数据库
• lCDD：国际衍射数据中心数据库
• ICSD：无机晶体结构数据库
• Pearson’s CD：晶体数据库
公司简介
北京泰科博思科技有限公司（Beijing Tech-Box S&T Co. Ltd.）成立于2007年，是国内领先的分子模拟及虚拟仿真综合解决方案提供商。
北京泰科博思科技有限公司与国际领先的模拟软件厂商、开发团队深入合作，为高校、科研院所和企业在材料、化工、药物、生命科学、环境、人工智能及数据挖掘、虚拟仿真教学等领域提供专业的整体解决方案。用户根据需要在我们的平台上高效的进行各种模拟实验，指导实际的生产设计。
北京泰科博思科技有限公司拥有一支一流的技术服务团队和资深的专家咨询团队，以客户真正需求出发，服务客户，为客户创造价值。我们秉承“职业、敬业、担当、拼搏、合作”的企业精神，致力于用国际领先的软件产品和专业全面的技术支持服务，成为客户可信赖的合作伙伴。
相关产品
联系方式
公司地址：北京市朝阳区安慧里四区15号
中国五矿大厦419室
电话：010-64951848
传真：010-58603969
销售部：sales@tech-box.com.cn
泰科博思二维码
