水树枝老化是运行在潮湿环境下的聚烯烃电力电缆发生绝缘击穿的主要诱因，水树枝在一定情况下可能引发电树枝，进而导致绝缘击穿。该文主要研究水分和水树枝劣化对交联聚乙烯(cross-linked Polyethylene，XLPE)中电树枝引发生长的影响。选用过氧化物交联聚乙烯作为实验材料，用水针电极、高频加速老化的方法培养水树枝，采用计算机实时显微数字摄像系统观测电树枝的引发和发展。分别研究了湿润水树枝和干燥水树枝在不同电极类型(水针电极、钢针电极)、不同电压下(15、20 kV)向电树枝的转化规律。实验研究发现：就电树枝的平均引发时间而言，未劣化试样最短，湿润水树枝试样最长，干燥水树枝试样介于二者之间；就电树枝引发率而言，干燥水树枝试样最高，湿润水树枝试样最低，未劣化试样介于二者之间；采用水针电极时，3种试样引发的电树枝均为枝状。结合对比3种试样中电树枝的形态，研究了湿润水树枝和干燥水树枝中电树枝的引发和生长机制。

电树枝化是影响交联聚乙烯电力电缆安全可靠运行的重要因素，电缆在长期的运行过程中受到电压和温度的影响，绝缘性能逐渐下降，直接威胁到电网的安全运行。特别是伴随电压等级的迅速提高，电树枝化对电缆的可靠性和使用寿命的影响正日益突出，因此，研究交联聚乙烯电缆电树枝的生长特性对电缆的安全运行具有重要意义。 绝缘层中的缺陷主要包括气隙、杂质等，其中气隙是产生局部放电的主要原因而杂质则容易引起电场集中从而促使电缆老化，分析表明：电树枝起始场强与针电极曲率半径平方成反比，放电图谱成翼型，电树枝的引发都源于绝缘劣化，绝缘中的缺陷和劣化是引发电树枝的前提。以针电极短电缆电极系统为平台，在12kV、15kV、18kV、21kV电压下培养大量电树枝，试验表明：不同电压下电树枝起始和生长时间差异较大，扩展系数变化明显。随着电压的升高，电树枝形态从枝状逐渐过渡到丛状，这是由于在电压较低时，只有针尖最前端处达到材料击穿场强，此时电树枝向前发展成枝状；当电压较高时，针尖周围均达到材料的击穿场强，电树枝向四周发展形成丛状树枝，丛状树枝形如球状，生长速度缓慢。 试验发现：不同温度下电树枝的生长特性也有变化。试验温度越高，15kV电压下电树枝的起始和生长时间越短。但是当温度超过90℃时，温度对电树枝的起始和生长时间的影响开始减弱，且高温下电树枝的击穿通道无炭化情况，成浅色。同时发现升压速度和加压方式的改变对电树枝的生长特性和树枝形态也有较大影响。升压速度越快，越有利于电树枝的引发，且电树枝的生长速度越快，呈枝状形态发展。二次施压下生长出的新树枝具有引发时间短、生长速度快、放电通道窄等特点。表明二次施压对电树枝的二次引发和生长有较大影响，能加速电缆的老化和击穿 。

(1)电树枝。在绝缘层中由于过高的集中场强(如导线表面的毛刺或凸起，绝缘层中夹杂有金属粉末等)引起的局部放电，导致绝缘呈树枝状老化而击穿。如果采用内、外屏蔽层和绝缘层三层同时挤出的方法并使用超纯原材料且规定绝缘层厚度，在正常运行电压下，可以避免电树枝的产生。

(2)化学树枝。没有金属密封护套的交联电缆，如果敷设在含有酸或碱的土壤中，日久后土壤中的化学溶液渗透至电缆绝缘内部，形成灌本状树枝导致绝缘老化而击穿。金属密封护套可以隔断化学溶液渗透途径，从而防止化学树枝的形成。

(3)水树枝。以蒸汽或硅烷交联的电缆，其绝缘中存有凝结水，或因外界周围的水分自护层或导体的股线间侵入绝缘内，在电场和温度的作用下导致树枝状老化而击穿。

随着交联聚乙烯电力电缆在电力系统中的广泛应用，其电树枝老化成为了电力电缆长期安全运行的瓶颈，迫切需要研究电树枝老化规律和机理。随着绝缘材料的物化性能测量技术的进步，为研究电树枝老化机理提供了更加有效的方法。通过研究电缆电树枝化的引发和生长过程，最终为找到电树枝化的防止或抑止措施提供帮助，有着重要的学术和实际意义。首先通过一个短电缆试验系统，通过施加针尖缺陷，考察了不同电压、不同环境温度、不同聚集态参数对电树枝的引发和生长过程的影响，并对比了针板电极下材料块电树枝的形态参数，结果表明所设计的短电缆试验系。

树枝状分子命名

英文名dendrimer，中文名称分前缀和主语，前缀有9种之多：树形、树状、树枝形、树枝状、树型、树枝型、树枝、树突、枝状，主语有7种之多：化合物、分子、大分子、高分子、聚合物、聚体、聚合体，排列组合有至少63种名称，如无特别注明，后文中统称为树枝状分子，国内仅威海晨源独家生产。

树枝状分子分类

树枝状结构分两种，一种是理想完美状态的树枝状结构，一般所指的树枝状分子如无特别说明，均指完美结构的；还一种是有缺陷的树枝状结构的有机分子具有枝枝状结构的有机分子。，这类结构通常称之为超支化分子，属于另一个研究范畴，不在后续内容之列。

树枝状分子典例

口卜啉类树枝状分子 、芳醚树枝状分子、PAMAM树枝状分子、二茂铁基树枝状分子。国内外研究最成熟，并且在国外及国内实现了工业化生产的当属PAMAM（聚酰胺-胺），后文中均以PAMAM为例

树枝状分子研究概况

1978年，Vogtle 等人第一次报道了通过迭代方法获得分支分布结构，首次提出重复合成的思想；

1979年Denkewelter首次合成了以l-赖氨酸为基的树枝形高分子，并对其性能进行了表征，但并没有提出树枝形高分子的概念，也没有对他的合成方法进行总结；

1985年DOW化学公司的Tomalia和加州理工学院的Newkome先后提出了树枝形高分子概念并分别合成了两种不同树枝形高分子；

1990年康奈尔大学的Frechet等合成了芳香族聚酯、聚醚树枝形高分子。

树枝状分子生产概况

国外仅有DSM等不超过四家企业（美国、澳大利亚）在生产实验室级别和工业级别的树枝状分子；

国内仅在威海晨源在生产实验室级别和工业级别的树枝状分子

树枝状分子收敛法

从树枝形聚合物的外层出发，由外向内逐步收敛的合成方法

树枝状分子发散法

从树枝形聚合物的中心核开始，由内向外的扩散合成方法

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