مکانیزم­ های شکست دی الکتریک به وسیله­ ساختارهای فیزیکی و شیمیایی پلیمر و ناخالصی­ها قابل توجیه هستند. به طور خلاصه این مکانیزم­ ها به چهار نوع تقسیم می‌شوند:
الف) شکست الکترونیک
شکست الکتریکی توسط مقدار اندکی از الکترون­ها شروع می‌شود که دارای آمادگی شتاب یافتن با میدان اعمالی هستند. در یک دی الکتریک ایده­آل هیچ حامل بار الکتریکی وجود ندارد اما در دی الکتریک­هایی که استفاده می‌شوند به دلایل مختلف حفره­ها و الکترون­هایی وجود دارد که این نوع شکست را ایجاد می‌کنند.
ب) شکست حرارتی
به دلیل وجود افت دی الکتریک و فرایندهای آسودگی درون پلیمر، دما افزایش می‌یابد. این افزایش دما هدایت پلیمر را افزایش می‌دهد. احتمال به وجود آمدن پدیده­ شکست حرارتی به سرعت انتقال حرارت عایق بستگی دارد.
ج) شکست الکترومکانیکی
ویژگی­های شکست دی الکتریک در دمای نزدیک به نقطه­ی ذوب آن شبیه به تغییرات خواص مکانیکی آن است. شکست الکترومکانیکی به دلیل تغییر شکل مکانیکی تحت تنش میدان الکتریکی اعمال‌شده، رخ می‌دهد.
د) شکست تخلیه­ی الکتریکی گاز
این مکانیزم شامل تشکیل کانال­های گازی در یک دی الکتریک است. استحکام دی الکتریک گاز بسیار کمتر از پلیمر است. بنابراین با اعمال ولتاژی بالا در پلیمر پدیده­ تخلیه­ی الکتریکی در مراحل اولیه­ در هر حفره­ی گازی که درون پلیمر وجود دارد، رخ می‌دهد. این پدیده سب شکست پلیمر می­گردد.

فاکتورهای مختلفی بر روی استحکام دی الکتریک اثر دارد. به عنوان مثال ایجاد اتصالات عرضی به دلیل بالا بردن نقطه­ی ذوب استحکام دی الکتریک را بالا می­برد. زیرا شکست الکترومکانیکی نزدیک نقطه ذوب رخ می‌دهد. افزودن گروه‌های قطبی استحکام دی الکتریک را بالا می­برد. افزایش وزن مولکولی نیز استحکام دی الکتریک را بالا می­برد که این امر از روی ارتباط استحکام دی الکتریک با دما توجیه می‌شود[۳۶].

بررسی خواص الکتریکی نانو کامپوزیت‌ها

جدا از تأثیراتی که نانو ذرات بر خواص مکانیکی و فیزیکی بر جای می­گذارند، اثر این ذرات بر خواص الکتریکی نانو کامپوزیت‌های پلیمری نیز چنان جذاب و در عین حال چالش بر انگیز است که، در سال­های اخیر محققان بسیاری را به تحقیق حول این مسئله وادار نموده است . پس از مطالعه‌ای که سیژل^[۴۶] و همکارانش بر روی نانو کامپوزیت‌های پلیمری انجام دادند، دریافتند که توزیع نانو ذرات  ،  و  درون ماتریس پلیمری می‌تواند باعث بهبود خواص الکتریکی نانو کامپوزیت شود[۴۰] .
در یک پژوهش ری^[۴۷] و همکارانش به بررسی نقش فصل مشترک میان رزین و ماده پرکننده بر خواص دی الکتریک نانو کامپوزیت ها پرداختند [۴۱] . برای این منظور، پلی‌اتیلن پرشده با ذرات میکرو و نانو مورد مطالعه قرار گرفت و مشاهده شد که میزان بار فضایی در نانو کامپوزیت نسبت به میکرو کامپوزیت کاهش می‌یابد. به همین دلیل استحکام الکتریکی در نانو کامپوزیت بیشتر از میکرو کامپوزیت است. همچنین توزیع بار در نانو کامپوزیت یکنواخت تر از پلیمر خالص است. از نتایج حاصل‌شده چنین به دست آمد که نانو ذرات موجب کاهش حرکت زنجیرهای پلیمر می‌شوند که این امر به دلیل ایجاد شدن باندهای فیزیکی میان نانو­ذرات و زنجیرهای پلیمری است. به علاوه همین باندهای فیزیکی موجب افزایش استحکام شکست الکتریکی نیز می‌شوند.
اثر نانو ذرات خاک رس بر خواص الکتریکی نانو کامپوزیت پلی‌اتیلنی توسط گرین^[۴۸] و همکارانش بررسی شد. نتایج حاصل از آن نشان داد که افزایش خاک رس موجب افزایش فاکتور اتلاف و همچنین افزایش ولتاژ شکست می‌شود [۴۲]. در پژوهشی دیگر ساراثی^[۴۹] و همکارانش مشاهده کردند که افزایش نانو ذرات خاک رس تا ۵ درصد وزنی به ماتریس اپوکسی باعث افزایش ولتاژ شکست و در درصدهای بالاتر آن موجب کاهش ولتاژ شکست می‌شود [۴۳] . وانگ^[۵۰] و همکاران مشاهده کردند که در درصدهای کم نانو ذرات SiO₂(5/. و ۱ درصد) مقدار ثابت دی الکتریک نانو کامپوزیت در تمام فرکانس‌ها کمتر از ماتریس پلی‌اتیلنی است ولی در درصدهای بالاتر روند تغییرات آن نسبت به ماتریس، وابسته به فرکانس است. افزایش ۳ و۵ درصد این نانو ذرات به ماتریس پلی اتیلنی باعث افزایش ثابت دی الکتریک نانو کامپوزیت نسبت به پلی‌اتیلن شد. اما تغییرات آن با فرکانس روند نزولی داشت و در فرکانس‌های بالاتر از Hz 10⁴ نمودار ثابت دی الکتریک نانو کامپوزیت در زیر ماتریس خالص قرارگرفت [۴۴].
اهداف پروژه :
با توجه به مطالب ذکر شده و مطالعات قبلی محققان دیده شد که پلی اتیلن اتصال عرضی شده علاوه بر داشتن خواص مکانیکی، شیمیایی و حرارتی برتر نسبت به پلی اتیلن، دارای خواص الکتریکی مناسبی نیز برای استفاده در عایق کابل­های برق می‌باشد و با پیشینه‌ای نزدیک به شصت سال در بسیاری از کارخانه­های جهان در حال تولید است. همچنین نتایج بررسی­های انجام شده روی نانو کامپوزیت­ها نشان می­دهد که حضور نانو ذرات در ماتریس پلیمری می‌تواند خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی آن‌ها را بهبود دهد.
در این پروژه اثر ایجاد تصالات ‌عرضی و اثر نانو ذرات خاک رس در ماتریس پلی اتیلنی به صورت توأم مورد بررسی قرار گرفته و خواص مکانیکی، حرارتی و الکتریکی نانو کامپوزیت­های تهیه شده با ماتریس XLPE مطالعه شده است. در واقع هدف، علاوه بر پخش صفحات خاک رس در ماتریس جهت بهبود خواص، قرار دادن مولکول‌های پراکسید بین این صفحات است تا از این طریق بهبود فرایند پخت نیز حاصل شود. به این ترتیب که این کار از واکنش همزمان همه‌ی رادیکال‌ها جلوگیری کرده و موجب شودکه فرایند ایجاد اتصالات ‌عرضی به‌ صورت تدریجی با زمان انجام شود و در نهایت ایجاد اتصالات عرضی با بازده بیشتر و به ‌صورت یکسان تری صورت ­پذیرد.

فصل سوم
مواد و روش­ها

در این فصل به تشریح مواد اولیه­ بکار رفته، روش­های آماده سازی نمونه­ها، تجهیزات مورد استفاده و در نهایت آزمون­های انجام شده جهت بررسی خواص نمونه­ها پرداخته می‌شود.

مواد اولیه

پلی‌اتیلن مورد استفاده در این پروژه LDPE 0200 تولیدی پتروشیمی بندر امام است که مشخصات آن در جدول ۳-۱ آورده شده است.
جدول ‏۳‑۱ مشخصات LDPE استفاده‌شده.