高压直流电缆是直流输电系统的重要装备,开发高压直流聚丙烯（PP）电缆绝缘材料对大容量、环保型直流电缆的发展具有重要意义。高压直流电缆绝缘材料在长期直流电场作用下容易产生空间电荷积聚,引起局部电场畸变并加速绝缘老化。电缆运行过程中,绝缘还受高温作用、直流与脉冲复合电压作用,容易引发绝缘热老化、电树枝劣化,威胁电缆输电系统的安全运行。本文以聚丙烯绝缘为研究对象,研究乙烯基弹性体共混及纳米石墨烯、自由基捕获剂改性对聚丙烯复合材料电性能的影响规律和作用机理,以期为免交联型高压直流电缆料的研发奠定实验和理论基础。主要研究工作和结论如下:（1）基于乙烯基弹性体（ULDPE）共混改性聚丙烯机械性能,发现弹性体含量较低时,在聚丙烯基体中的分散性及颗粒粒径更均匀,有利于两相相容,此时共混物机械性能、热性能较好;共混弹性体引入两相界面,共混物中深陷阱的数量变大,空间电荷有少量积聚,电导率减小,击穿强度降低。（2）采用熔融共混法制备PP/ULDPE/石墨烯纳米复合材料,发现随着温度的升高,聚丙烯中同极性电荷注入增多,共混物中出现异极性电荷积聚,聚丙烯及其共混物击穿场强变大,电导率变大。量子化学计算结果表明平面状结构的纳米石墨烯表面具有较强负电势,对电荷吸引力大,纳米微掺杂就可在复合材料中引入大量深陷阱,使复合材料的空间电荷积聚量和电导率变小,击穿强度变大。（3）采用熔融共混法制备PP/ULDPE/自由基捕获剂复合材料,基于量子化学计算分析发现自由基捕获剂分子中的羰基、三嗪基团等构成化学陷阱,改性复合材料陷阱能级、陷阱密度增大,抑制了空间电荷积聚;同时,自由基捕获剂可以捕获活性自由基,提高了复合材料的击穿强度。发现分子链含有长支链、循环作用时主链不会断裂的聚合物型自由基捕获剂改性复合材料电性能最为优异。（4）制备优选参数的纳米石墨烯、自由基捕获剂改性聚丙烯复合材料,发现热老化过程中微观结晶结构的变化及引入的化学缺陷使聚丙烯及其改性复合材料的深陷阱密度变大,抑制了空间电荷的积聚;老化后改性复合材料陷阱能级和密度、击穿场强仍高于纯聚丙烯及其共混物。发现直流与脉冲复合电压下,改性复合材料的耐电树枝生长特性优于聚丙烯及其弹性体共混物;纳米石墨烯及自由基捕获剂引入的深陷阱,以及后者捕获电树枝劣化过程中产生的自由基作用,可抑制电树枝生长。采用纳米石墨烯、自由基捕获剂改性是提高高压直流聚丙烯电缆绝缘性能的有效手段。