室温硫化硅橡胶(【文章推荐】室温硫化硅橡胶绝缘保护材料冷热循环老化特性研究)

室温硫化硅橡胶

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室温硫化硅橡胶绝缘保护材料冷热循环老化特性研究
原文发表在《高压电器》2020年第9期。
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DOI：10.13296/j.1001-1609.hva.2020.09.023

室温硫化硅橡胶绝缘保护材料冷热循环老化特性研究
金海云，马佳炜，曾　飏，丁昌昊，张晨曦，高乃奎，张剑刚  
(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室， 西安　710049)

01摘要
为探究工作在气温条件多变、昼夜温差大的环境下室温硫化硅橡胶（RTV）绝缘保护材料的老化特性，文中制备了RTV硅橡胶试样，并对其进行了冷热循环老化模拟试验，通过红外光谱测试（FTIR）及扫描电子显微镜（SEM）研究了老化前后微观结构的变化规律及老化机理，并通过拉伸试验、介电性能测试及击穿试验，分析了冷热循环老化过程中力学性能、体积电阻率、介电性能及击穿强度等宏观特性的变化规律。结果表明，冷热循环老化过程中，试样分子链交联网络劣化，同时产生-OH等强极性基团。在老化温度及高低交变温度应力共同作用下，试样近表面出现填料脱落、形成孔洞及裂纹的现象，微观结构受到一定程度的破坏，导致力学性能下降、体积电阻率减小、相对介电常数与介质损耗增大、击穿强度下降，整体绝缘性能劣化。
02  主要内容输配电网线路和变电站的绝缘化是保障较高输供电可靠率、减少停电时间的重要环节。输配电网的重难点在于导体连接部分的绝缘化，如架空线路的线夹绝缘、电缆附件的局部绝缘防护、变电站的母排绝缘等，因而对裸露于外部自然环境中的电气设备进行绝缘包覆保护以保障绝缘可靠性具有重要意义。作为一种现场绝缘化产品，室温硫化硅橡胶绝缘保护材料具有便捷的操作性、可靠的绝缘性能、优异的耐热性、极佳的从形性、良好的阻燃性等技术特点，可用于快速绝缘处理及防水保护，是可现场快速施工并能室温自固化的特殊RTV绝缘材料(区别于RTV涂料)，使用前为膏状，使用时逐渐室温固化，例如使用RTV绝缘保护包材包覆电缆终端开裂部位来进行绝缘修复，其功能类似于防爆破飞溅涂料对硅橡胶复合套管进行修复处理以恢复其外绝缘性能，以及RTV与高温硫化硅橡胶(HTV)对防污闪进行补救处理。
作为有机材料，用在设备外绝缘中的硅橡胶绝缘保护材料受外部环境因素的影响较大，温度、电晕放电、紫外辐射、酸雨、臭氧等因素均会使其发生老化，目前国内外学者针对不同因素对硅橡胶性能的影响做了大量研究，贾志东等研究了特殊气候环境下RTV硅橡胶的运行特性，莫小向等研究了不同运行条件下的硅橡胶绝缘子的绝缘性能，发现不同自然环境因素具有不同程度的老化影响。此外，对于运行在某些气温条件多变、昼夜温差较大的地区的材料，初始温差、寒潮、气温变化引起的温度变化也会使材料老化，康均等研究了紫外线辐射和高低温交变对RTV防污闪涂料性能的影响，为在温差大、太阳辐射强的环境(如高海拔地区)下运行的RTV防污闪涂料适应性分析提供参考。陈洪武等针对绝缘系统的耐老化和耐环境性研究，采用冷热冲击试验对几种表面防护涂料的耐候性进行了对比分析。目前耐候性研究主要针对HTV绝缘子或厚度较薄的RTV涂料层，而对于较大昼夜温差等环境条件下RTV硅橡胶绝缘保护材料老化的研究较少。
文中制备了RTV绝缘保护材料试样，并设计了交变温度老化试验以模拟温差大的环境下的老化过程，采用FTIR、SEM研究了冷热循环老化微观特性及老化机理，并通过力学性能测试、介电性能测试及击穿试验分析了RTV的冷热循环老化宏观特性。研究结果可为RTV绝缘保护材料的配方、工艺优化及实际应用时绝缘状态评估提供理论支撑。
1 试验方法
1.1   试样制备
1.2   老化方案
1.3   测试方法
2 试验结果与讨论
2.1老化前后红外特征官能团的变化
2.2 老化前后微观形态的变化
2.3 老化对力学性能的影响
2.4 老化对体积电阻率特性的影响
2.5 老化对介电特性的影响
2.6 老化对交流击穿特性的影响
03  结论
本研究制备了RTV试样，并对其进行冷热循环老化，以模拟硅橡胶绝缘保护材料实际工作时耐受大昼夜温差的特殊环境的过程，通过测试分析了不同老化试样，得到以下结论：
1)在冷热循环老化过程中，硅橡胶试样发生解聚反应，交联键、部分主链断裂，使得硅橡胶分子链交联网络劣化，同时产生-OH等强极性基团，但侧链基团变化不大。在老化温度及高低交变温度应力共同作用下，硅橡胶近表面出现填料脱落的现象，表面出现较多孔洞和裂纹，微观结构受到一定程度的破坏。
2)在冷热循环老化过程中，硅橡胶试样显微组织结构的劣化导致其力学性能逐渐下降、体积电阻率逐渐减小，强极性基团的产生及电导过程的增强使得相对介电常数、介质损耗逐渐增大，整体的均匀性被破坏导致击穿强度逐渐下降，绝缘性能劣化。
04  作者简介金海云(1971—)，男，教授，博士生导师，主要从事绝缘结构设计、电介质物理以及超疏水绝缘子等方面的研究(E-mail:hyjin@mail.xjtu.edu.cn)。
05  本文索引
金海云，马佳炜，曾　飏，等. 室温硫化硅橡胶绝缘保护材料冷热循环老化特性研究[J]. 高压电器，2020，56(9)：159-165.
JIN Haiyun，MA Jiawei，ZENG Yang，et al. Study on thermal-cooling aging characteristics of room temperature vulcanized silicone rubber insulation and protection materials[J]. High Voltage Apparatus，2020，56(9)：159-165.

《高压电器》简介
　　《高压电器》期刊由中国高压电器行业的归口单位——西安高压电器研究院有限责任公司主管、主办，1958年创刊，刊名由当时的人大常委会副委员长、中国科学院院长郭沫若同志亲笔题写。迄今已有六十余年的历史。
　　《高压电器》(国际标准刊号：ISSN 1001-1609、国内统一刊号：CN 61-1127/TM)对国内外公开发行，是我国高压电器行业具有权威性的国家级刊物，它立足于高压电器行业，同时为致力于高压电器研究、开发、制造和使用的专业技术人员提供最新的技术资讯服务，具有较高的技术水平和专业知名度。主要报道高压电器、高电压技术、电力系统及其相关领域中的新技术、新方法和新的应用性研究成果。主要栏目有：研究与分析、技术讨论、设计技术、测试技术、智能电器、综述、技术交流、经验点滴、新产品新技术、新书介绍、简讯等。另外，期刊还开设相关的专题栏目，如高压电器专题、 触头材料专题、清洁能源与微电网专题、直流开断技术专题、SF6替代气体研究专题、真空开断技术专题、高电压与放电等离子体专题、GIS/GIL用环氧复合绝缘件研究专题、电气设备局部放电及状态检测技术专题、电气设备振动与噪声专题等，及时报道高压电器行业发展的新动向、新热点。
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