硅橡膠在輸電線路絕緣子中的應(yīng)用

1、硅橡膠在硅橡膠在輸電線輸電線路絕緣絕緣子中的子中的應(yīng)用摘要摘要：硅橡膠是自20世紀(jì)中葉起逐漸投入工程應(yīng)用的有機(jī)合成材料，其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的耐熱性能及電性能使其在電力設(shè)備電氣絕緣中得到了廣泛應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展。本文對(duì)硅橡膠材料的性能以及輸電線路絕緣子的基本情況進(jìn)行概略說明，著重?cái)⑹龉柘鹉z絕緣子體現(xiàn)在高壓輸電線路中的特有性能及其實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意的問題，并簡述對(duì)硅橡膠絕緣子的現(xiàn)存不足及未來展望。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：硅橡膠絕緣子憎水性耐污閃老化一

2、、硅橡膠概述硅橡膠(Siliconerubber)，由二甲基硅氧烷及其它有機(jī)硅單體聚合而成。SiC鍵鍵能高達(dá)426kJmol，它沒有雙鍵，有優(yōu)異的耐老化性。硅橡膠突出的性能是使用溫度寬廣，能在60℃（或更低的溫度）至250℃（或更高的溫度）下長期使用。但硅橡膠的抗張強(qiáng)度和抗撕裂強(qiáng)度等機(jī)械性能較差，在常溫下其物理機(jī)械性能不及大多數(shù)合成橡膠，且除腈硅、氟硅橡膠外，一般的硅橡膠耐油、耐溶劑性能欠佳，故硅橡膠不宜用于普通條件的場合，但非常適用于

3、許多特定的場合。1、室溫硫化硅橡膠(RTV)室溫硫化硅橡膠是指不需加熱在室溫下即可硫化的一類硅橡膠。室溫硫化硅橡膠是一種端基含有羥基（或乙酰氧基）的硅橡膠，分子量較低，通常為粘稠狀的流體。這類橡膠中加入適量補(bǔ)強(qiáng)填充劑、硫化劑和催化劑（或受空氣中的水分作用）后即可在室溫下硫化而成彈性體。硫化完全之后在耐熱性、耐寒性、介電性能等方面都很好，唯其機(jī)械強(qiáng)度較低些，可用于澆鑄和涂敷膠料。室溫硫化硅橡膠可分為單組份型和雙組份型兩種。雙組份型室溫硫化

4、硅橡膠是由含端羥基的硅橡膠和補(bǔ)強(qiáng)填充劑、硫化劑等配合而成，使用時(shí)再添加催化劑。硫化時(shí)即在催化劑的作用下，使含端羥基的硅橡膠與硫化劑之間發(fā)生脫醇縮合反應(yīng)而形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。改變硫化劑和催化劑的用量，即可調(diào)節(jié)硫化速度，一般用量大時(shí)，硫化速度快，反之則慢。在硫化過程中，生成的醇類物質(zhì)逐漸從硫化膠中擴(kuò)散逸出。單組份型室溫硫化硅橡膠，是由端基含有乙酰氧基的硅橡膠與補(bǔ)強(qiáng)填充劑以及其它助劑配合而成，使用時(shí)不需添加催化劑，從密封包裝中取出后與空氣中的水分作

5、用即可硫化成為彈性體。此種硅橡膠對(duì)金屬、玻璃和塑料等都有很好的粘合力，其缺點(diǎn)是硫化過程中伴有醋酸生成，雖能從硫化膠中擴(kuò)散逸出，但對(duì)接觸物體，特別是對(duì)金屬有腐蝕作用。2、高溫硫化硅橡膠(HTV)高溫硫化硅橡膠是高分子量（一般為40～80萬）的聚有機(jī)硅氧烷加入補(bǔ)強(qiáng)填料和其它各種添加劑，采用有機(jī)過氧化物為硫化劑，經(jīng)加壓成型（模壓、擠壓、壓延）或注射成型，并在高溫下交鏈成橡皮。高溫硫化硅橡膠的硫化一般分為兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段是將硅生膠、補(bǔ)強(qiáng)劑

6、、添加劑、硫化劑和結(jié)構(gòu)控制劑進(jìn)行混煉，然后將混煉料在金屬模具中加壓加熱成型和硫化。第二階段是將硅橡皮從模具中取出后，放入烘箱內(nèi)，于200～250℃下烘數(shù)小時(shí)至24小時(shí)，使橡皮進(jìn)一步硫化，同時(shí)使有機(jī)過氧化物分解揮發(fā)。硅橡膠主鏈上的側(cè)基可以是甲基、乙基、乙烯基、苯基、三氟丙基等。最常用的是甲基也可引入其它基團(tuán)以改善加工性能和其它性能。因此，根據(jù)側(cè)基基團(tuán)和膠料配方的不同，可以得到各種不同用途的硅橡膠。二、絕緣子概述4、電性能有機(jī)硅聚合物鏈中沒

7、有導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，且聚合物分子中沒有導(dǎo)電的離子存在，所以聚合物是良好的絕緣體，體積電阻率很大；其次硅橡膠中加入白炭黑和氫氧化鋁，導(dǎo)電性都不大，且由于聚合物憎水遷移性，顆?；径急话诜肿觾?nèi)部，很難和外界的水接觸，無法形成離子；硅橡膠分子中的碳原子數(shù)比有機(jī)聚合物少，即便燃燒也是生成絕緣的二氧化硅附在表面，所以其電絕緣性和抗電弧性優(yōu)異，經(jīng)過這些年的實(shí)踐，硅橡膠已經(jīng)廣泛用在高壓和超高壓電路中。但絕緣子在低溫時(shí)表面的絕緣性顯著降低，水珠落在表面后停

8、留的時(shí)間大大延長，使表面大量結(jié)冰，絕緣子在覆冰條件下，即使輕微的污穢，絕緣子的電氣強(qiáng)度也會(huì)急劇下降，因此在覆冰條件下，絕緣子的電氣特性將發(fā)生顯著變化，嚴(yán)重影響其外絕緣電氣性能，特別是在嚴(yán)重覆冰和積雪時(shí)，絕緣子的閃絡(luò)電壓將顯著下降，極易發(fā)生閃絡(luò)事故。5、耐污閃性能污閃一般要經(jīng)過4個(gè)階段：污穢的積累；污穢的濕潤；出現(xiàn)干區(qū)和局部電弧；局部電弧發(fā)展至閃絡(luò)。有機(jī)硅絕緣子和瓷絕緣子表面電弧的變化都隨電流的變化而呈現(xiàn)周期性變化，但兩者表面的染污放電現(xiàn)

9、象明顯不同，有機(jī)硅表面的電弧變化有明顯熄滅重燃現(xiàn)象，瓷表面在通過電流為零時(shí)電弧減弱，但沒有熄滅，主弧道仍維持有較強(qiáng)的等離子體通路。所以在耐污閃方面，硅橡膠比瓷絕緣子更耐污閃。硅橡膠耐污閃性能是由其憎水和憎水遷移性決定的，因?yàn)楫?dāng)水珠或水霧凝結(jié)在染污的表面時(shí)，硅橡膠表面形成的是不連續(xù)的水珠，而在瓷絕緣子表面形成連續(xù)的水膜，因而更易發(fā)生閃絡(luò)和跳閘事故。6、耐漏電起痕性和抗蝕損性能高壓線路中，絕緣子不僅要有優(yōu)異的憎水性，還要具有良好的耐漏電起痕

10、性和抗蝕損性能，以保證高壓線路的長期穩(wěn)定運(yùn)行。漏電痕跡是污穢物產(chǎn)生的電導(dǎo)電流和火花放電引起碳化物的堆積和蔓延造成的。以氫氧化鋁為填料，硅橡膠的耐電痕化和抗蝕損性能較高。因?yàn)闅溲趸X在放電產(chǎn)生的高溫下會(huì)分解，也會(huì)和游離碳反應(yīng)。氫氧化鋁分解生成氧化鋁和水蒸氣，反應(yīng)吸熱量為2.09kJmol，大大降低了材料表面的溫度，同時(shí)水在高溫下形成強(qiáng)烈的水蒸汽氣流，可沖刷掉試樣表面沉積的碳粒，減弱電痕的發(fā)展；氫氧化鋁與游離碳反應(yīng)，使之轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性碳（CO

11、或CO2），可減弱電痕的發(fā)展。此外氫氧化鋁和反應(yīng)產(chǎn)生的氧化鋁導(dǎo)熱性能較好，能有效傳導(dǎo)放電產(chǎn)生的能量，限制熱氧化和熱降解的產(chǎn)生，降低硅橡膠的分解和碳粒的形成速度。氫氧化鋁徑粒越小，在材料內(nèi)部及表面的分布就越均勻，受熱分解速度越快，可有效抑制碳化通道的形成，提高耐漏電起痕能力。但就硅橡膠而言，長期保持優(yōu)良的憎水性能最為重要，一味追求硅橡膠的耐漏電起痕及電蝕損性能會(huì)降低其憎水性能，因?yàn)闅溲趸X含大量羥基，氫氧化鋁含量過多，使硅橡膠表面具有親水

12、性，一旦表面有水分存在，就會(huì)形成連續(xù)水膜，導(dǎo)致閃絡(luò)事故，且氫氧化鋁含量太多也影響小分子的遷移性。四、硅橡膠絕緣子應(yīng)用應(yīng)注意的問題1、機(jī)械強(qiáng)度純硅橡膠機(jī)械強(qiáng)度很小，一般以白炭黑為補(bǔ)強(qiáng)填料，可使絕緣子強(qiáng)度顯著提高。因?yàn)榘滋亢诹Ｗ拥男〕叽绾痛蟊缺砻娣e，可與聚硅氧烷分子產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用，改善界面狀況，同時(shí)白炭黑表面含有很多羥基，粒子可通過氫鍵和范德華力作用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。白炭黑的表面積和孔隙度的平均粒徑在適當(dāng)范圍內(nèi)可使硅橡膠的性能達(dá)到一個(gè)最佳值