复合绝缘子HTV硅橡胶材料老化特性的研究

针对在役复合绝缘子的老化问题,笔者分别对实验室电晕老化和现场自然老化的HTV硅橡胶材料的憎水性、泄漏电流、表面微观形貌以及化学成分等特性进行了对比研究。结果表明,电晕老化与现场老化造成材料特性变化的规律呈现一致性:电晕老化造成材料憎水性下降,且提高电晕老化强度(电压和时间)则导致憎水性恢复变慢,甚至不能完全恢复;现场老化材料的憎水性随年限不断下降,由HC1级(2年)降至HC5级(15年)。老化还造成样品的表面电阻率下降,引起表面泄漏电流增加;老化造成硅橡胶材料降解,表面缺陷增加,孔洞增加并加深,甚至产生裂纹,同时生成强极性基团等,从而引起硅橡胶机械及绝缘性能不断下降。     

多种老化因素对接触网复合绝缘子憎水性及憎水恢复性的影响研究

在青藏高原等高海拔地区,复合绝缘子在强紫外辐照、异常发热等因素作用下发生老化,会导致硅橡胶憎水性下降,因此分别对两种不同的硅橡胶进行紫外、温度联合老化和热老化,测量硅橡胶表面的静态接触角以衡量其憎水性,并将紫外、温度联合老化后的硅橡胶置于150℃条件下,分析多因素老化转为单因素老化后硅橡胶的憎水恢复性.研究结果表明:紫外、温度联合老化条件下硅橡胶的憎水性下降速度为热老化条件下硅橡胶憎水性下降速度的1.5～2倍.不同紫外、温度联合老化周期下的硅橡胶在150℃条件下静态接触角的变化曲线不同,其原因是不同老化程度下产生的小分子硅氧烷浓度不同,在热老化条件下硅橡胶热裂解与小分子硅氧烷向硅橡胶表面迁移形成竞争机制,当小分子硅氧烷迁移占主导作用时,硅橡胶静态接触角增加.该研究结果可为高海拔地区的复合绝缘子运行维护提供参考.     

多种老化因素对接触网复合绝缘子憎水性及憎水恢复性的影响研究

在青藏高原等高海拔地区,复合绝缘子在强紫外辐照、异常发热等因素作用下发生老化,会导致硅橡胶憎水性下降,因此分别对两种不同的硅橡胶进行紫外、温度联合老化和热老化,测量硅橡胶表面的静态接触角以衡量其憎水性,并将紫外、温度联合老化后的硅橡胶置于150℃条件下,分析多因素老化转为单因素老化后硅橡胶的憎水恢复性.研究结果表明:紫外、温度联合老化条件下硅橡胶的憎水性下降速度为热老化条件下硅橡胶憎水性下降速度的1.5～2倍.不同紫外、温度联合老化周期下的硅橡胶在150℃条件下静态接触角的变化曲线不同,其原因是不同老化程度下产生的小分子硅氧烷浓度不同,在热老化条件下硅橡胶热裂解与小分子硅氧烷向硅橡胶表面迁移形成竞争机制,当小分子硅氧烷迁移占主导作用时,硅橡胶静态接触角增加.该研究结果可为高海拔地区的复合绝缘子运行维护提供参考.     

湿度对HTV硅橡胶臭氧老化特性的影响

为了研究湿度对HTV硅橡胶复合绝缘子臭氧老化的影响,将HTV硅橡胶试样置入臭氧体积分数为300×10-6环境中进行不同时间的老化.对老化后的试样进行了扫描电镜(SEM)、憎水性和热刺激电流(TSC)测试.试验结果表明,随着相对湿度的增加,试样表面的孔洞和裂纹增加;试样的静态接触角呈现下降趋势,并且试样的憎水性恢复速度较...     

复台绝缘子的憎水迁移性和伞裙外形设计

一、硅橡胶的憎水性及其憎水迁移特性亲水性或憎水性是固体材料的表面特性,憎水性是几乎所有有机材料都具有的特性。憎水性是指水在固体表面形成一种相互分离的水滴或水珠状态,亲水性是指水在固体表面形成连续水膜或水片的状态,如水在陶瓷或玻璃表面的状态。硅橡胶分子主链中的硅氧链(Si-O)结构类似于无机物硅酸盐中的硅氧链结构。Si-O键中硅原子与氧原子的电负性相差1.6,即Si-O键本身具有较强的极性,因而仅由Si-O键组成的无机化合物(如石英),其表面表现为亲水性;但在硅橡胶中,螺旋状卷曲的分子结构使得Si-O键的极性相互抵消,硅橡胶在整…     

硝酸对硅橡胶的老化作用机理研究

在硅橡胶复合绝缘子的运行过程中,硝酸的产生、渗透和老化会降低硅橡胶的性能,并影响到电网设备的安全运行.该文结合多种表征技术系统研究硝酸对硅橡胶的老化作用机理.气相色谱-质谱(GC-MS)结果表明,硅橡胶中聚二甲基硅氧烷(PDMS)在硝酸的作用下裂解,导致硅橡胶中D4～D7为主的环状硅氧烷小分子增多.硝酸溶液浸泡600h的硅橡胶内D4是未老化时的30倍,有机组分相对含量下降了9.19％.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)的结果表明,硝酸老化后硅橡胶表面Si?C键断裂并被氧化,生成无机硅氧结构Si?O3和Si?O4,导致表面C元素含量降低;同时甲基中的C?H键断裂并引入极性羟基.由试验结果可知,硝酸主要从以下两方面引起硅橡胶老化:一是H+作用于PDMS中的Si?O键,使硅橡胶中的PDMS网络结构解聚;二是强氧化性的NO3?作用于表面PDMS中的基团,导致硅橡胶表面由非极性转为极性.这些是引起硅橡胶阻隔性能及憎水性下降的主要原因.     

基于飞行时间二次离子质谱的硅橡胶老化机理分析

针对南方地区湿热气候条件下复合绝缘子硅橡胶快速老化的问题,在实验室对硅橡胶进行了300、500、1000 h的盐雾老化试验.采用飞行时间二次离子质谱检测了不同老化程度硅橡胶表面小分子基团的含量,结合憎水性测试与扫描电镜结果分析了硅橡胶的老化机理.结果表明:在硅橡胶表面检测到Si+、C2H5+、SiCH3+、SiC3H9+、H-、CH-、O-和OH-等离子,硅橡胶的憎水性与烷基类小分子的含量正相关,盐雾的淋洗消耗了硅橡胶表面的烷基类小分子,导致憎水性下降.在盐雾气氛中,硅橡胶发生氧化与水解反应,Si-O、Si-C键发生断裂生成Si-OH,羟基化使硅橡胶的三维网状结构坍塌,分子聚合度下降.老化反应产生的H2、CH4等气体在硅橡胶表面形成空隙,使硅橡胶表面粉化、龟裂.     

HTV硅橡胶的疏水抗紫外层制备及机理研究

高温硫化（HTV）硅橡胶的抗紫外老化性能较差,在紫外辐照后其憎水性逐渐丧失,拉伸强度降低,硬度增加明显。为了提升HTV硅橡胶的疏水性和抗紫外性能,本文通过分步嵌入固化的方式在HTV硅橡胶表面引入不同结构的长效性室温硫化（PRTV）硅橡胶和四针状氧化锌/纳米氧化锌（tZnO/nZnO）粒子,制备了不同形貌的疏水型抗紫外复合涂层,并通过老化试验、水接触角、表面硬度、力学性能等测试研究了该复合涂层的结构组成对HTV硅橡胶微观形貌和抗老化性能的影响。结果表明：在HTV硅橡胶表面引入PRTV硅橡胶后,其表面孔洞得以覆盖,憎水性增加,含水率和吸水率下降;引入的ZnO粒子大幅提升了硅橡胶材料的憎水性、抗紫外性和热稳定性;通过分步嵌入固化引入的PRTV硅橡胶-tZnO/nZnO复合涂层,可有效构建微纳级乳突结构和紫外屏蔽层,其对基体的憎水性和抗紫外老化性提升效果相比单一嵌入tZnO或nZnO粒子更加明显。     

硅橡胶合成绝缘子外绝缘老化性能研究

高温硫化(HTV)硅橡胶因其强憎水性、憎水迁移性和恢复性等优越性能,成为合成绝缘子外绝缘的首选材料。然而与无机材料相比,HTV硅橡胶更易受电晕、紫外辐射等因素的影响而老化。文章介绍了通过针-板电极系统模拟现实中的尖端电晕放电,用氙灯辐照对HTV硅橡胶进行紫外加速老化的研究过程。试验结果表明:电晕放电不同时间后硅橡胶表面的憎水性丧失是一个渐进的过程,而氙灯辐照对HTV硅橡胶表面憎水性影响不大,纯电场作用对硅橡胶表面的憎水性影响甚微;然而氙灯辐射后材料硬度有变大趋势,材料表面凹凸不平,粗糙度变大,并有填充物外露的趋势。     

酸碱老化对硅橡胶复合绝缘子憎水性能的影响

采用溶液浸泡试验模拟不同环境条件下硅橡胶的老化过程,系统考察了表面憎水性随酸性或碱性溶液浸泡时间的变化规律。发现强酸性环境会导致硅橡胶表面接触角显著下降,硝酸较其他酸性物质具有更强的老化作用;而在碱性环境中,硅橡胶在pH值大于12时才会有较为明显的老化行为;酸碱老化的机理为主链Si—O键受到氢离子或氢氧根离子的进攻发生断裂而生成硅醇,强碱还可和补强剂白炭黑等反应生成孔洞,促进水的扩散。     

复合绝缘子粉化伞裙的微观结构与憎水性的关联研究

为研究粉化硅橡胶伞裙的憎水性与其微观结构的关系,针对现场取回的3支粉化的110kV复合绝缘子,通过红外光谱、扫描电镜、能谱分析等方法开展研究。首先,利用静态接触角和喷水分级法测试样本的憎水性,粉化层表面的憎水性相比新样本略有下降,去掉表面的粉化层后,其憎水性明显下降。然后,通过红外光谱测试发现样本的主链和侧链基团(Si-O和Si-CH_3)发生了断裂,侧链甲基含量减少;扫描电镜发现去粉化层后硅橡胶表面存在大量微孔和裂纹,因而导致去粉化层后的硅橡胶伞裙表面憎水性明显降低。最后,通过能谱分析发现,粉化层中的硅含量明显高于去粉化层后硅橡胶表面和材料内部值,同时粉化层表面的粗糙度增加,说明粗糙度和硅氧烷小分子的迁移同时导致粉化层表面的憎水性优于去掉粉化层后的表面。研究结果表明,粉化与硅橡胶伞裙的憎水性关联密切,但仍需深入研究粉化复合绝缘子的运行可靠性和使用寿命。     

臭氧浓度对HTV硅橡胶材料的老化作用

为了研究电晕放电过程中所产生的臭氧对高温硫化(HTV)硅橡胶老化作用的影响,利用研制的臭氧老化试验装置,考虑臭氧浓度及作用时间等因素,对HTV硅橡胶复合绝缘子试样进行了系统的臭氧老化试验,并且对老化后的试样进行了扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)分析、憎水性和热刺激电流(TSC)测试。试验结果表明,臭氧能够导致硅橡胶材料表面缺陷增多,憎水性丧失,而且浓度越高,老化会越严重。进一步分析得出,硅橡胶材料在臭氧环境作用下,材料表面平滑、致密的物理结构被破坏,产生了孔洞等缺陷,并且当臭氧环境作用强度达到一定程度后,材料的物理结构的破坏将更为严重;同时,化学基团含量发生变化,试样中Si-O-Si结构减少,羟基和Si-O键增多,试样主链和侧链断裂。     

室温硫化硅橡胶耐高低温交变和紫外辐射性能研究

针对运行在温差较大、紫外辐射较强条件下的室温硫化硅橡胶(RTV),设计了高低温交变和紫外线辐射试验,采用静态接触角法研究了RTV的憎水性变化,并借助傅里叶变换红外光谱(FTIR)和差示扫描量热法(DSC)分别分析了RTV典型官能团和物化特性变化。结果表明:RTV试片在-20~120℃下进行高低温交变试验后,试片憎水性均优于未老化的RTV试片,且老化10天的试片接触角变化幅度较大,静置120 h后的接触角大于老化20天的试片。随着恢复时间的延长,接触角呈先减小后增大最后逐步趋于平稳的趋势,表面有微量Si-OH形成,且在试片中生成了耐热性差的副产物。RTV试片经UVA-340紫外辐射后,憎水性优于未老化试片,但紫外辐射20天的试片比辐射10天的试片憎水性差。随着恢复时间的延长,试片的憎水性呈先减弱后增强最后趋于平稳的趋势。在RTV表面,Si(CH_3)_3和O-H基团均有所下降,且耐热性差的成分减少。     

紫外辐射对高温硫化硅橡胶性能影响初探

高温硫化(HTV)硅橡胶凭其强憎水性、憎水迁移性和恢复性等优越性能,成为合成绝缘子外绝缘的首选材料。然而,与无机材料相比,高温硫化硅橡胶更易受环境影响而老化,因此通过氙灯辐照对高温硫化硅橡胶进行紫外加速老化试验。采用静态接触角法测量和评价硅橡胶材料的憎水性,同时进行了硬度以及扫描电子显微镜(SEM)测试,另外采用image-pro plus 6.0软件对SEM图片进行测试分析。试验结果表明:短时氙灯辐照对高温硫化硅橡胶表面憎水性影响不大,材料硬度有变大趋势,材料表面凹凸不平,粗糙度变大,并有填充物外露的趋势。随着辐照时间增加,欲析出颗粒数目逐渐增多,颗粒大小逐渐变大,总面积增加。     

电晕对HTV硅橡胶憎水性恢复的影响

为了解一种优异的高压外绝缘材料硅橡胶的憎水性恢复的影响。通过电晕加速老化试验,采用静态接触角法研究了高温硫化(HTV)硅橡胶在电晕老化不同时间后的憎水性恢复,结果发现,5kV的工频交流电压下电晕5min后,硅橡胶的憎水性暂时丧失;电晕老化后不同时间试样的憎水性恢复呈现出不同的变化趋势,其憎水性恢复率随着电晕老化时间的增加经历了"增加-降低-增加-降低"4个过程;同时在电晕老化一定时间后,即使经历足够长时间,其憎水性仍不能恢复到初始水平。因此硅橡胶的憎水性恢复快慢及恢复程度与电晕老化时间密切相关,并随之呈现出规律性的变化。     

紫外线老化对复合绝缘子硅橡胶憎水性的影响

硅橡胶复合绝缘子的优良耐污闪性能源自于硅橡胶材料的憎水性以及憎水迁移性。本文研究了紫外老化对硅橡胶憎水性影响以及硅橡胶表面积污后的憎水迁移性。研究结果表明：经小分子处理的硅橡胶经过2 000 h紫外线辐射后仍能够保持良好的憎水性,静态接触角仍能达到102.3°,憎水性等级为HC2级;硅橡胶上的污层在较短时间内具有了憎水性,憎水性等级能达到HC2~HC3。并对硅橡胶紫外老化机理以及憎水迁移性机理进行了分析。     

248nm紫外激光照射高温硫化硅橡胶实验及老化机理探讨

高温硫化硅橡胶(high-temperature vulcanizationsilicone rubber,HTV)通常作为特高压直流输电的复合绝缘子的外套材料,而其老化问题是危害输电线路可靠性的重要原因之一。文章通过248 nm紫外激光照射HTV进行了加速老化试验,并对照射前后样品进行了接触角、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、傅里叶红外变换光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)以及X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)测试。结果表明:在紫外激光照射下,样品接触角呈减小趋势;材料表面出现浅坑,粗糙度变大,部分填充物外露。结合FTIR和XPS的结果,初步探讨了紫外老化机理,分析认为:照射后的样品中有部分C-H键、Si-CH3键和Si-O-Si键被打断而形成自由基,同时形成了亲水性-COOH或者-CH2OH;在含氧气氛中,O和Si交联形成了SiOx(x=3或4)。紫外激光照射HTV造成了其物理老化和光氧化老化。     

等离子体射流对染污高温硫化硅橡胶憎水特性的影响

为研究改善染污高温硫化硅橡胶(HTV)憎水性的方法,采用大气压下的介质阻挡放电(DBD)产生低温等离子体射流,对高岭土染污后的HTV试片表面进行处理。在不同处理时间、盐密及灰密情况下,测量了染污高温硫化硅橡胶表面的接触角,研究其随时间的变化情况。研究发现:染污高温硫化硅橡胶表面在经过较短时间的低温等离子体射流处理之后,其憎水性得到了明显改善,接触角100°;并且随着迁移时间的增加,其憎水迁移速度明显加快,迁移5 h后接触角即110°。在重污秽情况下,随着处理时间的增加,其憎水性也得到相应改善,但效果并不理想,接触角普遍35°。通过对照试验及扫描电镜(SEM)成像可以得到该现象产生的原因是射流等离子体与HTV相互作用,加速了HTV憎水迁移过程导致的。     

硅橡胶绝缘子粉化层憎水性变化的研究

硅橡胶绝缘子运行后会逐渐老化,伞裙表面出现粉化层。为研究粉化层对硅橡胶绝缘子表面憎水性的影响,通过红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)等手段对现场取回的硅橡胶绝缘子进行研究,测试硅橡胶绝缘子粉化层的微观结构和化学成分,进一步分析粉化层表面憎水性变化的原因。结果表明:绝缘子粉化层表面憎水性良好,但去掉粉化层后绝缘子表面憎水性明显下降。通过IR和SEM发现绝缘子的粉化层表面老化降解程度严重,硅橡胶材料主链上的分子键断裂,粉化层物质颗粒之间结构疏松,分子间相互作用力小,观察其微观形貌发现大量孔隙。因此水分不易附着在绝缘子伞裙表面,使运行老化后硅橡胶绝缘子表面仍具有良好的憎水性。     

不同老化因素对互感器伞套老化影响的研究

通过扫描电子显微镜(SEM)和傅氏转换红外线光谱分析仪(FTIR)分析了硅橡胶伞套老化前后宏观表面结构变化和微观官能团变化,通过氙灯老化、湿热老化、电晕老化、户外自然老化和室内自然老化试验,研究互感器表面硅橡胶材料在不同因素影响下的理化、电气性能变化。结果表明:氙灯老化对硅橡胶硬度的影响最显著,硬度从37.0HA增加到45.40HA;湿热老化对硅橡胶镜像光泽度的影响最显著,镜像光泽度从75下降至40;自然户外老化对硅橡胶憎水性的影响最显著,静态接触角从115.4°下降至102.1°。通过测试老化硅橡胶的硬度、镜像光泽度、憎水性和表面电阻来评价各因素对硅橡胶伞套老化的影响大小,研究结果有助于对运行中的互感器老化程度进行监测。