硅橡膠在輸電線路絕緣子中的應用

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用摘要摘要：硅橡膠是自20世紀中葉起逐漸投入工程應用的有機合成材料，其獨特的化學結構，優(yōu)異的耐熱性能及電性能使其在電力設備電氣絕緣中得到了廣泛應用和進一步發(fā)展。本文對硅橡膠材料的性能以及輸電線路絕緣子的基本情況進行概略說明，著重敘述硅橡膠絕緣子體現(xiàn)在高壓輸電線路中的特有性能及其實際應用中應注意的問題，并簡述對硅橡膠絕緣子的現(xiàn)存不足及未來展望。關鍵詞關鍵詞：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硅單體聚合而成。SiC鍵鍵能高達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。但硅橡膠的抗張強度和抗撕裂強度等機械性能較差，在常溫下其物理機械性能不及大多數(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強填充劑、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，唯其機械強度較低些，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強填充劑、硫化劑等配合而成，使用時再添加催化劑。硫化時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)生脫醇縮合反應而形成交聯(lián)結構。改變硫化劑和催化劑的用量，即可調節(jié)硫化速度，一般用量大時，硫化速度快，反之則慢。在硫化過程中，生成的醇類物質逐漸從硫化膠中擴散逸出。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強填充劑以及其它助劑配合而成，使用時不需添加催化劑，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。此種硅橡膠對金屬、玻璃和塑料等都有很好的粘合力，其缺點是硫化過程中伴有醋酸生成，雖能從硫化膠中擴散逸出，但對接觸物體，特別是對金屬有腐蝕作用。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）的聚有機硅氧烷加入補強填料和其它各種添加劑，采用有機過氧化物為硫化劑，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階段進行，第一階段是將硅生膠、補強劑

6、、添加劑、硫化劑和結構控制劑進行混煉，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，于200～250℃下烘數(shù)小時至24小時，使橡皮進一步硫化，同時使有機過氧化物分解揮發(fā)。硅橡膠主鏈上的側基可以是甲基、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以改善加工性能和其它性能。因此，根據(jù)側基基團和膠料配方的不同，可以得到各種不同用途的硅橡膠。二、絕緣子概述4、電性能有機硅聚合物鏈中沒

7、有導電結構，且聚合物分子中沒有導電的離子存在，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，導電性都不大，且由于聚合物憎水遷移性，顆粒基本都被包裹在分子內部，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。但絕緣子在低溫時表面的絕緣性顯著降低，水珠落在表面后停

8、留的時間大大延長，使表面大量結冰，絕緣子在覆冰條件下，即使輕微的污穢，絕緣子的電氣強度也會急劇下降，因此在覆冰條件下，絕緣子的電氣特性將發(fā)生顯著變化，嚴重影響其外絕緣電氣性能，特別是在嚴重覆冰和積雪時，絕緣子的閃絡電壓將顯著下降，極易發(fā)生閃絡事故。5、耐污閃性能污閃一般要經(jīng)過4個階段：污穢的積累；污穢的濕潤；出現(xiàn)干區(qū)和局部電??；局部電弧發(fā)展至閃絡。有機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電弧減弱，但沒有熄滅，主弧道仍維持有較強的等離子體通路。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，因為當水珠或水霧凝結在染污的表面時，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)定運行。漏電痕跡是污穢物產(chǎn)生的電導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。因為氫氧化鋁在放電產(chǎn)生的高溫下會分解，也會和游離碳反應。氫氧化鋁分解生成氧化鋁和水蒸氣，反應吸熱量為2.09kJmol，大大降低了材料表面的溫度，同時水在高溫下形成強烈的水蒸汽氣流，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，使之轉化為揮發(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產(chǎn)生的氧化鋁導熱性能較好，能有效傳導放電產(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降低其憎水性能，因為氫氧化鋁含大量羥基，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，就會形成連續(xù)水膜，導致閃絡事故，且氫氧化鋁含量太多也影響小分子的遷移性。四、硅橡膠絕緣子應用應注意的問題1、機械強度純硅橡膠機械強度很小，一般以白炭黑為補強填料，可使絕緣子強度顯著提高。因為白炭黑粒子的小尺寸和大比表面積，可與聚硅氧烷分子產(chǎn)生強烈的相互作用，改善界面狀況，同時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)絡結構。白炭黑的表面積和孔隙度的平均粒徑在適當范圍內可使硅橡膠的性能達到一個最佳值