硅橡胶润湿特性导致其表面自然积污加速行为的机理研究

有机硅橡胶特有的润湿性能（憎水与憎水迁移特性）可有效降低绝缘子的污秽闪络事故，因此有机硅复合绝缘子及防污闪涂料在电力系统得到广泛应用。但是，现场运行表明：硅橡胶表面较传统无机类绝缘子表面积污更为严重，进而诱发污闪事故。本课题拟在深入研究硅橡胶表面润湿特性的基础上，阐明其加重积污行为的机理，主要包括：首先，对比研究硅橡胶及无机表面润湿特性差异，分别确定其在自然环境下单因素到多因素对积污的协同效应及规律；其次，探索在高电压工频电场对硅橡胶表面润湿特性、积污过程、污秽板结行为的作用规律及机理；再次，研究表面污秽憎水后"反清洁"功能的特征及机制；最后，建立基于硅橡胶表面的动态加速积污预测模型，阐明其加速积污过程中各因素的协同效应、链式效应的交互作用机理。本项目的实施不仅为电力系统的污秽治理提供理论指导，也对今后硅橡胶材料的开发及应用具有较强的指导意义。

本项目采用理论研究与实验研究相结合的方法，以硅橡胶表面具备的憎水性及憎水迁移性的特殊效应为主线，首先研究了硅橡胶表面润湿性的特点，并分别在人工模拟和室外自然积污条件下对比了硅橡胶和普通玻璃、陶瓷绝缘子的润湿性差异，及由此产生的积污差异。同时开展了模拟温度、湿度、辐射、表面泄露电流、电场、灰密和盐密等外界单个和多个环境因素对硅橡胶的影响实验。从实验结果可以看出，对硅橡胶表面润湿性影响最大的是温度、表面泄露电流、电场和灰密盐密等作用，当污秽中盐密占的比例比较大的时候，对表面的润湿性影响很大，盐密较高时，硅橡胶表面可能会直接变为亲水性，而丧失了绝缘和憎水的作用；当电场作用密集并且频繁产生泄露电流甚至放电等过程会极大的摧毁硅橡胶表面的润湿性体系，因电流产生的氧化老化等作用，硅橡胶表面的有机分子遭到破坏而丧失原来的润湿性；而较高温度有利于硅橡胶憎水性的恢复及憎水迁移性，当空气中的湿度小于80%，环境温度大于0°C，憎水迁移性还是可以进行的。在通过模拟降雨和大风产生的清洁作用中发现，大风只能除去表面散落的较大的颗粒；降雨比大风的清洁作用明显，且须达到大雨级别才能产生明显的清洁效果；外界自然积污的污秽比实验室涂覆的污秽更难清洁，考虑是自然积污的漫长过程会使更多的小分子迁移到污秽上，这也就增加了污秽对硅橡胶的粘附力，导致自然环境下长期积污的污秽不易被降雨或大风清除。所以我们把硅橡胶与表面污秽之间形成的这种结合力认为是积污后的硅橡胶不易被清洁的主要原因，也把这种现象称为“反清洁”行为。最后，结合以上实验分析研究，可以得出空气中颗粒物在绝缘子表面的积累过程的简单物理模型。