恶劣运行环境下硅橡胶绝缘材料老化过程与表征研究

Silicone rubber is an insulation material featuring significant advantages from which composite insulators and RTV coatings are made. Although silicone rubber has a good reputation of anti-pollution flashover performance, its weatherability still remains unreliable, espeically compared with porcelain or glass materials. Research on the degradation mechanisim of silicone rubber and influencing factors of its degradation process was mainly conducted from macro level instead of micro scale. As a result, the generation of reactive groups and funtional groups involved in the degradation process of silicone rubber are still to be studied. In this research, silicone rubber collected from field aged composite insulators and RTV coatings are to be collcted and macro-level condition test and microstructure analysis will be conducted on field aged silicone rubber samples as well as artificial aged ones. The aim of this research is to explain the chemical and physical reaction mechanisms of silicone rubber's degradation process by studying the reactive groups initiating the reaction and functional groups involved in the reaction. By comparing the variation tendency of performance indexes of aged silicone rubber, a set of indexes would be selected to establish a characterization system which could be applied to quantify the operation performance of silicone rubber.

硅橡胶材料是一种重要的有机绝缘材料，以它作为主要原料制成的复合绝缘子和防污闪涂料可大大提高电力外绝缘的防污闪性能。但是它的耐老化性能低于陶瓷、玻璃等电工材料。国内外主要在宏观层面对导致硅橡胶材料老化的环境因素和老化后的性能变化进行研究，还缺乏基于反应基团层面对老化物理、化学反应的机理研究。本课题通过采集实际运行后的硅橡胶样品和实验室内自制样品，研究导致硅橡胶发生老化的影响因素和老化过程，并从微观层面研究引发老化反应的活性基团种类、参与反应的官能团种类等，阐释硅橡胶材料的老化机理。并在对硅橡胶材料老化前后各项状态、性能指标对比的基础上，选择特征量并将老化程度阈值定量化，建立硅橡胶材料老化程度表征体系。

硅橡胶材料是一种重要的有机绝缘材料，因其良好的憎水性和特有的憎水迁移性，被广泛应用于我国架空输电线路的复合绝缘子和防污闪涂料中。然而，硅橡胶在长期运行中易受到电场、光照、湿度、温度等因素的影响而发生老化。近年来，在我国许多地区都观测到硅橡胶绝缘材料的显著老化现象，严重影响绝缘性能，有必要对其老化机理和评估体系进行研究。.课题组通过采集实际运行后的硅橡胶样品和自制样品，研究导致硅橡胶发生老化的影响因素和老化过程，并从微观层面研究引发老化反应的活性基团种类、参与反应的官能团种类等，阐释硅橡胶材料的老化机理。研究发现，在经过长期运行后，混炼硅橡胶、液体硅橡胶的主要老化现象包括褪色、硬化、粉化龟裂、憎水性下降等。从微观结构和成分角度来说，老化后的硅橡胶中有机官能团含量下降，有机成分减少，无机成分增加，Si元素化合态升高，在部分液体硅橡胶中还会有晶体结构形成。.基于对硅橡胶老化过程的机理分析发现，硅橡胶的老化以交联反应为主导，通过热氧老化，课题组成功模拟了混炼硅橡胶的硬化、褪色现象。因此，可基于热氧老化试验建立硅橡胶的人工加速老化方法体系，用于硅橡胶的入网检测和耐老化性能评估。.此外，课题组研究了水、溶液和湿气对硅橡胶电气性能的影响规律；通过活化能的计算揭示了水和溶液浸渍对硅橡胶热稳定性的影响规律；通过表面硅氧烷含量的测量及表面微观形貌的观察阐释了水和溶液浸渍对硅橡胶憎水性的影响机制。.基于线性回归分析和Logistic回归模型方法，课题组筛选老化特征量并将老化程度阈值定量化，建立硅橡胶材料老化程度表征体系，使用邵氏硬度、喷水分级等级和红外光谱等检测手段，即可获取硅橡胶运行状态评估所需的特征量，从而对硅橡胶的老化状态进行评估。.本课题对于硅橡胶高分子材料老化机理与寿命评估的研究，既是对现有硅橡胶老化理论的完善和发展，同时也是当前电力生产实际中亟待解决的关键技术问题。具有十分重要的理论意义和工程应用价值。