惡劣運行環(huán)境下硅橡膠絕緣材料老化過程與表征研究項目摘要

硅橡膠材料是一種重要的有機絕緣材料，以它作為主要原料制成的復合絕緣子和防污閃涂料可大大提高電力外絕緣的防污閃性能。但是它的耐老化性能低于陶瓷、玻璃等電工材料。國內(nèi)外主要在宏觀層面對導致硅橡膠材料老化的環(huán)境因素和老化后的性能變化進行研究，還缺乏基于反應基團層面對老化物理、化學反應的機理研究。本課題通過采集實際運行后的硅橡膠樣品和實驗室內(nèi)自制樣品，研究導致硅橡膠發(fā)生老化的影響因素和老化過程，并從微觀層面研究引發(fā)老化反應的活性基團種類、參與反應的官能團種類等，闡釋硅橡膠材料的老化機理。并在對硅橡膠材料老化前后各項狀態(tài)、性能指標對比的基礎上，選擇特征量并將老化程度閾值定量化，建立硅橡膠材料老化程度表征體系。

硅橡膠材料是一種重要的有機絕緣材料，因其良好的憎水性和特有的憎水遷移性，被廣泛應用于我國架空輸電線路的復合絕緣子和防污閃涂料中。然而，硅橡膠在長期運行中易受到電場、光照、濕度、溫度等因素的影響而發(fā)生老化。近年來，在我國許多地區(qū)都觀測到硅橡膠絕緣材料的顯著老化現(xiàn)象，嚴重影響絕緣性能，有必要對其老化機理和評估體系進行研究。 課題組通過采集實際運行后的硅橡膠樣品和自制樣品，研究導致硅橡膠發(fā)生老化的影響因素和老化過程，并從微觀層面研究引發(fā)老化反應的活性基團種類、參與反應的官能團種類等，闡釋硅橡膠材料的老化機理。研究發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過長期運行后，混煉硅橡膠、液體硅橡膠的主要老化現(xiàn)象包括褪色、硬化、粉化龜裂、憎水性下降等。從微觀結構和成分角度來說，老化后的硅橡膠中有機官能團含量下降，有機成分減少，無機成分增加，Si元素化合態(tài)升高，在部分液體硅橡膠中還會有晶體結構形成。 基于對硅橡膠老化過程的機理分析發(fā)現(xiàn)，硅橡膠的老化以交聯(lián)反應為主導，通過熱氧老化，課題組成功模擬了混煉硅橡膠的硬化、褪色現(xiàn)象。因此，可基于熱氧老化試驗建立硅橡膠的人工加速老化方法體系，用于硅橡膠的入網(wǎng)檢測和耐老化性能評估。 此外，課題組研究了水、溶液和濕氣對硅橡膠電氣性能的影響規(guī)律；通過活化能的計算揭示了水和溶液浸漬對硅橡膠熱穩(wěn)定性的影響規(guī)律；通過表面硅氧烷含量的測量及表面微觀形貌的觀察闡釋了水和溶液浸漬對硅橡膠憎水性的影響機制。 基于線性回歸分析和Logistic回歸模型方法，課題組篩選老化特征量并將老化程度閾值定量化，建立硅橡膠材料老化程度表征體系，使用邵氏硬度、噴水分級等級和紅外光譜等檢測手段，即可獲取硅橡膠運行狀態(tài)評估所需的特征量，從而對硅橡膠的老化狀態(tài)進行評估。 本課題對于硅橡膠高分子材料老化機理與壽命評估的研究，既是對現(xiàn)有硅橡膠老化理論的完善和發(fā)展，同時也是當前電力生產(chǎn)實際中亟待解決的關鍵技術問題。具有十分重要的理論意義和工程應用價值。

其他老化因素絕緣材料在許多場合下要承受各種機械應力的作用，有恒定的、振動的，有熱脹冷縮循環(huán)的。這些應力會導致蠕變破壞或疲勞破壞。在戶外使用的絕緣材料受日光直接照射，在紫外線作用下也會發(fā)生老化。在核反應堆、 X射線裝置中用的絕緣材料受到輻射作用,均會發(fā)生老化。絕緣材料受潮會使電導增大,加大損耗。水還會溶解許多物質(zhì)，加速導致老化的各種化學反應。酸、臭氧等也會導致化學老化。對于某些絕緣材料，例如聚乙烯，由于水分的存在，在很低的電場強度下也會發(fā)生樹枝現(xiàn)象(見固體電介質(zhì)擊穿)。此外，在溫熱帶地區(qū)絕緣材料還會受到各種微生物的損害，即所謂微生物老化。

絕緣材料在實際應用中往往同時受到多種老化因素的作用，其效應并不是各種單一因素老化效應的簡單疊加。它們之間還存在著相互作用，所以老化機理很復雜。掌握這些機理可以找出防止老化的方法和制定可靠的人工加速老化試驗方法。

電老化高壓電工設備中因介質(zhì)不均勻或電場分布不均勻，特別是在固體或液體材料內(nèi)部或表面存在氣體，就可能產(chǎn)生局部放電。放電產(chǎn)生的帶電質(zhì)點會直接轟擊絕緣材料,使材料分解；在放電點可產(chǎn)生很高的溫度,使材料發(fā)生熱裂解或碳化；放電也可能產(chǎn)生各種新的生成物（如臭氧等）而腐蝕材料；放電會發(fā)出各種射線及聲波，對材料也會起破壞作用。這些都會引起絕緣材料老化。