惡劣運行環境下矽橡膠絕緣材料老化過程與表征研究

《惡劣運行環境下矽橡膠絕緣材料老化過程與表征研究》是依託清華大學，由賈志東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：惡劣運行環境下矽橡膠絕緣材料老化過程與表征研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：賈志東
• 項目類別：面上項目

項目摘要

矽橡膠材料是一種重要的有機絕緣材料，以它作為主要原料製成的複合絕緣子和防污閃塗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於陶瓷、玻璃等電工材料。國內外主要在巨觀層面對導致矽橡膠材料老化的環境因素和老化後的性能變化進行研究，還缺乏基於反應基團層面對老化物理、化學反應的機理研究。本課題通過採集實際運行後的矽橡膠樣品和實驗室內自製樣品，研究導致矽橡膠發生老化的影響因素和老化過程，並從微觀層面研究引發老化反應的活性基團種類、參與反應的官能團種類等，闡釋矽橡膠材料的老化機理。並在對矽橡膠材料老化前後各項狀態、性能指標對比的基礎上，選擇特徵量並將老化程度閾值定量化，建立矽橡膠材料老化程度表征體系。

結題摘要

矽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，被廣泛套用於我國架空輸電線路的複合絕緣子和防污閃塗料中。然而，矽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生老化。近年來，在我國許多地區都觀測到矽橡膠絕緣材料的顯著老化現象，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。 課題組通過採集實際運行後的矽橡膠樣品和自製樣品，研究導致矽橡膠發生老化的影響因素和老化過程，並從微觀層面研究引發老化反應的活性基團種類、參與反應的官能團種類等，闡釋矽橡膠材料的老化機理。研究發現，在經過長期運行後，混煉矽橡膠、液體矽橡膠的主要老化現象包括褪色、硬化、粉化龜裂、憎水性下降等。從微觀結構和成分角度來說，老化後的矽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元素化合態升高，在部分液體矽橡膠中還會有晶體結構形成。 基於對矽橡膠老化過程的機理分析發現，矽橡膠的老化以交聯反應為主導，通過熱氧老化，課題組成功模擬了混煉矽橡膠的硬化、褪色現象。因此，可基於熱氧老化試驗建立矽橡膠的人工加速老化方法體系，用於矽橡膠的入網檢測和耐老化性能評估。 此外，課題組研究了水、溶液和濕氣對矽橡膠電氣性能的影響規律；通過活化能的計算揭示了水和溶液浸漬對矽橡膠熱穩定性的影響規律；通過表面矽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矽橡膠憎水性的影響機制。 基於線性回歸分析和Logistic回歸模型方法，課題組篩選老化特徵量並將老化程度閾值定量化，建立矽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，即可獲取矽橡膠運行狀態評估所需的特徵量，從而對矽橡膠的老化狀態進行評估。 本課題對於矽橡膠高分子材料老化機理與壽命評估的研究，既是對現有矽橡膠老化理論的完善和發展，同時也是當前電力生產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套用價值。