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温硫化硅橡胶紫外老化测试探究

作者:标准集团 添加时间:2016-06-07 10:13

  高压复合绝缘子具有重量轻、防污闪性能好、维护方便等优点,在变电站及电网线路中起到绝缘、悬挂高压输电线路及部分支撑作用,已获得越来越广泛的应用[1-2]。而复合绝缘子的外套材料一般常用高温硫化硅橡胶(high-temperature vulcanizationsilicone rubber,HTV)。HTV 是一种典型的聚合物,其结合键比陶瓷材料弱,在运行过程中,表面放电、电晕放电以及紫外辐射、酸雨等作用会使复合绝缘子发生老化而失效[3-4]。
  
  在到达地面的太阳光中,紫外线的波长短,能量强,容易切断材料内部的化学键,引起 HTV 大分子链断裂,进一步发生氧化、降解和交联等许多化学反应,从而改变 HTV 内部结构,导致复合绝缘子出现了不同程度的龟裂、粉化,表面憎水性降低,严重地影响了输变电设备的绝缘性和稳定性,甚至发生闪络事故,造成巨大损失[5-6]。而在云南、西藏等高海拔地区,紫外线辐射强度更高,紫外辐射对绝缘子 HTV 的影响尤为显著[7-9]。
  
  前人对复合绝缘子的紫外老化进行了一些研究,但大多是在人工加速老化实验中加入一段时间的紫外光老化[10-15],没有单独的研究单波长紫外光辐射对绝缘子的影响。单波长紫外光是一种单色冷光源,产生的热效应小,有利于探讨 HTV 的紫外老化机制。
  
  本文实验采用脉宽为 28 ns 的 248 nm 紫外激光进行了0~4 500次脉冲照射HTV样品的加速老化实验,通过测量静态接触角来考察试样表面憎水性的变化,然后进行扫描电镜 (scanning electronmicroscopy,SEM)、傅里叶红外变换光谱(Fouriertransform infrared spectroscopy,FTIR)以及 X 射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)测试,获得了照射前后 HTV 样品微观形貌、基团、结合键、有效元素价态等的变化及其规律,后探讨了紫外老化机理。
  
  248 nm 紫外光照射 HTV 的老化实验的研究和老化机理的探索能让我们更好地理解复合绝缘子紫外老化机理,科学评估其使用寿命并指导材料配方改进,这对输变电过程中的安全事故问题具有理论指导意义和实践价值。从新品和 248 nm 紫外激光照射后样品的实验结果中,得出如下结论:
  1)4 500 次脉冲以下的激光照射使 HTV 的憎水性下降微弱。
  2)紫外照射后 HTV 样品表面出现了黑色的大小不一的孔洞,表面凹凸不平,粗糙度变大,有填充物外露的趋势。
  3)紫外照射使得橡胶表面所有结合键的吸收峰降低,使 Si-O、 C-C、C-H、Si-C 结合减弱或部分断裂,形成了自由基,自由基间相互反应,包括与氧反应,形成新的结合;-CH2O-结合增强,并且O 和 Si 交联形成了 SiOx,发生了老化。
  4)橡胶紫外老化是物理老化和化学老化中的共同作用的结果,但更重要的是光氧化老化。


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