紫外辐射对高温硫化硅橡胶性能影响初探

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高电压技术 第36卷第11期2010年11月30日

HighVoltageEngineering,Vol.36,No.11,November30,2010

紫外辐射对高温硫化硅橡胶性能影响初探

刘云鹏,王秋莎,律方成,梁 英

(华北电力大学电气与电子工程学院,保定071003)

摘 要:高温硫化(HTV)硅橡胶凭其强憎水性、憎水迁移性和恢复性等优越性能,成为合成绝缘子外绝缘的首选材料。然而,与无机材料相比,高温硫化硅橡胶更易受环境影响而老化,因此通过氙灯辐照对高温硫化硅橡胶进行紫外加速老化试验。采用静态接触角法测量和评价硅橡胶材料的憎水性,同时进行了硬度以及扫描电子显微镜(SEM)测试,另外采用image proplus6.0软件对SEM图片进行测试分析。试验结果表明:短时氙灯辐照对高温硫化硅橡胶表面憎水性影响不大,材料硬度有变大趋势,材料表面凹凸不平,粗糙度变大,并有填充物外露的趋势。随着辐照时间增加,欲析出颗粒数目逐渐增多,颗粒大小逐渐变大,总面积增加。

关键词:高温硫化(HTV)硅橡胶;紫外辐射;老化;憎水性;硬度;扫描电子显微镜中图分类号:TM852;TM215

文献标志码:A

文章编号:1003 6520(2010)11 2634 05

InfluenceofUVRadiationonHTVSiliconRubberPerformance

LIUYun peng,WANGQiu sha,L Fang cheng,LIANGYing

(SchoolofElectricalandElectronicEngineering,NorthChinaElectricPowerUniversity,Baoding071003,China)

Abstract:Hightemperaturevulcanization(HTV)siliconerubberhasbeenusedastheouterinsulationmaterialofcompositeinsulatorsbecauseofitsoutstandinghydrophobicity,hydrophobicitytransferpropertyandhydrophobicityrecoveryproperties.However,comparedwithinorganicmaterial,HTVsiliconrubberiseasiertobeagedbyenvi ronmentfactors.Consequently,UVacceleratedagingHTVsiliconrubberwastestedbyxenonlampradiation.ThestaticcontactanglemethodwasusedtomeasureandevaluatethehydrophobicityofHTVsiliconerubber.Besides,themeasurementofthehardnessandscanningelectronmicroscopy(SEM)testarealsoused.SEMimageisana lyzedbyimage proplus6.0software.Testresultshowsthat,afterashortperiodofexposuretoxenonlamp,thehydrophobicityofHTVsiliconerubbersurfacehaslittlechange.HTVsiliconerubberismuchharderandrougher.Thesurfacebecamerugged,andthefillerhasthetrendofexposure.Astheirradiationtimeincreases,thenumberofparticleseparatedoutgraduallyincreases,andparticlesizeandtotalareabecomelarger.

Keywords:hightemperaturevulcanization(HTV)siliconerubber;UVradiation;aging;hydrophobicity;hard ness;scanningelectronmicroscopy(SEM)

0 引言

合成绝缘子具有重量轻,不易破碎,易维护,耐机电强度高及耐污闪、湿闪性能优异等特点,因此在电力系统中得到了广泛的应用。其中,高温硫化(HTV)硅橡胶凭其强憎水性、憎水迁移性和恢复性等,具有比其它有机绝缘材料更优越的性能,成为合成绝缘子外绝缘伞套的首选材料。与瓷和玻璃等无机材料相比,HTV硅橡胶材料分子中各元素通过共价键结合,元素间的键和力比较弱,并且材料内部存在大量的碳氢化学键

[1 2]

为引发危害输电线路可靠性的重要原因之一。

运行中的硅橡胶合成绝缘子长期曝露在太阳光下,特别是高海拔地区,常年受强紫外光辐射。紫外光能引起HTV硅橡胶的大分子链断裂,从而引起HTV硅橡胶内部结构的改变,使其发生氧化和降解等许多化学反应,从而导致合成绝缘子的老化,因此有必要对硅橡胶材料的紫外老化问题进行研究。国内外学者对合成绝缘子的紫外老化进行了一定的研究。但大部分是在人工加速老化试验的大循环中加入一段时间的紫外老化[7 8],没有单独研究紫外光辐射对材料的影响。近年来,文[9]采用自然曝露对硅橡胶绝缘子进行紫外老化,经自然曝露试验后,试品的拉伸强度、撕裂强度、扯断伸长率、表面和体积电阻率随曝露时间略有下降,硬度和永久变形延伸率略有增大,但变化不明显。文[10]采用定波段光辐射单独对材料进行人工加速老化,定波段分开照射不能很好的模拟实际日光的紫外辐射。而氙

[3 6]

。在表面放电、紫外线、

温度等外界因素作用下,构成HTV硅橡胶的大分

子链较易断裂,从而引起HTV硅橡胶内部结构的改变,HTV硅橡胶合成绝缘子的老化问题将会成

基金资助项目:国家自然科学基金(51077054)。

ProjectSupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofC.

过电压与绝缘刘云鹏,王秋莎,律方成,等.紫外辐射对高温硫化硅橡胶性能影响初探

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灯被适当过滤后产生的辐照光谱能量分布能够很好地模拟通常日光的整个紫外及可见光区域[11 12],更贴近现实中的日光。本文采用氙灯辐射对试样进行加速老化处理,通过静态接触角法测量试样表面憎水性的变化,同时对试样进行硬度以及扫描电镜测试,探讨复合绝缘子紫外老化机理。

1 试验部分

1.1 试验试样的制备

试样采用高温硫化硅橡胶材料。由保定电力修造厂制备,其配方按传统工艺配制。试样制备尺寸为40mm 10mm 1.5mm(长 宽 厚)。试样表面光滑,根据DL/T810-2002[13]进行预处理,先将试样置于无水乙醇清洗表面,然后用去离子水(或蒸馏水)冲洗,干燥后置于防尘容器内,在实验室标准环境下保存24h后备用。1.2 人工紫外加速老化试验

用氙灯作为辐照老化光源,对高温硫化硅橡胶进行辐照老化,因为氙灯被适当过滤后产生的辐照光谱能量分布能够很好地模拟通常日光的整个紫外及可见光区域。采用北京利辉公司生产的SN 66氙灯老化箱,温度范围为室温(RT)+10 C~70 C,波动度为 1 C,相对湿度(RH)范围为50%~98%,波动度为+2%~-3%,2.5kW的风冷型氙灯管,用石英玻璃罩进行过滤,氙灯辐照度为50~550W/m,光谱波长范围为300~780nm。1.3 测试仪器

本文采用静态接触角法测量和评价硅橡胶的憎水性。采用美国科诺工业有限公司的SL200A/B型的动/静态接触角测量仪及其配套的分析软件对HTV硅橡胶材料的憎水性进行测量,如图1所示。测量范围为25 ~140 时测量误差为 1 。采用北京时代之峰科技有限公司的TH200邵式A硬度计对试品进行硬度测量,测量范围为0~100HA,测量值在20~90HA内时,测量误差 1HA,分辨率为0.2HA。

采用北京中科科仪KYKY 2800B型数字化扫描电子显微镜对硅橡胶表面进行扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscopy,SEM)分析,该仪器的分辨率为4.5nm,放大倍数为15~250000倍,能够精确地对硅橡胶试样进行表面形貌的微观分析。1.4 试验方案

如图2所示,把100片试片放置于氙灯老化试验箱内,试片距氙灯距离约为320mm,辐照度设置为500W/m2。设定黑板温度为65 C,相对湿度为

C2

图1 动/静态接触角测量仪

Fig.1 Automaticorstaticcontactanglemeter

图2 氙灯老化箱

Fig.2 Xenonlampagingchamber

证试样表面辐照度的一致性,选择辐照度的范围为(550 50)W/m2的试样,并每隔48h调整试样位置。每24h取出试样2片进行憎水性测试和硬度测试。测静态接触角时,每次摄入试品表面的去离子水量约为10 L,同条件下每片试品测量3个接触角,并取其平均值作为该条件下该试品的静态接触角测量值。进行硬度测试时,每个试片取3点,每点设定为5次测量的平均值,取总平均值作为该条件下该试品的硬度值。总试验时间为1000h,1000h后取出试样做S …… 此处隐藏：9131字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……