硅橡膠在電氣方面的應(yīng)用

苧三星壘曼壘墼塑曼莖查曼塑生絲苧叁硅橡膠在電氣方面的應(yīng)用林修勇(溫卅國(guó)工實(shí)業(yè)有限公司，浙江溫州325003)摘要：簡(jiǎn)述了周內(nèi)外硅橡膠(高溫硫化墅硅橡膠、室溫堿化型硅橡膠、液體硅橡膠等)在電氣絕緣方面的應(yīng)用情況美t詞：硅橡膠；電氣筍緣；應(yīng)嘆自美國(guó)道康寧(Dow Coming)公司于1943年建成全球第一套有機(jī)硅生產(chǎn)裝置以來(lái)，有機(jī)硅工業(yè)的 發(fā)展非常迅速，它的生產(chǎn)規(guī)模一直呈高速的增長(zhǎng)趨勢(shì)。根據(jù)對(duì)硅氧烷的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)：1947年為1000噸，1958年為112萬(wàn)噸，1968年為33萬(wàn)噸，1989年為30萬(wàn)噸，1997年為50萬(wàn)噸,2000年為85萬(wàn)噸。在有 機(jī)硅產(chǎn)品銷售額中聚硅氧烷(硅油、硅橡膠、硅樹脂)占9成以上。有機(jī)硅產(chǎn)品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重 要地位現(xiàn)已成為社會(huì)和人們?yōu)榘l(fā)展生產(chǎn)和改善生活環(huán)境不可缺少的化工材料。我國(guó)的有機(jī)硅市場(chǎng)發(fā) 展很快，以硅氧烷計(jì)2000年約有10萬(wàn)噸，其中硅橡膠占39。隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)電子電氣、建筑及汽 車工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)硅橡膠的需求量也將急劇增加。硅橡膠具有許多卓越的特性，是橡膠中性能獨(dú)特的品種。硅橡膠用作電氣絕緣材料，其主要有如下優(yōu)良性能： a優(yōu)良的抗紫外線和抗臭氧性能 b持久的憎水性及憎水性遷移特性 c優(yōu)良的耐候性能和耐老化性能 d具有非延燃和自熄性能，優(yōu)良的耐熱性能 e耐電暈，高抗電痕性f使用溫度范圍寬-60C+250 g對(duì)環(huán)境無(wú)害，環(huán)保無(wú)污染 因此硅橡膠非常適合用作電氣電工行業(yè)的有機(jī)絕緣材料，近年來(lái)，已在世界各國(guó)的電氣絕緣系統(tǒng)設(shè)備中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。如國(guó)內(nèi)外大多數(shù)有機(jī)復(fù)合絕緣子生產(chǎn)廠家均采用填充有較大量氫氧 化鋁(A12033H20)的甲基乙烯基硅橡膠(即高溫硫化硅橡膠)作為戶外絕緣材料，還有用作復(fù)合 避雷器、斷路器、變壓器、互感器、高壓開關(guān)和套管等的外套絕緣材料及硅橡膠電纜終端等。據(jù)不完 全統(tǒng)計(jì)，至2001年我國(guó)在高壓線路上運(yùn)行的硅橡膠復(fù)合絕緣子已達(dá)190萬(wàn)支年，而且用萱每年以25N上的速度在增長(zhǎng)。大大地促進(jìn)了電力工業(yè)的發(fā)展，提高了用電安全性，具有社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的雙重效益1”。從上世紀(jì)60年代開始。世界上眾多的發(fā)達(dá)國(guó)家，如德、美、英、法、日等國(guó)就已經(jīng)紛紛開始研 究利用有機(jī)高分子聚合物制造戶外復(fù)合絕緣子。最先采用的絕緣材料主要有脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、二元乙 丙橡膠、三元乙丙橡膠、聚四氟乙烯以及室溫硫化硅橡膠等16】，但由這些材料制造的復(fù)合絕緣子在使 用運(yùn)行一定的時(shí)間后都出現(xiàn)了一些問(wèn)題，環(huán)氧樹脂易老化、開裂、憎水性喪失、表面產(chǎn)生漏電起痕； 乙丙橡膠運(yùn)行幾年后出現(xiàn)憎水性下降、褪色、裂紋、產(chǎn)生漏電起痕；聚四氟乙烯沒有憎水性遷移特性， 表面積污后易出現(xiàn)腐蝕和傘盤洞穿等問(wèn)題。而且價(jià)格昂貴，加工困難；室溫硫化硅橡膠耐漏電起痕與140#謦勇硅橡膠在電氣方面的應(yīng)用電蝕損性能和機(jī)械強(qiáng)度不大理想，有出現(xiàn)表面機(jī)械損傷及腐蝕開裂等問(wèn)題。惟獨(dú)熱硫化硅橡膠使用效 果比較好，不易老化、耐漏電起痕與電蝕摜性能相對(duì)較好，尤其是在其表面積污后仍具有良好的憎水 性，使其獲得世界各國(guó)學(xué)者的一致好評(píng)。1熱硫化型硅橡膠 從20世紀(jì)70年代末80年代初開始，歐、美國(guó)家逐灝采用高溫硫化型硅橡膠(K出temperaturevulcanized silicone rubber簡(jiǎn)稱HTV)作為電氣絕緣材料制造復(fù)合絕緣子的傘袒護(hù)套。差不多同時(shí)我國(guó)的一些高校、研究院所，如清華大學(xué)、武漢水利水電學(xué)院、華東電力試驗(yàn)研究院、西安電瓷研究所等 單位相繼開展采用熱硫化型硅橡膠研制復(fù)合絕緣子工作并研制出35kV500kV備型號(hào)系列復(fù)合絕緣 子產(chǎn)品。雖然我國(guó)復(fù)合絕緣子的研究起步工作比較晚，但其發(fā)展非常迅速。至今。已有不少于190萬(wàn) 支35kV500kV系列的硅橡膠復(fù)合絕緣予在全國(guó)電網(wǎng)上運(yùn)行。產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。熟硫化型硅橡膠按化學(xué)組成的不同可分為二甲基硅橡膠、甲基乙烯基硅橡膠、甲基乙烯基苯基硅 橡膠、三氟丙基硅橡膠、腈硅橡膠等。熱硫化型硅橡膠作為電氣絕緣材料，主要是制作復(fù)合絕緣子的 傘裙護(hù)套-復(fù)合避霄器的外套，增爬傘裙(防污傘裙)、電纜附件、開關(guān)護(hù)套以及穿墻套管的傘裙護(hù)套 等高壓絕緣部件來(lái)改善高壓絕緣設(shè)備表面的受污、受潮條件，提高絕緣強(qiáng)度和耐污能力，它與傳統(tǒng)陶 瓷材料相比具有如下明顯優(yōu)勢(shì)H9J：a重量輕、體積小、不易破損、運(yùn)輸安裝方便。維護(hù)工作量小，可以降低相應(yīng)安裝維護(hù)費(fèi)用。復(fù) 合絕緣的重量為陶瓷絕緣的110以下，用復(fù)合絕緣的套筒替代瓷套做外絕緣，可以降低電氣設(shè)備的重 量做成輕型電氣設(shè)備，如ZnO避雷器用復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，重量可減少到瓷套ZnO避雷器的l，31，4， 輕型避雷器可以直接懸掛在變電站內(nèi)或輸電線的導(dǎo)線下。減少安裝面積其他如互感器等用硅橡膠復(fù) 合外絕緣都可以使電氣設(shè)備輕型化和安裝懸掛式。簡(jiǎn)化變電結(jié)構(gòu)及變電站小型化。b憎水性好，耐污能力提高1625倍，可以有效提高用電安全性，減少清掃費(fèi)用。硅橡膠浸水 老化試驗(yàn)表明，小分子從硅橡膠中向外遷移的速度非常緩慢，可以期望硅橡膠會(huì)長(zhǎng)期保持憎水遷移性。c生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)品合格率高、生產(chǎn)能耗低、生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境污染小。d不爆炸(幾乎不爆炸)。無(wú)須零值檢測(cè)。 e容易制造高大型產(chǎn)品。 這些優(yōu)點(diǎn)是陶瓷絕緣體所不具備的或是難以達(dá)到的特別是用在野外的產(chǎn)品在施工和維護(hù)時(shí)電力部門對(duì)硅橡膠復(fù)合絕緣體的優(yōu)勢(shì)有更深刻地體會(huì)和認(rèn)識(shí) 在硅橡膠復(fù)合絕緣體中常用的是甲基乙烯基硅橡膠。最適合作為電氣絕緣材料的甲基乙烯基硅橡膠型號(hào)為110型，其分子量在4570萬(wàn)g鈿ol，揮發(fā)份小于3硅橡膠必須與其他物料配比共混，主 要是與補(bǔ)強(qiáng)劑(白炭黑)、結(jié)構(gòu)控制劑(羥基硅油、二苯二羥等)、抗電蝕填充劑和阻燃劑(氫氧化鋁 等)、交聯(lián)劑(DCP、雙2。5等)、著色劑(炭黑、氧化鐵紅等)以及其他加工助劑(增塑劑、偶聯(lián)劑 等)按一定的配方比例經(jīng)過(guò)混煉，熱處理、過(guò)濾、硫化等工序。制成具有優(yōu)異抗漏電起痕與電蝕損性 能、介電性能、耐天候老化性能以及一定機(jī)城強(qiáng)度的絕緣材料P”。國(guó)內(nèi)外各個(gè)廠家的生產(chǎn)配方嚴(yán)格保密，或是以專利的形式公布，因此配方各不相同致使各廠 家生產(chǎn)的絕緣材料的電氣及機(jī)械強(qiáng)度性能不盡一致，表l列出了幾種高壓絕緣材料的機(jī)械及電氣性能。 美國(guó)專利US005977216A介紹了一種具有滿意物理機(jī)械性能和改進(jìn)了的高壓電氣絕緣性能的硅橡膠，專門用于制造復(fù)合絕緣子和高壓套管”。14第二屆全國(guó)橡膠制品技術(shù)研討會(huì)論文集襲l HTV硫化腔性瞎實(shí)翻值(公司代號(hào)艚號(hào)用字母愛示)道康寧(Dow Coming)公司是近研制出新一代用于高壓絕緣裝置模壓成型高壓絕緣子、避雷器、 套管、開關(guān)、斷路器和外殼、電涌放電器以及其他高壓器件的硅橡膠絕緣材料HVl600系列產(chǎn)品，不 僅有出色的絕緣性能，有更優(yōu)的耐濕電性能、憎水性遷移與恢復(fù)、抗撕裂強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的成型 加工工藝特性，易于加工。適于注射、移?；蚱桨辶蚧撼尚?。1。國(guó)際上較著名的公司還有美國(guó)GE公司、ReliablePowerProduct公司，德國(guó)Wacker公司、Rosentha| 公司，日本Toshiba公司等，國(guó)內(nèi)也有一些研究機(jī)構(gòu)和上規(guī)模的高壓有機(jī)外絕緣裝置生產(chǎn)廠家(包括 硅橡膠生產(chǎn)廠家)都在積極研究開發(fā)優(yōu)質(zhì)硅橡膠絕緣材料，其工作方向是尋求硅橡膠耐老化性能、憎 水性、介電性能和機(jī)械強(qiáng)度等綜合性能的最佳平衡。目前眾多廠家的硅橡膠絕緣材料生產(chǎn)配方均被視為技術(shù)機(jī)密，同行之間缺乏交流，我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JB 58921991(包括正在修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))對(duì)硅橡膠材料的硬性規(guī)定除了要求抗漏電起痕與電蝕損性 能達(dá)到IEC60587之45 kV級(jí)外并無(wú)其他要求(IEC對(duì)硅橡膠材料無(wú)硬性規(guī)定)，各廠家都努力提高硅 橡膠材料的機(jī)械強(qiáng)度性能，如抗撕裂強(qiáng)度從最初的5 kNm提高到目前的79 kNm，拉伸強(qiáng)度從最初 的3MPa提高到目前的45Mpa甚至更高，而且抗漏電起痕與電蝕損性能也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求至于憎 水性遷移與恢復(fù)特性、耐天候老化性能等在短期內(nèi)變化不甚顯著。相關(guān)試驗(yàn)方法還有待斟酌和進(jìn)一步 標(biāo)準(zhǔn)化、合法化，國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議工作組也正在做這方面的工作。這也從一個(gè)側(cè)面反映了我國(guó)硅橡膠 配合技術(shù)的進(jìn)步，但要趕上國(guó)際先進(jìn)水平還需要一些時(shí)間。更重要的是進(jìn)一步完善現(xiàn)有的試驗(yàn)手段和 測(cè)試方法，硅橡膠表面憎水性遷移與恢復(fù)的測(cè)量以及耐天候老化試驗(yàn)等，特別是對(duì)戶外電氣絕緣材料 來(lái)說(shuō)，這些性能至關(guān)重要。一旦性能劣化卻沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨時(shí)有可能發(fā)生重大事故，造成巨大經(jīng)濟(jì) 損失。2室溫硫化塑硅橡膠室溫硫化型硅椽膠(roomtemperaturevulcanized silicone rubber簡(jiǎn)稱RTV)分子量較低，通常為粘稠 狀液體，按其硫化機(jī)理和使用工藝性不同，可分為單組分RTV和雙組分RTV。|42林謦勇硅橡膠在電氣方面的應(yīng)用單組分RTV使用時(shí)特別方便只需與空氣中的水分接觸即可交聯(lián)成彈性體：雙組分RTV使用時(shí) 只需將兩個(gè)分別混有催化劑和交聯(lián)劑的組分按要求經(jīng)過(guò)計(jì)量進(jìn)行混合，即可硫化成型。室溫硫化型硅 橡膠加工方便，對(duì)設(shè)備和模具要求也不高。RTV對(duì)多種材料，如硅橡膠、金屬、玻璃、陶瓷等有良好 的粘接性，在高壓絕緣體方面可以用作膠粘劑起到粘接密封作用。電氣用室溫硫化硅橡膠主要用于 防污閃、增爬裙的粘接；復(fù)合絕緣子、避雷器及滅弧開關(guān)雨裙的修補(bǔ)；陶瓷真空滅弧開關(guān)合成絕緣子 套簡(jiǎn)與陶瓷的粘接。具有防潮、防震、絕緣等作用并能經(jīng)受冷熱交變的沖擊。使用時(shí)把膠直接涂敷在 被粘接物的表面，粘接物對(duì)接后。最好施加定壓力。以達(dá)到更好的粘接效果。RTV用在防污閑涂料方面，在國(guó)外已有近30年的歷史，使用效果不錯(cuò)；國(guó)內(nèi)在20世紀(jì)80年代 開始也有產(chǎn)品使用，但使用壽命比較短，一般只有幾年的有效期。高壓絕緣RTv防污涂層專門用于提 高陶瓷和玻璃高壓絕緣子、避雷器和其他高壓元件性能。特別是防止這些部件因表面污染而引起電弧 的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)涂層處理的設(shè)備顯示出更好的憎水性能，而且硅橡膠涂層還有一種特殊的能力，就是在 表面電弧活動(dòng)之后可以恢復(fù)憎水性。室溫固化的單組分硅橡膠分散涂層，如果應(yīng)用方法正確，就可以 在絕緣體表面形成平滑的橡膠涂層，讓絕緣體更耐潮、污染和鹽霧。還可以改善陶瓷、玻璃和有機(jī)聚 合物在惡劣環(huán)境下的耐氧化、耐候、耐紫外線性能，提高了可靠性并減少了維護(hù)工作。廣泛應(yīng)用于包 括線路絕緣子、電站絕緣子、套管、變壓器和相關(guān)設(shè)備。RTv用在電壓互感器等產(chǎn)品上也有少量使用。 有專家認(rèn)為【j。室溫硫化型硅橡膠的最大應(yīng)用領(lǐng)域在大套管方面。電壓互感器外殼、空氣斷路器 用絕緣簡(jiǎn)、電容器用套管、變壓器用出線套管，穿墻套管、高壓開關(guān)用耐SF,套管等。RTV就是最佳 的材料。當(dāng)然還要解決RTv的耐漏電起痕與電蝕損性耐受SF,氣體及其分解物，不同結(jié)構(gòu)應(yīng)力配合以及密封性能等問(wèn)題。3液體硅橡膠液體硅橡膠(即加成硫化型硅橡膠，liquid silicone rubber簡(jiǎn)稱LSR)一般由甲基乙烯基硅橡膠(乙 烯封端)、乙烯基硅油、補(bǔ)強(qiáng)填抖、交聯(lián)劑及催化荊組成。硫化前粘度低，流動(dòng)性好，能灌注，可塑性 強(qiáng)，可用泵送和靜態(tài)混合硫化后物理機(jī)械能和電性能好。LsR除了具有絕緣性能優(yōu)越、使用溫度范 圍寬和在惡劣環(huán)境下的長(zhǎng)期耐天候老化性能外，還具有工藝簡(jiǎn)化、快捷，可以快速硫化成型、高效節(jié) 能等優(yōu)點(diǎn)，但其價(jià)格昂貴，限制了其在電氣絕緣產(chǎn)品上的使用，主要用作高壓電氣產(chǎn)品的灌封絕緣材 料，也用于制造電線電纜的戶內(nèi)外終端接頭，T形接頭。穿墻套管。以及應(yīng)力錐等。在高耐壓等級(jí)的 硅橡膠絕緣制品方面，如氧化鋅避雷器外套、復(fù)合絕緣予、互感器外套等則較少使用。4結(jié)柬語(yǔ)硅橡膠復(fù)合絕緣作為新一代外絕緣在高壓輸變電設(shè)備上具有廣泛的發(fā)展，隨著我國(guó)有機(jī)硅工業(yè)和 納米技術(shù)的快速發(fā)展，將大大地促進(jìn)硅橡膠配合技術(shù)的進(jìn)步，硅橡膠絕緣材料的綜合性能將得到進(jìn)一 步的提高，而成本有望進(jìn)一步的降低。國(guó)際上。硅橡膠絕緣產(chǎn)品的發(fā)展勢(shì)不可擋，硅橡膠的應(yīng)用及研 究領(lǐng)域越來(lái)越廣，如硅橡膠復(fù)合絕緣予傘套、硅橡膠穿墻套管、變壓器套管、硅橡膠互感器套簡(jiǎn)、開 關(guān)套筒、硅橡膠復(fù)合避霄器外套等；其他瓷外絕緣都可以逐步用硅橡膠復(fù)合絕緣替代，而且結(jié)構(gòu)和性 能都將優(yōu)于瓷絕緣；還可以制造陶瓷絕緣產(chǎn)品所沒有的新產(chǎn)品。有機(jī)外絕緣材料雖然有許多傳統(tǒng)陶瓷材料所無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但它也出現(xiàn)了一些新問(wèn)題，如電力 部門比較關(guān)t5的耐天候老化性能、憎水性遷移與恢復(fù)、表面憎水性與自身絕緣性能的關(guān)系以及相關(guān)的 試驗(yàn)方法研究等。只要解決了相應(yīng)的技術(shù)問(wèn)題，它的前景將更加光明。第二屆全田橡膠翻晶技術(shù)研討會(huì)論文集參考文獻(xiàn)： 1唐厚元有機(jī)硅在絕緣子防污閃方面的應(yīng)用J】有機(jī)硅材料。2000。14(2)：1418 2幸松民王一璐有機(jī)硅合成工藝及產(chǎn)品應(yīng)用M3北京t化學(xué)工業(yè)出版社2000。9536 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