恶劣运行环境下硅橡胶绝缘材料老化过程与表征研究结题摘要

硅橡胶材料是一种重要的有机绝缘材料，因其良好的憎水性和特有的憎水迁移性，被广泛应用于我国架空输电线路的复合绝缘子和防污闪涂料中。然而，硅橡胶在长期运行中易受到电场、光照、湿度、温度等因素的影响而发生老化。近年来，在我国许多地区都观测到硅橡胶绝缘材料的显著老化现象，严重影响绝缘性能，有必要对其老化机理和评估体系进行研究。 课题组通过采集实际运行后的硅橡胶样品和自制样品，研究导致硅橡胶发生老化的影响因素和老化过程，并从微观层面研究引发老化反应的活性基团种类、参与反应的官能团种类等，阐释硅橡胶材料的老化机理。研究发现，在经过长期运行后，混炼硅橡胶、液体硅橡胶的主要老化现象包括褪色、硬化、粉化龟裂、憎水性下降等。从微观结构和成分角度来说，老化后的硅橡胶中有机官能团含量下降，有机成分减少，无机成分增加，Si元素化合态升高，在部分液体硅橡胶中还会有晶体结构形成。 基于对硅橡胶老化过程的机理分析发现，硅橡胶的老化以交联反应为主导，通过热氧老化，课题组成功模拟了混炼硅橡胶的硬化、褪色现象。因此，可基于热氧老化试验建立硅橡胶的人工加速老化方法体系，用于硅橡胶的入网检测和耐老化性能评估。 此外，课题组研究了水、溶液和湿气对硅橡胶电气性能的影响规律；通过活化能的计算揭示了水和溶液浸渍对硅橡胶热稳定性的影响规律；通过表面硅氧烷含量的测量及表面微观形貌的观察阐释了水和溶液浸渍对硅橡胶憎水性的影响机制。 基于线性回归分析和Logistic回归模型方法，课题组筛选老化特征量并将老化程度阈值定量化，建立硅橡胶材料老化程度表征体系，使用邵氏硬度、喷水分级等级和红外光谱等检测手段，即可获取硅橡胶运行状态评估所需的特征量，从而对硅橡胶的老化状态进行评估。 本课题对于硅橡胶高分子材料老化机理与寿命评估的研究，既是对现有硅橡胶老化理论的完善和发展，同时也是当前电力生产实际中亟待解决的关键技术问题。具有十分重要的理论意义和工程应用价值。

硅橡胶材料是一种重要的有机绝缘材料，以它作为主要原料制成的复合绝缘子和防污闪涂料可大大提高电力外绝缘的防污闪性能。但是它的耐老化性能低于陶瓷、玻璃等电工材料。国内外主要在宏观层面对导致硅橡胶材料老化的环境因素和老化后的性能变化进行研究，还缺乏基于反应基团层面对老化物理、化学反应的机理研究。本课题通过采集实际运行后的硅橡胶样品和实验室内自制样品，研究导致硅橡胶发生老化的影响因素和老化过程，并从微观层面研究引发老化反应的活性基团种类、参与反应的官能团种类等，阐释硅橡胶材料的老化机理。并在对硅橡胶材料老化前后各项状态、性能指标对比的基础上，选择特征量并将老化程度阈值定量化，建立硅橡胶材料老化程度表征体系。

其他老化因素绝缘材料在许多场合下要承受各种机械应力的作用，有恒定的、振动的，有热胀冷缩循环的。这些应力会导致蠕变破坏或疲劳破坏。在户外使用的绝缘材料受日光直接照射，在紫外线作用下也会发生老化。在核反应堆、 X射线装置中用的绝缘材料受到辐射作用,均会发生老化。绝缘材料受潮会使电导增大,加大损耗。水还会溶解许多物质，加速导致老化的各种化学反应。酸、臭氧等也会导致化学老化。对于某些绝缘材料，例如聚乙烯，由于水分的存在，在很低的电场强度下也会发生树枝现象(见固体电介质击穿)。此外，在温热带地区绝缘材料还会受到各种微生物的损害，即所谓微生物老化。

绝缘材料在实际应用中往往同时受到多种老化因素的作用，其效应并不是各种单一因素老化效应的简单叠加。它们之间还存在着相互作用，所以老化机理很复杂。掌握这些机理可以找出防止老化的方法和制定可靠的人工加速老化试验方法。

电老化高压电工设备中因介质不均匀或电场分布不均匀，特别是在固体或液体材料内部或表面存在气体，就可能产生局部放电。放电产生的带电质点会直接轰击绝缘材料,使材料分解；在放电点可产生很高的温度,使材料发生热裂解或碳化；放电也可能产生各种新的生成物（如臭氧等）而腐蚀材料；放电会发出各种射线及声波，对材料也会起破坏作用。这些都会引起绝缘材料老化。