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氢氧化铝对复合绝缘子用硅橡胶的性能影响研究汪 宁，陈 延 辉，史 鸿 威，龚浩（河南平高电气股份有限公司 ，河 南 平 顶 山 ；平高集团有限公司 ，河 南 平 顶 山 ）摘 要 ：研 究 了 氢 氧 化 铝 的 粒 径 及 填 充 量 对 复 合 绝 缘 子 用 热 硫 化 硅 橡 胶 的 力 学 性 能 、电 学 性 能 、阻燃 性 、憎 水 性 能 的 影 响 。 实 验 结 果 表 明 ：当 氢 氧 化 铝 粒 径 为 时 ，硅 橡 胶 的 力 学 性 能 及 阻 燃 性 能 达 到 最 佳 ，憎 水 性 及 电 学 性 能 适 中 ；氢 氧 化 铝 填 充 量 为 份 之 间 时 ，硅 橡 胶 综 合 性 能 最 佳 ，漏 电 起 痕 达 到 ，阻 燃 性 能 满 足 。关 键 词 ：氢 氧 化 铝 ；粒 径 ；添 加 量 ；硅 橡 胶中 图 分 类 号 ：文 献 标 识 码 ：文 章 编 号 ：（）硅 橡 胶 具 有 耐 高 低 温 、耐 候 、耐 臭 氧 、耐 电 晕 、电 气 绝 缘 性 能 好 、表 面 憎 水 、压缩变形率低等特 性 ，是 橡 胶 中性能独特的品种。 由 于 其 具 备 的 这 些 良 好 特 性 ，在电气绝缘系统 中得到越来越广 泛 的 应 用 。据 不 完 全 统 计 ，至 年 我 国 在 高 压 线 路 上 运 行 的 硅 橡 胶 复 合 绝 缘 子 已 达 万 支 ， 而 且 用 量 每 年 以 以 上的速度在增长 。 复 合绝 缘 子 的 使 用 大大地促进 了电力工业的发展 ，提高 了 用 电 安 全 性 ，具有显著的社 会效益和经济效 益。目 前 国 内 外 大 多 数 复 合 绝 缘 子 生 产 厂 家 ，均 采 用 填 充 有 较 多 氢氧化铝的甲基乙烯基硅橡胶 （即 高 温 硫 化 硅 橡 胶 ）作 为 户 外 绝 缘 材 料 。在 高 温 硫 化 硅 橡 胶 配 方 中 ，氢氧化铝对于制品的力学性 能 、电 性 能 、憎 水 性 、阻 燃 性 均 有 较 大 的 影 响。 研 究 表 明 ，加 入 氢 氧 化 铝 填 料 ，可提高硅橡胶的耐 漏 电 起 痕 、耐 电 蚀 损 、耐 电 弧 、防 闪 络 等 性 能。 但 氢氧化铝作 为 无机填料 和 有机高聚物硅橡胶本 体 在 物 理 形 态 和 化 学 结 构 上 差 异 很 大 ，两 者 亲 和 性 差 ，这 限 制 了 氢氧化铝作为填 充剂在硅橡胶中 的 添 加 量 。本 文 系统地研 究 了氢氧化铝粒径及加 入 量 对 硅 橡 胶 力 学 性 能 、电 性 能 、憎 水 性 、阻 燃 性 等 各 种 性 能 的 影 响 。实 验 部 分主 要 原 材 料甲 基 乙 烯 基 硅 橡 胶 ：，摩 尔 质 量 （） ，乙烯基质量分数为 ，成 都中 蓝 晨 光 化 工 研 究 院 ；气 相 法 白 炭 黑 ：，德 国 瓦 克 公 司 ；羟 基 硅 油 ：，无 锡 全力化工有限公 司 ；氢 氧 化 铝 ：平 均 粒 径 （激 光 粒 度 仪 测 试 ，粒 径 ）分 别 为、 和，中国 铝业山东分公司 ；，二 甲 基，双（叔 丁 过 氧基）己 烷（即 双 二 五 ）：江 苏 强 盛 化 工 有 限 公 司 。主 要 设 备捏 合 机 ：，杭 州 嘉 诚 机 械 有 限 公 司 ；开 炼 机 ：，无 锡 润 兴 机 械 制 造 有 限 公 司 ；平 板 硫 化 机 ：，商 丘市长征 机器制造有限公司 ；拉 力 机 ：，深 圳 市 新 三 思 计 量 技 术 有 限 公 司 ； 硬 度 计 ：，上 海 化 工 机 械 四 厂 ；厚 度 计 ：上 海 化 工 机 械 四 厂 ；高 阻 计 ：，上 海 精 密 科 学 仪 器 有 限 公 司 ；漏 电 起 痕 测 试 仪 ：西 安 交 通 大 学 ；高 压 电 容 电 桥 ：，上 海 培 诚 电 子 技 术 发 展 有 限 公 司 ；接 触 角 测 量 仪 ：，上 海 中 晨 数 字 技 术 设 备 有 限 公 司 ；烘 箱 ：，无 锡 市 苏 瑞 试 验 设 备 有 限 公 司 ；本 生 灯 ：市 售 。试 样 制 备将 份 硅 橡 胶 生 胶 加 入 捏 合 机 中 ，分 次 加 入 份气相法白炭黑 、一 定 量 的 氢 氧 化 铝 和 硅烷 偶 联 剂 及 适 量的结构化控制剂和脱模剂 ，全 部物 料 加 完 后 在 及 真 空（）条 件 下收 稿 日 期 ：作 者 简 介 ：汪 宁 （），女 ，河 南 平 顶 山 人 ，工 程 师 ，主要研究方向为电气自动化 。第 期汪宁 ，等 氢氧化铝对复合绝缘子用硅橡胶的性能影响研究 氢氧化铝粒度对硅橡胶电性能的影 响）捏 合 ，出 料 ；然 后 放 入 开 炼 机 中 ，开 炼 至 胶料 光 滑 ，得 混 炼 胶 。将 混炼胶在开炼机上包辊 ，加 入 双 二 五 ，薄 通 次 ，出 片 ；在平板硫化机上硫 化 成 型 ，一 次 硫 化 条 件 为 ，二 次 硫化 条 件 为 。表 氢 氧 化 铝 粒 度电 性 能体积电阻率（）介 电 常 数介电损耗角正切 漏 电 起 痕 ，是 否 通 过 是是是是性 能 测 试拉 伸 强 度 和 伸 长 率 按 测 试 ；硬 度 按 测 试 ；撕 裂 强 度 按 测 试 ；燃 烧 性 能 按 测 试 （垂 直 燃 烧 法 ）；介 电 常 数 及 介 电 损 耗 角 因 数 按 方 法 测 试 ； 电 阻 率 按 测 试 ；耐 电 痕 化 按 测 试 ；憎 水 性 按 测 试 。）配方中氢氧化铝用量均为 份 。氢氧化铝粒度对复合绝缘子用硅橡胶 憎水性 能 的 影 响在 配 方 中 加 入 份 氢 氧 化 铝 ，测 试 制 得 硅 橡 胶 的 憎 水 性 能 ，从 图 可 以 看 出 ，随 着 填 充 氢 氧化 铝 粒 径 的 增 大 ，硅 橡 胶 的 平 均 静 态 接 触 角 （）及 最低静态接触角 （）均 呈 减 小 趋 势 。 接 触 角 越 大代表硅橡胶的憎水性越好 ，因 此 ，从 粒 径 对 硅 橡 胶 憎 水 性 能 的 影 响 来 看 ，填充较小粒径的氢氧 化 铝 对 硅 橡 胶 的 憎 水 性 能 是 有 利 的 。 主 要 原 因 是 ，在 一 定 的 粒 径 范 围 内 ，粒 径 越 小 ，越 容 易 被 生 胶 包 裹 ，故随着填充粒 径 降 低 ，憎 水 性 增 强 。结 果 与 讨 论氢 氧 化 铝 粒度对复合绝缘 子用硅橡胶性能 的 影 响氢 氧 化 铝粒度对复合绝 缘子用硅橡胶力 学 性 能 的 影 响在硅橡胶配方中加入不同粒度的氢氧 化 铝，其它组分保持不变，所 得 硫 化 胶 力 学 性 能 见 表 。从 表可以看出，添 加 粒 度 为 氢 氧 化 铝 的 硅 橡胶力学性能 最 好，其 拉 伸 强 度、扯断伸长率及撕 裂强度均比 填 充 其 它 粒 度 氢 氧 化 铝 的 高。实 验 分 析表明，当氢氧化铝粒度太 小 时，由于粒子易团聚， 较难均匀分散 在硅橡胶体系中，导致其力学性能较 差；而粒度太大时由于比表面积较小，力学性能也较 低，只有当粒度适中时（）其力学性能较好。氢 氧 化 铝 粒 径氢氧化铝粒度对硅橡胶憎水性能的影响 图 氢氧化铝粒度对复合绝缘子 用 硅 橡 胶 阻 燃表 氢氧化铝粒度对硅橡胶力学性能的影 响）性 能 的 影 响从 表 可 以 看 出 ，在氢氧化铝添加 量 为 份 时 ，氢氧化铝粒度对 硅 橡 胶阻 燃性影响很大 ，只 有 粒 度 适 中 （）时 ，阻 燃 性 能 够 达 到 级 ，填 充 其 它 粒 度氢氧化铝的硅橡胶阻燃性 低 于 级 。这 应 该 是 因 为 粒 径 较 小 时 ，氢 氧 化 铝 在 硅 橡胶体系中较难均匀分布 ，导 致 其 阻 燃 性 不 好 ， 而 粒 径 过 大 时 ，氢氧化铝与硅橡胶有机体系 相 容性 不 佳 ，亦可导致其阻 燃 性 较差 。氢 氧 化 铝 粒 度力 学 性 能 拉 伸 强 度扯 断 伸 长 率撕 裂 强 度（）邵 尔 硬 度）配方中氢氧化铝用量均为 份 。氢 氧 化 铝 粒 度 对 复 合 绝 缘 子 用 硅 橡 胶电 性 能 的 影 响从表可以看出，在氢氧化铝添 加 量 为 份 时，分 别 采 用 种 粒 径，其 漏 电 起 痕 均 达 到 级；随着填充氢 氧 化 铝 粒 径 的 增 大，硅 橡 胶 体 积 电阻率逐 渐 增 大，介 损 及 介电常数逐渐 变 小。 这 说 明，从粒径对硅 橡 胶 电 性 能 的 影 响 来 看，填 充 略 大 粒径的氢氧化铝对硅橡胶的电性能是有利的。）表 氢氧化铝粒度对硅橡胶阻燃性能的影 响氢 氧 化 铝 粒 度阻 燃 性 能阻 燃 性级无无无）配方中氢氧化铝用量均为 份 。 弹 性体第 卷氢氧化铝填充 量 对 复 合 绝 缘 子 用 硅 橡 胶性 能 的 影 响氢 氧 化 铝填充量对复合 绝缘子用硅橡胶 力 学 性 能 的 影 响从 图 可 以 看 出 ，在保持氢氧化铝粒径不变 时（配方 中氢氧化铝粒度均为 ），氢 氧 化 铝 填 充 量 对 硅 橡 胶 力 学 性 能 有 明 显 的 影 响 。整 体 来 看 ，在 填 充 量 大 于 份 时 ，随 着 填 充 量 的 增 加 ， 拉 伸 强 度 、扯 断 伸长率及撕裂强 度均呈现下降趋 势 ，尤 其 是 填 充 量 增 大 到 份 时 ，拉 伸 强 度 及 扯 断 伸 长 率 下 降 非 常 大 ，拉 伸 强 度 降 低 了 约 ， 伸 长 率 由 降 低 到 。 这 是 由 于 氢 氧 化 铝 填 充 量 增 大 后 ，无机 粒子所占比例增多 ，在 受 到 外 力 作 用 时 ，交 联 键 间 协 同 能 力 减 弱 ，导 致 其 主 要 力 学 性 能 下 降 。氢氧化铝填充 量份（）填 充 量 对 邵 尔 硬 度 的 影 响氢氧化铝填充量对硅橡胶力学性能的影响 图 氢 氧 化 铝填充量对复合绝缘子用硅 橡 胶电 性 能 的 影 响从 表 可 以 看 出 ，氢 氧化铝填充量对体积电 阻 率 、介 电 损 耗 角正切值等电性能的影响不 明 显且 无 规 律 ，介 电 常数随着氢氧化铝用量的增 加 而略 为 增 大 。值 得 注 意 的 是 ，在 其 填 充 量 为 份 时 ，漏 电 起 痕 性 能 达 不 到 级 ，在 填 充 量 达 到 份 及 以 上 时 ，漏 电 起 痕 性 能 均 可 达 到 级 。在 此 配 方中由于硅橡胶的电蚀损性 能 主 要 依 靠 添 加 氢 氧 化 铝 来 实 现 ，显然氢氧化铝的填 充 量 对 其 漏 电 起痕性能有至关重要的影响 ，在 氢 氧 化铝填充量较小时 ，耐 漏 电 起 痕 性 能 较 差 ，只 有 当 氢氧化 铝 的 填 充量 达到一定量时才能 满 足级 的 使 用 要 求 。氢氧化铝填充 量份（）填充量对拉伸强度的影响 表 氢氧化铝填充量对硅橡胶电性能的影 响）氢氧化铝填充 量份电 性 能体 积 电 阻 率（）介 电 常 数介电损耗角正切 漏 电 起 痕 ，是 否 通 过 否是是是氢氧化铝填充 量份（）填充量对扯断伸长率的影响 ）配方中氢氧化铝粒度均为 。氢 氧 化 铝填充量对复合绝缘子用硅 橡 胶憎 水 性 能 的 影 响图 为 氢氧化铝填充量对硅橡胶憎水性能 的 影 响（氧 化 铝 粒 度 均 为 ）。 从 图 可 以 看 出 随 着 氢 氧 化铝填充量增大 ，硅橡胶的平均静 态 接 触 角 及 最 低静态接触角均呈下降趋势 ，即 氢 氧 化 铝 填 充 量 越 大 ，其 憎 水 性 越 差 。 这 是 由 于 硅 橡 胶 良 好 的 憎 水性主要源自于其有机体系 ，尤 其 是 聚硅氧烷中的小分子 ，随 着 无 机 填 充 物 的 增 多 ， 其 憎水性下降是显而易见的 。氢氧化铝填充 量份（）填充量对撕裂强度的影响 第 期汪宁 ，等 氢氧化铝对复合绝缘子用硅橡胶的性能影响研究 结论（）在 高 温 硫 化 硅 橡 胶 配 方 中 ，采 用 粒 度 为 的 氢 氧 化 铝 ，分 散 效 果 较 好 ，硅 橡 胶 综 合 性 能 较 高 ，力 学 性 能 及 阻 燃 性 能 达 到 最 佳 ，憎 水 性 及 电 学 性 能 适 中 。（）氢氧化铝在硅 橡 胶中的填 充量为 份 时 ，性 能 较 佳 ，漏 电 起 痕 达 到 ，阻 燃 性 能 满 足 ，力 学 性 能 及 憎 水 性 能 满 足 标 准 要 求 。氢氧化铝填充 量份图 氢氧化铝填充量对硅橡胶憎水性能的影响 参考文献 ：氢 氧 化 铝填充量对复合 绝缘子用硅橡胶 涂 志 秀 ，刘 安 华 ，王 鹏 ，等 甲基乙烯基硅 橡 胶 加 成 硫 化 研 究弹 性 体 ，（）： 唐 厚 元 有 机 硅在绝缘子防污闪方面的应用 有 机 硅 材 料 ，（）： 幸 松 民 ，王 一 璐 有机硅合成工 艺 及 产 品 应 用 北 京 ：化 学 工 业 出 版 社 ，： 贝 贾 尔 塑料聚合物科学与工 艺 学 贾 德 民 ，姚 仲 英 ，缪 桂 韶 ，等 ，译 广 州 ：华南理工大学出版社 ，： 林 修 勇 ，谷 海 峰 ，邓 雷 电力设备用防污增爬裙硅橡 胶 的 研 制 弹 性 体 ，（）： 梁 曦 东 有机外绝缘在特高压输电中的 地位及发展方向 高 电 压 技 术 ，（）： ， ，（）：阻 燃 性 能 的