复合绝缘子用硅橡胶在电场和温度作用下的微观结构演化进程研究

发布时间：2020-04-19 13:33

【摘要】：随着运行电压等级的不断提高,复合绝缘子表面将承受更高的场强,由此引发的局部放电过程中可能产生较高的温度。复合绝缘子在强电场和高温作用下的老化问题将更为突出。然现有研究主要通过高压实验对复合绝缘子进行老化,从宏观表征推导分析其老化状态,未能体现材料在电场和温度作用下的结构演化过程。鉴于此,本文以复合绝缘子用高温硫化硅橡胶为研究对象,基于分子模拟法,分析该材料在不同温度和电场强度下微观特征量变化,探究硅橡胶微观结构演化进程,为微观形貌和宏观特征之间的联系建立理论基础,进而有望为复合绝缘子老化状态精细化评估及基材优化等方面提供参考。研究表明,电场强度对分子链的键长和势能影响最显著。电场逐渐增强时,硅橡胶原子剧烈运动,分子主链键伸长,交联键缩短,分子链螺旋化卷曲收缩最显著,甚至在链尾缩为一团,因此分子势能降低。总能量主要受势能影响,二者均于0.0025V/?处损耗最严重。随之,硅橡胶弹性模量逐渐增大,硬度增加,易出现老化裂纹。但极高场强却使其弹性常数大幅度下降,刚度降低,硅橡胶承受机械负荷能力变差。温度对原子运动和分子动能以及键角变化影响最突出。温度升高时,分子主链虽无大幅度运动,但硅橡胶原子的运动加强,主链吸收能量而舒展,键角增大,分子动能、势能和总能量均随之线性增大。因此,过低温度下的硅橡胶弹性性能虽较差,可经温度回升而改善,材料质地变软;进一步增大的温度使硅橡胶弹性模量波动增加,刚度增大。但极高温度又会致使弹性模量下降,抵抗形变能力变弱,力学性能降低。电热协同作用时,温度与电场强度之间或削弱或增强,致使硅橡胶微观特征量波动很大。期间,硅橡胶原子的运动程度减弱,但分子主链螺旋化卷曲收缩较明显。当温度过低或过高时,电场强度的加强作用使硅橡胶分子能量增大。温度较低时,逐渐增大的电场强度使硅橡胶弹性模量先增大后降低,材料刚度先增大后减弱;当温度进一步增大时,逐渐增强的电场作用被温度削弱,致使其弹性模量逐渐降低,刚度下降,力学性能降低。特别是293K协同0.0025V/?的电场对硅橡胶分子能量破坏最严重,弹性模量最小,硅橡胶力学性能下降最严重。
【图文】：

华北电力大学硕士学位论文少量的不饱和基团如-CH=CH2，分子间作用力小，甲基朝外排列并可自由橡胶具有一定的憎水性。分子质量为 Mr：(4.0~6.0)×105，分子量一般为 40～饱和乙烯基的引入极大地改善了它的硫化工艺及成品性能，特别是耐热老压缩变形性。甲基乙烯基硅氧烷单元的含量对硫化胶的耐热性有很大影响作用不显著，含量过大（摩尔分数达 0.5%）会降低硫化胶的耐热性。

甲基乙烯基硅氧烷单元的含量对硫化胶的耐热性有很，含量过大（摩尔分数达 0.5%）会降低硫化胶的耐热性图 2-1 甲基乙烯基硅橡胶结构有机过氧化物交联剂。采用过氧化物交联，可交联绝大变型小，无污染性，，耐热性好，通过与交联剂并用，可用的交联剂主要包括二氯过氧化苯甲酰（DCBP），过氧化，双叔丁基过氧基己烷等。本文选择目前使用较多的交胶开展交联反应形成网状结构。BPO 外观呈白色粉末式为 C14H10O4，结构如图 2-2 所示。常用于聚合物引发剂工硫化剂等。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM216

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本文编号：2633352