Fe2O3和水分子协同作用下硅橡胶复合绝缘子的老化机理

硅橡胶复合绝缘子因其优异的防污性能广泛应用于超/特高压输电线路，Fe2O3是最常用的一种红色硅橡胶颜料，同时作为耐热添加剂用于提高热老化寿命。实际上复合绝缘子的运行环境并非只有热老化一种条件，笔者前期研究结果表明，在湿热、转轮和盐雾等老化条件下，红色硅橡胶配方较灰色硅橡胶配方有更明显的老化特征，但其影响机理尚不清楚。本课题制备不同粒径、含量及表面处理后的Fe2O3硅橡胶试样，以及色素碳黑色母胶的灰色对比样，系统研究Fe2O3和水分子的协同作用对硅橡胶微观结构、憎水性和老化行为的影响，在理论上结合扫描电镜、光电子能谱和傅里叶红外光谱分析方法，解释并阐明Fe2O3在水分子协同作用下对硅橡胶老化的影响机理，为硅橡胶复合绝缘子颜料添加剂的选用提供理论依据。本课题的主要研究方向在于进行复合绝缘子的应用基础研究，对完善硅橡胶复合绝缘子老化理论有重要学术参考价值和实际应用价值。此项研究国内外尚属首次。

复合绝缘子具有优异的防污闪性能，在电网中广泛使用。复合绝缘子的老化一直是业内关注的热点，其老化程度除了与运行环境、运行年限相关外，还与伞裙和护套所用的高温硫化硅橡胶配方有直接关系。本项目主要研究配方中所添加的着色剂氧化铁对胶料性能的影响。.本项目从氧化铁的粒径、用量和表面处理三个方面着手，探讨氧化铁对高温硫化硅橡胶各方面性能的影响。.在试片的基本性能测试中，对试片进行了热重分析、硫化曲线和交联密度测试。热重分析结果表明，氧化铁可以抑制硅橡胶中的热氧化分解，添加的氧化铁粒径越小，硅橡胶热分解速度越慢。硫化曲线和交联密度结果表明，Fe+3和粒子表面的酸根，在硫化过程中会消耗硫化剂产生的自由基，使得交联点减少，从而影响胶料的机械性能；氧化铁的粒径越大，对硫化性能的劣化越明显。氧化铁的用量越多，试片硫化程度下降越明显，硫化诱导阶段增长，延长了胶料加工时间。.为了研究试片的耐老化性能，进行了热空气老化试验、水煮老化试验和斜面法耐漏电起痕试验，并测试老化过程中试样机械性能和电气性能变化，讨论了氧化铁对试样耐老化性能的影响。结果表明：（1）氧化铁可以抑制硅橡胶中的热氧化分解，降低热重分析中的质量损失；添加的氧化铁粒径越小，硅橡胶热分解速度越慢。（2）氧化铁的粒径越大，对硫化性能的劣化越明显。氧化铁的用量越多，试片的硫化程度下降越明显，硫化诱导阶段增长，交联密度下降。（3）提高氧化铁用量对提高试片耐热性没有明显作用。（4）耐热性与氧化铁的分散性相关，将氧化铁制作为色母，进行有机改性可以提高其分散性，减小粒子表面羟基的数量，保证硅橡胶的均匀性，有利于提高试片的耐热性。（5）氧化铁对硅橡胶水解反应起到了加速作用，应控制其用量或改用其他着色剂。