绝缘硅橡胶的研究进展分

绝缘硅橡胶的研究进展

（高分子08-1 0802030115 李园园）

摘要：介绍了硅橡胶绝缘性及其相关方向的研究进展，综述了提高硅橡胶绝缘性能的主要途径和方法，指出了提高硅橡胶相关性能的发展方向级应用前景。

关键词：硅橡胶绝缘性耐热性

硅橡胶的分子主链为硅氧链，硅原子上连接有一个或两个有机基团，其分

子结构通式为

[1]

从分子结构可以看出硅橡胶绝缘具有很高的耐热性、优异的耐寒性、优良的电绝缘性能、良好的耐老化性能、优异的耐油性能，并且无毒无臭，是优良的环保材料。它非常适合用作电气电工行业的有机绝缘材料，近年来已在电气绝缘系统中得到越来越广泛的应用。

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(Al2O3 . 3H2O)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，还有如用作复合避雷器、断路器、变压器、高压开关和穿墙套管等的外套绝缘材料等。据不完全统计，至2001年我国在高压线路上运行的硅橡胶复合绝缘子已达190万支，而且用量每年以25 %以上的速度在增长。大大地促进了电力工业的发展，提高了用电安全性，具有社会和经济的双重效益[2]。

1硅橡胶的分类

按各种侧基官能团与硅原子相连方式分类，硅橡胶包括：甲基硅橡胶(原材料生产产品)、甲基乙烯基硅橡胶(综合应用，压缩性能良好)、苯基甲基乙烯基硅橡胶(低温，热辐射稳定性良好)和三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶(化工合成，温度范围为-62～191℃)[3]。

硅橡胶根据其硫化温度、硫化反应可分为图1所示的几种类型[4]。

图1

为了适应特殊的用途，需要具有特种性能的硅橡胶。具有特种性能的硅橡胶主要通过加入某种特殊功能的添加剂、硅橡胶共混改性和硅橡胶共聚改性等方法来制备。具有特种性能的硅橡胶种类较多，根据所要求的特殊用途分为：阻燃硅橡胶、耐热硅橡胶、阻尼硅橡胶、导热硅橡胶、导电硅橡胶、绝缘硅橡胶、屏蔽性硅橡胶、海绵硅橡胶、耐油硅橡胶等。

本文重点介绍绝缘硅橡胶国内外研究进展，并对目前存在的问题与未来的发展方向提出了一些看法。

2耐热绝缘硅橡胶

目前广泛使用的绝缘材料主要是聚氯乙烯和XLPE等，但不能适应在高温环境中正常工作，随着电缆行业的发展与需求，耐热绝缘硅橡胶应运而生。

硅橡胶有优良的绝缘性，硅橡胶中聚硅氧烷有机基团分解后，残存的小分子二氧化硅可保持其电绝缘性能。此外，硅橡胶分子结构中碳原子少，而且在不采用炭黑作填料的条件下，通常电弧放电时不易发生焦烧，在高电压场合使用时十分可靠，其体积电阻率为1015cm左右，浸入水中也具有良好的电绝缘性能；硅橡胶还具有优良的抗电弧性，介电损耗小，其介电性能在很宽温度范围内不变。

黄文润[5]研究结果表明通过大用量添加氢氧化铝粉末可提高硅橡胶电性能。

硅橡胶的Si-O键键能比一般橡胶的C-C键键能高，这就决定了聚硅氧烷具有优异的耐热稳定性。硅橡胶可在-100~250下长期使用，其生胶的耐热性能要比其他合成橡胶优异得多，即使在配方设计时对耐热性不做专门考虑，其硫化胶通常也可耐180~200的高温[6]。

肖建斌研究了纳米氧化铈用量对耐油硅橡胶耐热性能的影响[7]，结果表明，加入纳米氧化铈能提高硅橡胶的热降解温度;随纳米氧化铈用量的增加，硅橡胶硫化胶力学性能变化不大，但能明显改善耐热性能和高温下的耐油性能，说明纳米氧化铈对硅橡胶具有热稳定防护作用。章基凯、罗洪坚[8]等人通过加入新研制的SAG-1苯甲基硅油作为硅橡胶密封剂的增塑剂；用109二甲基二苯基室温硫化硅橡胶代替二甲基室温硫化硅橡胶作为密封剂的主体材料；用801CT有机硅耐热添加剂分别添加到室温、低温和高温硫化硅橡胶混炼胶中。这些手段都能不同程度地提高硅橡胶耐热抗氧化性能，并已得到应用。

3导热绝缘硅橡胶

由于集成技术和组装技术的迅速发展，电子元件、逻辑电路的体积成千成万倍地缩小，对材料的散热性提出了更高的要求。具有良好导热性能的金属及其氧化物由于电绝缘性、耐化学腐蚀性及成型工艺性能较差，难以适应实际的使用要求。因此，新型的高导热绝缘材料-硅橡胶成为目前的一个研究热点。

潘大海[9]等以聚二甲基硅氧烷为基础胶，以氮化硅、氮化铝和Al2O3为导热填料，制备了填充型双组分室温硫化导热硅橡胶。研究表明，当填料的总体积分数为45%时，对于氮化硅氧化铝填充体系，随着体系中氧化铝体积分数的增加，导热硅橡胶的热导率先升后降,拉伸强度先增后减，而断裂伸长率则呈逐渐升高的趋势，基料的黏度先减后增。

唐明明等[10]研究了Al2O3的表面处理及粒子尺寸对丁苯橡胶(SBR)导热橡胶性能的影响。结果表明，随着微米Al2O3填充份数的增加，SBR的导热系数增大，但其加工性能和机械性能下降，使用硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂处理后的微米Al2O3填充剂对导热橡胶的影响不显著，相同填充量下，采用纳米Al2O3填充比用微米Al2O3填充的导热橡胶具有更好的导热性能和机械性能。此外,用不同粒径的Al2O3混合填充SBR,有利于提高堆积性,表现出更好的导热能力,但需要选择合适的混合比例才能达到较为理想的导热效果。此外,用Al2O3填充硅橡胶也表现出高的导热性能。

4防污闪绝缘硅橡胶

硅橡胶以其独特的憎水性和憎水迁移性而被用作新型高压绝缘防污闪材料，但仍存在附着力差、强度弱、阻燃性差等缺陷。为提高硅橡胶的防污闪作用，国内外都进一步开展相关的研究工作主要包括以下三方面：①纳米粉体改善硅橡胶性能；②阻燃与耐漏电起痕；③涂层的自恢复与耐老化。

刘乾[11]采用粒径为30～40 nm

Sb2O3，在增强防污闪涂料阻燃的同时提高了涂层强度。阻燃与耐漏电起痕关系非常紧密，往往在提高一项性能的同时也提高了另一项性能。德国沃克采用粒径为2～10μm氢氧化铝作为阻燃剂，提高了漏电起痕和阻燃性，耐电弧性大于420 s[12]。Midsun[13]研发小组开发的570高压绝缘涂层是采用28%(质量分数)的晶型石英为填料，其耐漏电起痕及防污闪性能高，能在1.0 mA盐雾条件下运行超过225 h，比道康宁的高出约30 h。

针对防污闪涂料附着力差的问题,美国道康宁制作了固体质量分数75%的高压绝缘子涂料，在使用前用石脑油溶剂进行搅拌稀释，降低粘度，方便喷涂或刷涂[14]。

5硅橡胶的应用

自20世纪60年代开始,世界上众多的发达国家，如德、美、英、法、日等就已经开始研究利用有机高分子聚合物制造户外复合绝缘子。最先采用的绝缘材料主要有脂环族环氧树脂、二元乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、聚四氟乙烯以及室温硫化硅橡胶等，但由这些材料制造的复合绝缘子在使用运行一定时间后都出现了一些这样那样的问题如环氧树脂易老化、开裂、憎水性丧失、表面产生漏电起痕；乙丙橡胶使用几年后出现憎水性下降、褪色、裂纹、产生漏电起痕；聚四氟乙烯没有憎水性迁移特性，表面积污后易出现腐蚀和伞盘洞穿等问题，而且价格昂贵，加工困难；室温硫化硅橡胶耐漏电起痕与电蚀损性能和机械强度不大理想，有出现表面机械损伤及腐蚀开裂等问题。惟独热硫化硅橡胶使用效果比较好，不易老化，耐漏电起痕与电蚀损性能相对较好，尤其是在其表面积污后仍具有良好的憎水性，成为制造户外复合绝缘子的首选材料。

室温硫化(RTV)硅橡胶具有优良的防污性能，主要用于变电站设备的外绝缘，目前也逐渐用于架空输电线路；热硫化(HTV)硅橡胶在抗劣化、耐漏电起痕及电蚀损、憎水性、防污性等方面具有突出优点，已逐渐取代了其它复合绝缘材料，在高压线路和变电站中得到广泛应用；国内外也有少数企业采用液体(LSR)硅橡胶制造变电站设备用空心复合绝缘子和套管，LSR硅橡胶具有流动性好、加工简单、成品率高、适合制造大型产品等优点。硅橡胶的使用有效防止了污闪事故的发生，大大减轻了繁重的清扫、零值检测等运行维护工作，已成为我国解决污秽地区输电线路和变电站污闪问题最有效的方法。随着硅橡胶制造工艺的提高和运行经验的积累,硅橡胶绝缘材料在新建工程中成为既经济又有生命力的选择,其优越性(特别是其良好的防污能力)将得到充分的发挥,为电网的安全可靠运行发挥更大的作用[15]。

6结语

随着人们对硅橡胶研究、改性的不断深入，硅橡胶的耐热性、耐寒性、稳定性、机械强度、导热性、绝缘性、导电性、生物相容性等方面必将得到显著提高，各种各样的改性硅橡胶也势必将向新型化、高性能化、多样化、多功能化方向发展，改性硅橡胶具有更为广阔的应用前景。

参考文献

[ 1 ]耐高温硅橡胶绝缘电缆的研制[J].电工制造.2008(5).

[ 2 ] 许莉,腾雅娣,华远达,张丽丽. 硅橡胶的研究与应用进展[J]. 特种橡胶制品,

2007, (01) .

[ 3 ] 许妃娟,邱祖民.国内外特种硅橡胶材料的研究进展[J].弹性

体.20090625,19(3):60～64.

[ 4 ] 刘爱堂编.译硅橡胶的最新动向[J].橡胶参考资料.2006(1).