CN101548342A - 具有改进的疏水稳定性的硅橡胶 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种能够在高压应用中使用的电绝缘复合物。该电绝缘复合物包括硅橡胶，该硅橡胶包括氟化硅油并且比其它的硅橡胶具有更高的疏水稳定性。该材料尤其适用于高压(＞1kV)复合绝缘子。
Description
技术领域
本发明涉及用于生产具有改进的疏水稳定性的电绝缘材料的方法和装置。该材料尤其适于在高压(>1kV)复合绝缘子中使用。
背景技术
硅橡胶是现在被接受和普遍使用的用于高压复合绝缘子的材料。与传统的瓷质绝缘子和玻璃绝缘子相比，其好处在于重量轻、并且由于其极好的疏水特性而在受污染的环境中具有更好的性能。如果是户外绝缘子，则疏水性很重要，因为它能够阻止在绝缘子表面上形成连续水膜。
如果硅橡胶的疏水性是因为天气状况或者放电而暂时受到破坏，则其后来会逐渐恢复。这种在放电和污染快速形成之后能够恢复疏水性的能力是硅橡胶的独特性能。疏水性恢复的主要机理在于自由硅油从橡胶向表面的移动。这些油作为聚合工艺的副产品固有地存在于橡胶中，但也在降解工艺过程中产生或者在材料的复合过程中特别添加。
已经注意到在本领域中，在一些场合下用作高压户外绝缘子的标准硅橡胶在放电之后疏水性降低。用作绝缘子的标准硅橡胶的这种疏水性的降低大多发生在极端条件下，例如在高湿度和迅速形成污染的条件下。
本文中的高压是指超过1000V的电压。在有些电技术领域，中压被限定为在1kV和50kV之间，这样，本文中的高压就指这些领域中的中压和高压。
题为“Silicone rubber composition for application as electricalinsulation”的美国专利No.6090879描述了作为电绝缘应用的硅橡胶复合物。该复合物是通过将氢氧化铝粉末混合到已知的硅橡胶复合物中制成的。
现有技术中已经公开了很多种化学复合添加剂作为有效的稳压剂，即对电故障、水树和/或电树(由电晕放电造成的微观树枝晶)的抑制剂。
美国专利No.4305849教导使用分子量为大约1000到20000的聚乙二醇作为稳压剂。
美国专利No.4144202和No.4263158教导使用含有甲亚胺族的有机硅烷复合物作为稳压剂。
美国专利No.4376180公开了使用3-(N-苯基氨基丙基-三(十二烷氧基)硅烷)作为稳压剂。
美国专利No.4440671公开了使用烃代二苯胺和大分子量的聚乙二醇作为稳压剂。
美国专利No.4514535公开了使用三(四氢糠氧基)亚磷酸酯作为稳压剂。
美国专利No.4374224公开了使用具有至少一个芳环和至少三个羧酸酯组的有机羧酸酯作为稳压剂。
美国专利No.3553348描述了使用例如利用烷基和乙烯基烷氧基硅烷预处理的硅酸镁等填料矿物作为稳压剂。
题为“Stabilized olefin polymer insulating compositions”的美国专利No.4689362描述了硅橡胶复合物。
发明内容
本发明基于如下发现：即向硅橡胶基添加少量(1％-5％)的氟化硅油可以形成具有良好电特性并且特别是具有良好的高压电绝缘特性的高抗水硅橡胶。本发明的硅橡胶复合物在电晕放电后显示出比没有添加氟化硅油的硅橡胶具有改进的疏水稳定性。
根据本发明的一种实施方式，硅橡胶基包括氟化硅油。
根据本发明的一种实施方式，添加到硅橡胶基的氟化硅油的量在0.1％和10％之间。
根据本发明的一种实施方式，添加到硅橡胶基的氟化硅油的量在0.5％和5％之间。
根据本发明的一种实施方式，添加到硅橡胶基的氟化硅油的量在0.7％和3％之间。
根据本发明的一种实施方式，添加氟化硅油来增加电晕放电过程中硅橡胶表面的疏水稳定性。
根据本发明的一种实施方式，添加所述氟化硅油，从而通过保护橡胶表面免受氧化和氧化交联来增加电晕放电过程中硅橡胶表面的疏水稳定性。
根据本发明的一种实施方式，添加到硅橡胶基的氟化硅油可以是任何种类的部分氟化的硅油。
根据本发明的一种实施方式，添加到硅橡胶基的氟化硅油可以是任何种类的聚烷基硅氧烷或者聚芳基硅氧烷油。
根据本发明的一种实施方式，添加到硅橡胶基的氟化硅油可以是任何种类的烷基甲基硅氧烷、环己烯硅氧烷、环戊烯硅氧烷、二硅氧烷、三硅氧烷。
根据本发明的一种实施方式，添加到硅橡胶基的氟化硅油是3，3，3-三氟丙基甲基硅氧烷。
根据本发明的一种实施方式，添加到硅橡胶基的氟化硅油是3，3，3-三氟丙基甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物。
根据本发明的一种实施方式，添加到所述硅橡胶基的氟化硅油的粘度在80-120cSt。
根据本发明的一种实施方式，高压是20kV以及更高。
根据本发明的一种实施方式，绝缘的硅橡胶复合物模制到在高压接电装置中使用的绝缘子中。
根据本发明的一种实施方式，绝缘的硅橡胶复合物模制/压制到在高压变压器中使用的空心绝缘子中。
根据本发明的一种实施方式，绝缘的硅橡胶复合物模制到在高压断路器中使用的空心绝缘子中。
根据本发明的一种实施方式，绝缘的硅橡胶复合物模制到在高压电涌放电器中使用的绝缘子中。
根据本发明的一种实施方式，绝缘的硅橡胶复合物模制到在用于中压的断流器中使用的绝缘子中。
根据本发明的一种实施方式，绝缘的硅橡胶复合物用在高压电输送或者分配网络中的电器中，该电器具有部分由硅橡胶复合物制成的至少一个复合绝缘子，所述硅橡胶复合物包括氟化硅油，添加该氟化硅油以增加电晕放电过程中硅橡胶表面的疏水稳定性。
根据本发明的一种实施方式，绝缘的硅橡胶复合物用在高压电输送或者分配的系统中，该系统具有包括接电装置、变压器、断路器、电涌放电器、断流器的组中的至少一个电器，系统中的至少一个电器具有部分由硅橡胶复合物制成的一个或多个复合绝缘子，所述硅橡胶复合物包括氟化硅油，添加该氟化硅油以增加电晕放电过程中硅橡胶表面的疏水稳定性。
附图说明
通过参照附图中部分地示出的实施方式来阐述本发明。
图1示出了根据本发明的一种实施方式的在电晕放电之后改进的疏水性恢复，其中，测量的是水前进接触角；
图2示出了根据本发明的一种实施方式的在电晕放电之后提高的疏水性恢复，其中，测量的是水后退接触角；
图3示出了在暴露于电晕放电4小时之后的两个硅橡胶试件上喷水的结果。
具体实施方式
现在对优选实施方式进行详细描述。但是，应当理解，本发明可以各种形式体现。因此，这里公开的具体细节不应当被理解为限制性的，而是作为权利要求书的基础并作为用于教导本领域的技术人员以基本上任何适当具体的系统、结构或方式来具体化本发明的代表性的基础。
在图1和图2中示出了暴露于放电电压为20kV的电晕放电且相对湿度(RH)为0％的情形下2小时后硅橡胶的疏水恢复性。疏水性是通过利用固着液滴技术测量水前进接触角和水后退接触角来评估的。在环境状态下使用Rame’Hart测角器。在水滴的两侧上测量前进接触角和后退接触角，并且在每个样本上的至少6个不同位置处测量前进接触角和后退接触角。误差范围指示标准偏差。图1示出了硅橡胶的疏水性恢复的测量结果(测的是前进接触角)，该硅橡胶具有添加到橡胶的不同种类的硅油。
0°的接触角表明表面极度亲水。在亲水表面上，水滴将呈现出10°到30°的接触角。在与水不相容的高度疏水的表面上，将会观察到大于70°的接触角。180°的接触角意味着水滴仅仅停留在表面上，并不实际浸润表面，这种表面称为超疏水表面。
对添加有氟化硅油的硅橡胶1的测量没有显示出疏水性降低。不具有添加剂的硅橡胶2和具有诸如硅油(具有不同量)、环状硅或者苯代硅油等添加剂的硅橡胶2的其它测量显示出在暴露后疏水性随即显著降低。对于具有或者不具有所述添加剂的硅橡胶来说，硅橡胶2的疏水性的恢复是类似的。应当注意，除了含氟化硅油之外的所有硅橡胶2在暴露于电晕放电之后的大于一个小时的时间中可以被看成是亲水(即接触角小于30°)的。还可以观察到不具有氟化硅油的硅橡胶2的表面要经过大于10个小时的时间才能被称为是疏水(即，接触角大于70°)的。具有氟化硅油的硅橡胶1的表面在被暴露于电晕放电后保持疏水性。
图2示出了具有添加到橡胶的不同种类的硅油的硅橡胶的疏水性恢复的测量结果(测的是后退接触角)。
对添加有氟化硅油的硅橡胶11的测量显示出疏水性略微降低。不具有添加剂的硅橡胶12和具有诸如硅油(具有不同量)、环状硅或者苯代硅油等添加剂的硅橡胶12的其它测量显示出疏水性显著降低。对于具有或者不具有所述添加剂的硅橡胶来说，硅橡胶12的疏水性的恢复是类似的。应当注意，所有不具有氟化硅油的硅橡胶12在暴露于电晕放电之后的大于一个小时的时间中可以被看成是亲水(即接触角小于30°)的。还可以观察到不具有氟化硅油的硅橡胶12的表面要经过大于10个小时的时间才能被称为是疏水(即，接触角大于70°)的。具有氟化硅油的硅橡胶11的表面在被暴露于电晕放电后保持疏水性。
图3示出了在暴露于电晕放电4小时的两个硅橡胶试件上喷水的结果。在暴露于电晕放电4小时后在试件上喷水5分钟时测试结束。左边的试件是未改性的硅橡胶，右边的试件是包含2wt.％氟化硅油的硅橡胶。可以清楚地看到，未改性的硅橡胶(左边的)是亲水的，从而水浸湿了整个表面。具有氟化硅油的硅橡胶(右边的)保持疏水性并且喷上的水在表面上形成水滴。
在2*2小时电晕放电测试之后利用扫描电子显微镜(SEM)来研究两个试件的表面，即具有参考硅和具有经氟化硅油改性的硅的试件的表面。SEM研究显示，由于氧化交联反应，参考橡胶显示出广泛的表面裂纹。利用氟化硅油改性的硅橡胶的表面没有显示出表面裂纹的任何迹象。因此，添加的氟化硅油在暴露于电晕放电的过程中作为有效的抗氧化剂，改进了疏水稳定性。
添加有氟化硅油的硅橡胶表面的增加的疏水稳定性可以允许设计变为高压绝缘子。绝缘子的现有设计允许外表面变成亲水的并且即使在表面上具有水膜的情况下绝缘子仍具有其功能。在连续疏水表面的保证下，可以减小绝缘子的外表面。
硅橡胶绝缘子材料使用的一个实施例是用在空心复合绝缘子中。空心复合绝缘子通过添加硅橡胶护套以使外表面成为复合管而制成。
本发明的硅橡胶绝缘子可以用在电输送和分配系统中使用的多个不同的高压部件上，例如接电装置、变压器、断路器、电涌放电器、断流器。
Claims (20)
1.一种在高压、即>1kV电压的应用中使用的电绝缘复合物，所述复合物包括硅橡胶基，其特征在于，所述硅橡胶基包括氟化硅油。
2.根据权利要求1所述的在高压应用中使用的电绝缘复合物，其中，添加到所述硅橡胶基的氟化硅油的量在0.1％和10％之间。
3.根据权利要求1所述的在高压应用中使用的电绝缘复合物，其中，添加到所述硅橡胶基的氟化硅油的量在0.5％和5％之间。
4.根据权利要求1所述的在高压应用中使用的电绝缘复合物，其中，添加到所述硅橡胶基的氟化硅油的量在0.7％和3％之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的在高压应用中使用的电绝缘复合物，其中，添加所述氟化硅油来增加在电晕放电过程中硅橡胶表面的疏水稳定性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的在高压应用中使用的电绝缘复合物，其中，添加所述氟化硅油，从而通过保护橡胶表面免受氧化和氧化交联来增加在电晕放电过程中硅橡胶表面的疏水稳定性。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的在高压应用中使用的电绝缘复合物，其中，添加到所述硅橡胶基的氟化硅油可以是任何种类的部分氟化的硅油。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的在高压应用中使用的电绝缘复合物，其中，添加到所述硅橡胶基的氟化硅油可以是任何种类的聚烷基硅氧烷或者聚芳基硅氧烷油。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的在高压应用中使用的电绝缘复合物，其中，添加到所述硅橡胶基的氟化硅油可以是任何种类的烷基甲基硅氧烷、环己烯硅氧烷、环戊烯硅氧烷、二硅氧烷、三硅氧烷。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的在高压应用中使用的电绝缘复合物，其中，添加到所述硅橡胶基的氟化硅油是3，3，3-三氟丙基甲基硅氧烷。
11.根据权利要求1至6中任一项所述的在高压应用中使用的电绝缘复合物，其中，添加到所述硅橡胶基的氟化硅油是3，3，3-三氟丙基甲基硅氧烷和二甲基硅氧烷的共聚物。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的在高压应用中使用的电绝缘复合物，其中，添加到所述硅橡胶基的所述氟化硅油的粘度在80-120cSt。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的在高压应用中使用的电绝缘复合物，其中，所述高压是20kV以及更高。
14.一种在电输送或者分配网络中的高压应用中的电器，其中，所述电器具有部分由硅橡胶制成的至少一个复合绝缘子，所述硅橡胶包括氟化硅油，添加该氟化硅油以增加电晕放电过程中硅橡胶表面的疏水稳定性。
15.根据权利要求14所述的电器，其中，所述电器是高压接电装置。
16.根据权利要求14所述的电器，其中，所述电器是高压变压器。
17.根据权利要求14所述的电器，其中，所述电器是高压断路器。
18.根据权利要求14所述的电器，其中，所述电器是高压电涌放电器。
19.根据权利要求14所述的电器，其中，所述电器是用于高压的断流器。
20.一种用于高压电输送或者分配的系统，该系统具有包括接电装置、变压器、断路器、电涌放电器、断流器的组中的至少一个电器，其中，所述系统具有至少一个电器，所述至少一个电器具有部分由硅橡胶制成的一个或多个复合绝缘子，并且所述硅橡胶包括氟化硅油，添加该氟化硅油以增加在电晕放电过程中硅橡胶表面的疏水稳定性。
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