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RTV 防污闪涂料性能的影响因素,介绍了室温硫化(RTV)硅橡胶防污闪涂料的作用机理
2019年09月20日    阅读量:1449     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

在恶劣气候条件下(如雨、雾、露等),沿着潮湿的绝缘子表面会发生闪络,造成电力系统污闪事故。室温硫化(以下简称RTV)硅橡胶涂料具有憎水性,涂覆在瓷绝缘子表面,可明显提高绝缘子的防污闪能力,具有5 a 内免维护的优异性能,是一种长效的防污闪涂料[1]。


按交联机理,RTV 硅橡胶涂料可分为缩合型和加成型两种中国机械网okmao.com。由于多数加成型产品需要在稍微加热的条件下才能快速固化,故当前缩合型RTV 硅橡胶涂料是硅橡胶防污闪涂料的主体。按其缩合交联时脱除的副产物,RTV 硅橡胶涂料可分为脱醋酸型、脱酮肟型、脱丙酮型、脱胺型及脱醇型等。脱醇型RTV硅橡胶涂料硫化时仅脱出醇(ROH),不腐蚀电器或金属零部件,因此,国外RTV 硅橡胶涂料多为脱醇型产品,使用便捷,但价格不菲[2]。


RTV 涂料以具有羟基封端的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)为基料,与交联剂、催化剂配用,可以在常温下交联而形成三维网状结构。除非特别处理,硅橡胶中一般都不同程度地含有未交联的低分子硅氧烷链段。这些低分子链段的存在对硅橡胶憎水迁移性与复原有着重要影响[3]。试验结果表明,憎水性及憎水迁移性是硅橡胶涂料具有优异防污闪性能的主要原因[4-5]。


1 RTV硅橡胶涂料的防污闪机理

RTV 硅橡胶涂料的防污闪机理可以从憎水性和憎水迁移性两方面来分析。

1.1 憎水性

在绝缘子表面涂覆RTV 硅橡胶防污闪涂料后,所形成的涂层包覆了整个绝缘子表面,隔绝了瓷瓶和污秽物的接触。

硅橡胶防污闪涂料的基料是一种特殊的聚硅氧烷,其分子链为Si—O—Si 取代基或侧链为C—H 结构。聚硅氧烷分子中的甲基与主链相连,在Si 原子外形成一个倒立正四面体的伞状空间构形,由于H 原子是范德华原子半径最小的原子,它们所形成的伞状甲基结构,紧密地排列在一起,形成一道封闭屏障把水分子拒之“伞”外,当雨水或露珠接触到涂层表面时,就会变成水珠自动滚落,或一颗颗地散落在涂层表面,而不会形成连续的水膜,表现出优良的憎水性能[6-7]。

1.2 憎水迁移性

根据分子运动理论,分子链长不同的物质,其扩散迁移的能力也不尽相同。短分子链的物质由于个体小而“灵活”,易从物体内部“迁移”到表面上,这一点是大多数RTV 硅橡胶防污闪涂料产品都具有的性能。但有机硅橡胶中,这一部分“活性”分子是极有限的,可自由扩散的分子随着时间的推移越来越少,并迅速衰减,就不能保持“活性”有机硅分子持续均衡地“迁移”出来。有机硅橡胶基料的选择对有机硅分子能否持续从RTV 硅橡胶防污闪涂料内部“迁移”出来至关重要,应选择专用的有机硅橡胶。从基料分子结构设计出发,改进有机硅橡胶的化学组成,为RTV 硅橡胶防污闪涂料提供更多的“活性”有机硅分子源,是保障憎水迁移性的关键[8-10]。当污秽物接触到RTV 硅橡胶防污闪涂层表面时,“迁移”到涂层表面的活性有机硅分子与污秽物接触,实现有机硅分子对污秽物的表面整理,使其表面能和表面张力降低,即憎水性迁移到污秽物上,使污秽物也具有有机硅的憎水性。


2 涂料性能的影响因素

2.1 填料的表面处理

氢氧化铝[Al(OH)3]是一种很好的阻燃材料,它在RTV 涂料中用于提高耐电弧性及耐漏电起痕。Al(OH)3 的作用机理一般认为是当电弧烧灼材料表面时,局部材料表面的温度显著提高,氢氧化铝加热到220℃左右,会迅速分解出结晶水并吸收大量热量,从而降低了材料表面的温度。氢氧化铝分解出的结晶水在Al2O3 的催化作用下,可与有机材料分解时产生的游离碳发生反应,生成挥发性的CO 和CO2,终止了导电的炭化通道的形成[11]。与氢氧化铝相比,聚硅氧烷为非极性物质,二者的表面性质差异极大,容易造成聚硅氧烷与填料的两相分离,从而影响涂料的各方面性能。所以在加入氢氧化铝前必须对其进行表面改性处理,以增加其与聚硅氧烷的相容性。氢氧化铝的表面处理对涂料性能的影响如表1 所示。

表1 氢氧化铝的表面处理对涂料性能的影响

氢氧化铝的表面处理对涂料性能的影响

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由表1 可知:当氢氧化铝的表面采用硅烷偶联剂高温(160℃)处理时,RTV 涂料的综合性能最好。主要是因为在高温下,氢氧化铝表面的水分被脱除,团聚的氢氧化铝得到解聚,同时氢氧化铝表面的极性基团被硅烷偶联剂的有机基团取代,这样大大提高了氢氧化铝与聚硅氧烷的相容性,从而提高了RTV 涂料的耐电弧性[8]。

2.2 交联剂的选择

脱酸型RTV-1 防污闪涂料的固化反应如下:

防污闪涂料的固化反应

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脱酸型RTV-1 防污闪涂料常用的交联剂为甲基三乙酰氧基硅烷,它可以改善涂料的附着力,其用量对涂料的硫化性有较显著的影响。若甲基三乙酰氧基硅烷的用量小于2%,则涂料不能完全固化或不能固化,添加二丁基二月桂酸锡则可促进固化反应。交联剂的用量与硅橡胶的Si—OH 含量有关,且实际涂料中的水分及填料表面的Si—OH 都会消耗掉部分交联剂,所以交联剂的实际用量要偏大。在基料及其它组分不变的情况下,交联剂用量对涂膜性能的影响见表2。

表2 交联剂用量对涂膜性能的影响

交联剂用量对涂膜性能的影响

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固化体系中随交联剂用量的逐渐增加,涂膜的干性加快[12-13]。

2.3 偶联剂的选择

由于硅橡胶的表面能较低,RTV 硅橡胶涂料的附着力差是该类涂料存在的共性问题。为提高涂料的附着力,一般需要加入合适的有机硅烷偶联剂,尤其以氨丙基硅烷偶联剂为主,如γ- 氨丙基三乙氧基硅烷、γ- 氨丙基三甲氧基硅烷或N-(β- 氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷等。由于偶联剂常含有强极性基团,为保证体系的绝缘性,要控制偶联剂的用量。另外,为提高涂料的黏结力,可通过在聚合物侧链上引入环氧基团或三甲氧基硅烷基团。

2.4 温度的影响

涂料涂覆于不同基材表面,其黏结力随温度的变化情况见图1。由图1 可见:剪切应力和垂直应力都随温度的变化而改变,即温度下降,垂直应力和剪切应力都逐渐增大;当温度为-10℃时,黏结力达到最大值;随着温度继续下降,黏结力开始缓慢减小。覆冰密度越小,相同质量水所形成冰层的体积越大,在冰层的单位横截面上,表面冰层的分子数相对减小。即不同温度条件下所形成冰层的密度不同,而冰层密度对黏结力的影响主要由与衬垫表面接触的分子数决定。同时,随着温度降低,RTV 涂料的憎水性逐渐减弱,水滴与涂料表面接触角减小,即冰层与涂料间接触面积增大,从而使黏结力逐渐增加;但温度过低时,部分过冷却水滴在到达涂料表面时就已经固化,从而使得冰层与涂料的黏结面间有残余空气滞留其中,导致冰层与涂料间的接触面积减小,黏结力也逐渐降低[14]。

黏结力与温度的关系

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3 结语

有机硅材料在电力设备防污闪领域的应用主要是利用其憎水性和憎水迁移性两大特性。喷涂室温硫化(RTV)硅橡胶防污闪涂料能显著提高电瓷件外绝缘的防污闪能力,是一条行之有效的防污闪措施[15]。笔者针对RTV 涂料提出了一些存在的问题及发展建议:

(1) 由于有机化合物的老化问题及防污闪涂料应用时间尚不太长,运行经验还不十分丰富,防污闪涂料的优良特性还需经长时间的观察和验证。对于喷涂防污闪涂料的设备的管理,需要不断地在工作中总结运行经验。

(2) RTV 复合材料老化后究竟如何处理,还处于争议阶段,也可以考虑研制一种RTV 涂料清除剂,利用RTV 复合材料与电瓷件表面的黏结力远远小于RTV 高分子复合材料间的化学键的作用力,用清除剂使得RTV 复合材料与电瓷件表面黏结力降低从而使RTV 复合材料被剥离,达到彻底清除老化RTV 复合材料的目的后,再复涂RTV 涂料[16]。

(3) RTV 涂料与瓷件的黏结力不够,撕裂强度差等一些问题仍给电力系统的正常运行造成隐患。有些经过常年运行后的RTV 涂层已变得破碎不堪,完全失去其整体性。故有必要对现有RTV 涂料进行改性。

(4) 一方面,将有机氟、环氧基团、丙烯酸等功能性基团引入到硅橡胶中,对有机硅橡胶进行改性,提高基体的性能;另一方面,探索纳米技术在RTV防污闪涂料中的应用方法和工艺,实现RTV 硅橡胶涂层组成和结构的有效控制,构建涂层的微纳米“荷叶”结构,全面提高涂料的综合性能,达到长效防污闪效果。


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