可以代替陶瓷和玻璃的高分子材料中，硅橡膠從60年代開始就有了實(shí)用業(yè)績，在幾種聚合物中脫穎而出。硅橡膠絕緣子比陶瓷絕緣子具有更多的優(yōu)勢(shì)。首先，它重量輕，容易操作且**；另外，陶瓷絕緣子經(jīng)常遭受破裂的困擾，一種沖擊它就會(huì)破損。而硅橡膠絕緣子則能抗擊車輛碰撞電線桿之類的機(jī)械沖擊。

   雖然其它高分子材料也具有以上所介紹的優(yōu)點(diǎn)，但只有硅橡膠不會(huì)對(duì)環(huán)境造成太大的污染。聚合物絕緣子能防水，因而就不會(huì)發(fā)生因水滴落下而發(fā)生漏電和表面電弧現(xiàn)象。硅橡膠絕緣子的防水性比其它聚合物絕緣子恢復(fù)得快，是一種在惡劣環(huán)境中能長期使用的耐久性材料。

   文中對(duì)高壓電絕緣用的硅橡膠的特征進(jìn)行說明，并介紹*近的發(fā)展趨勢(shì)。

    1  硅橡膠的特征

    1.1  硅氧烷健的化學(xué)特征

    1.1.1  化學(xué)性能穩(wěn)定的化學(xué)鍵

   硅橡膠的主鏈?zhǔn)怯晒柩跬?Si-O)鏈構(gòu)成的。由于這種鍵上的Si、O的負(fù)電性分別為1.8與3.5，差異很大，所以形成如圖1(略)所示的極化結(jié)構(gòu)，它具有離子鍵性質(zhì)。這樣，Si-O的鍵能比C-C鍵能高(見表1)。另外，①由于主鏈離子鍵的性質(zhì)，而使側(cè)鏈甲基C-H的離子性質(zhì)減弱，不容易受其它分子攻擊，所以其化學(xué)穩(wěn)定性好；②由于Si不會(huì)形成雙鍵和三鍵，所以難以形成主鏈分解的起點(diǎn)(由于這一原因致使Si-C鍵相當(dāng)穩(wěn)定)，進(jìn)而導(dǎo)致硅橡膠的主鏈更加穩(wěn)定。

    圖1  電子分布(略)

    表1  鏈能比較  鍵能(kj/mol)

Si-O	420
C-C	350
紫外線(300 nm)	400

    1.1.2  高柔軟性聚合物

   硅氧烷的鍵角(Si-O-Si)大(130°-160°)，其自由度比有機(jī)聚合物(C-C，C：110°)的高。而Si-O鍵距離(1.64A)也比C-C的(1.5A)大。也就是說，聚合物分子整體運(yùn)動(dòng)容易(容易變形)。

    (3)螺旋結(jié)構(gòu)(圖2(略))

   由于聚硅氧烷呈螺旋結(jié)構(gòu)，主鏈上的硅氧烷鍵因離子鍵引力向內(nèi)，外側(cè)是側(cè)鏈相互作用弱的甲基，所以聚硅氧烷分子間引力變小。

    1.2  硅橡膠的特性

   根據(jù)1.1節(jié)介紹的化學(xué)特征，硅橡膠有如下特征，它可用于高壓電絕緣場(chǎng)合。

    1.2.1  耐熱和耐寒性

   由于硅橡膠的鍵能高、化學(xué)穩(wěn)定性好，所以其耐熱性比有機(jī)聚合物的好。再者，由于分子間相互作用力弱，所以玻璃化溫度低，耐寒性也好。因此，在地球上的任何地區(qū)使用，其特性都不會(huì)變化。

    1.2.2  防水性

   由于聚硅氧烷的表面為甲基基團(tuán)，所以它具有疏水性，因而可用于防水。

    1.2.3  電性能

   硅橡膠分子中的碳原子數(shù)比有機(jī)聚合物的少，所以其抗電弧性、耐漏電性非常好。加之，即便燃燒也會(huì)形成絕緣的硅，所以其電絕緣性優(yōu)異。

    1.2.4  耐天候性

   如表1所示。由于硅氧烷鍵能比紫外線能大，所以不容易產(chǎn)生因紫外線導(dǎo)致的老化。在耐臭氧性加速老化試驗(yàn)中，有機(jī)聚合物在數(shù)秒至數(shù)小時(shí)時(shí)間內(nèi)就會(huì)因老化而產(chǎn)生龜裂，而硅橡膠即使老化4周后只是強(qiáng)度稍有下降，并沒有產(chǎn)生龜裂，即它的耐臭氧性好(見表2)。酸雨是PH值約5.6的離子混合液，在人工酸雨試驗(yàn)(500倍)中采用了表3中的溶液。硅橡膠具有表4所示的優(yōu)良的抗化學(xué)藥品性，雖然將硅橡膠放在酸雨之類的混合液中也可能有不同的變化，但恐怕影響不大。

    表2  硅橡膠的耐臭氧性

老化時(shí)間/d	硬度變化/度	拉伸強(qiáng)度變化率/%	伸長率變化率/%
7	3	-5	0
14	4	-15	-5
28	7	-15	-5

   注：在常溫下，臭氧濃度為200PPm，向橡膠施加50%拉伸力，在這種狀態(tài)下即使老化28 d表面仍無龜裂。

    表3  人工酸雨成分

成分	含量
NH-4Cl	1.00
NaCl	2.55
KCl	0.18
HNO3	0.90
MgSO4	1.05
CASO4·2H2O	0.90

    單位：g/2 L去離子水。

    表4  硅橡膠(VMQ)的抗化學(xué)藥品性(25℃，7d)

	質(zhì)量變化/%	容積變化/%	硬度變化/度
酸
濃硝酸	10	10	-30
7%硝酸	<	<1	-2
濃硫酸	-	分解	-
10%硫酸	<1	<1	-2
冰醋酸	2	3	-4
5%醋酸	4	4	8
濃鹽酸	1	1	-6
10%鹽酸	1	4	-4
3%鹽酸	<1	1	-2
堿
濃氨水	2	2	-4
10%氨水	3	2	-6
鹽
10%鹽水	<1	<1	-2
其它
水	<1	<1	<1

    1.2.5  長久變形

   硅橡膠在室溫/高溫下的長久變形特性(長久伸長率和壓縮長久變形)比有機(jī)聚合物的好。

    2  硅橡膠的分類

   根據(jù)硫化前的特性硅橡膠可分為固態(tài)和液態(tài)兩類，還可以根據(jù)硫化機(jī)理分為過氧化物硫化、加成反應(yīng)硫化和縮合反應(yīng)硫化三類。固態(tài)和液態(tài)硅橡膠的差異在于聚硅氧烷的分子量。固態(tài)硅橡膠可以用過氧化物硫化和加成反應(yīng)中的任何一種反應(yīng)進(jìn)行硫化，通常稱為高溫硫化橡膠(HTV)和熱硫化橡膠(HCR)(見表5、6)。雖然用加成反應(yīng)硫化的液態(tài)硅橡膠材料在室溫下也可以硫化，但由于成型方法和硫化溫度不同而被稱為液態(tài)硅橡膠(LSR)、低溫硫化橡膠(LTV)和雙組分室溫硫化橡膠(RTV)等。在制造聚合物絕緣子時(shí)，通常可采用注射成型法和澆注成型法。

    表5  硅橡膠的種類和簡稱

HTV：高溫硫化橡膠

HCR：熱硫化橡膠(高稠度橡膠)

LSR：液態(tài)硅橡膠

LTV：低溫硫化橡膠

RTV2：雙組分室溫硫化橡膠

RTV1：單組分室溫硫化橡膠

    表6  硫化溫度和硅橡膠種類

硫化溫度	硅橡膠的種類
高溫：140℃-200℃以上	HTV、HCR、LSR
低溫：40℃-140℃	LSR、LTV
室溫：0℃-40℃	RTV2，RTV1

   單組分縮合反應(yīng)型(濕空氣硫化)硅橡膠，可用于建筑用密封膠和電氣、電子產(chǎn)品等、在電力用途方面有用溶劑稀釋的常溫硫化型硅橡膠涂料，通過噴涂用作陶瓷絕緣體的保護(hù)材料。

    3  聚合物絕緣體用硅橡膠

   根據(jù)用途硅橡膠可分為若干種。表7、8列出了具有代表性的硅橡膠材料(固體型和液態(tài)型)。

    表7  絕緣子用固體硅橡膠的特性

		HER-①	HCR-②	HCR-③	HCR-④	HCR-⑤	HCR-⑥
		絕緣子用	制備零部件用
		抗高壓電弧	室內(nèi)用			室外用
		適用于4.5 kV	高撕裂強(qiáng)度	高模量	低模量	適用于9.5 kV	適用于4.5 kV
可塑度	mm×100	300	210	270	180	210	210
密度	-	1.52	1.11	1.12	1.09	1.18	1.19
硬度(JIS-A)	-	68	35	42	32	42	44
拉伸強(qiáng)度	MPa	7.1	9.6	9.7	10	7.8	8.6
100%定伸應(yīng)力	MPa	-	0.6	0.9	0.5	0.6	1
伸長率	%	250	1030	750	1000	760	720
撕裂強(qiáng)度(新月形試樣)	N/mm	8	23	38	21	32	34
體積電阻率	Ω·cm	4.4E+14	-	-	8.7E+15	1.8E+16	2.8E+16
絕緣破壞強(qiáng)度	kV/mm	23	-	-	23	29	25
長久伸長率a)	%	-	6	3	8	8	8
電容率/110Hz	-	3.9	-	-	3.0	3.0	3.0
介質(zhì)損耗角正切/110 Hz	-	0.03	-	-	5.00E-04	4.00E-03	2.70E-03
耐漏電痕跡性	IEC60587	1A4.5	-	-	-	1A3.5	1A4.5

   注：a)100℃/100%/7d。

    表8  絕緣子用LSR型硅橡膠的特性

		LSR-①	LSR-②	LSR-③	LSR-④
		絕緣子·制備零部件用
		硬度55度	硬度50度	硬度40度	硬度10空
透明度	-	半透明	半透明	半透明	半透明
粘度(0.9s-1)	Pa.s	80a)	1500b)	1200b)	1000b)
粘度(10.0s-1)	Pa.s	-	360b)	320b)	285b)
密度	-	1.11	1.14	1.13	1.13
硬度(ASIV邵爾A)	-	55	51	40	30
拉伸強(qiáng)度	MPa	7.0	11.0	10.0	9.0
伸長率	%	250	460	550	760
撕裂強(qiáng)度(ASTM口型B)	N/mm	28	52	45	33
長久伸長率c)	%	-	-	2	2
體積電阻率	Ω·cm	1.8E+15	5.0E+15	5.0E+15	5.0E+15
絕緣破壞強(qiáng)度	kV/mm	27	27	26	24
電容率(100Hz)	-	2.7	2.8	2.8	2.8
介質(zhì)損耗角正切(100Hz)	-	6.E-04	1.E-03	1.E-03	1.E-03
耐漏電痕跡性	IEC60587	1A4.5	1A4.5	1A4.5	1A4.5

   注：a)B型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，No.7轉(zhuǎn)子，10rpm；

    b)CaiumedCSL粘度汁；

    c)室溫/200%/48h。

    3.1  含氫氧化鋁的硅橡膠

   通過添加高填充量的氫氧化鋁(ATH)，可以獲得具有良好耐漏電痕跡性和抗電弧性的硅橡膠。填充50質(zhì)量份氫氧化鋁的硅橡膠具有合格的耐高電壓(4.5kV)的漏電痕跡性，而且具有良好的抗電弧性、耐天候性、耐鹽霧性和耐酸雨性等，可在鹽霧重的地區(qū)用作絕緣體材料。但是，由于這種硅橡膠為高填充ATH，所以其缺點(diǎn)是粘度高(可塑度)，機(jī)械強(qiáng)度低下等。

    3.2  不含氫氧化鋁的硅橡膠

   在沒有鹽霧的歐洲內(nèi)陸等地區(qū)，由于其污染程度小，所以可使用不填充ATH的硅橡膠。在這種場(chǎng)合，通過選擇適宜的硅橡膠，對(duì)白炭黑的表面進(jìn)行處理，添加可提高耐漏電痕跡性的配合劑等來提高其疏水性，滿足高壓耐漏電痕跡性要求。與含ATH的硅橡膠相比，它粘度較低、物理機(jī)械性能和電特性較為優(yōu)越。

    3.3  室外電纜配件用

   由于是室外用的電纜配件，所以必須具備耐漏電痕跡性。通過使用交聯(lián)密度經(jīng)過調(diào)整的聚合物即可得到具有低長久伸長率特性的材料，用于常溫下收縮(低溫收縮)的制品。

    3.4  室內(nèi)電纜配件用

   由于是室內(nèi)用的電纜配件，所以受鹽霧影響的可能性很小，故往往不需要具有耐漏電痕跡性能。在用于常溫下收縮(低溫收縮)的場(chǎng)合，仍然有必要具備低長久變形特性。

    3.5  涂層用途

   如果在污染嚴(yán)重的部分噴涂硅橡膠涂層，則可以長期保持良好的疏水性。也可根據(jù)污染程度對(duì)已設(shè)置的絕緣子進(jìn)行涂層，以達(dá)到繼續(xù)使用，節(jié)約成本的目的。*近有報(bào)導(dǎo)說，如果對(duì)硅橡膠絕緣子進(jìn)行涂層，則可進(jìn)一步保持絕緣子的疏水性。目前有涂層絕緣子和橡膠型絕緣子兩種類型。

    4  結(jié)束語

   以上介紹了聚合物絕緣子用硅橡膠材料。目前各研究機(jī)構(gòu)和廠家也在不斷地進(jìn)行研究和試驗(yàn)，如果在耐久性等試驗(yàn)中能夠證明其可靠性高，則可以預(yù)測(cè)硅橡膠絕緣子的應(yīng)用會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。