专利名称:具有改进的疏水稳定性的硅橡胶的制作方法
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(〉lkV)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 压萍皮限定为在lkV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 electrical insulation"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4吏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(l%-5%)的氟
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
5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暈放电过 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,添加所述氟化珪油,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^圭橡胶基的氟化石圭油可以 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、三珪氧烷。
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曱基硅氧烷的共聚物。
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暈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。
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暈放电之后改进
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暈放电之后提高 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。
具体实施例方式
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
7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 或者苯代珪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IO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^法油的硅橡胶(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小时电暈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石圭的 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 广泛的表面裂紋。利用氟化硅油改性的硅橡胶的表面没有显示出表 面裂紋的任何迹象。因此,添加的氟化珪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^f呆证下,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。
权利要求
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暈放电过程中硅 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 类的烷基曱基硅氧烷、环己烯硅氧烷、环戊烯硅氧烷、二硅氧烷、 三石圭氧烷。
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 氟丙基曱基硅氧烷。
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 氟丙基曱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珪橡胶表 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. —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逸 水稳定性。
全文摘要
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。
文档编号H01B3/46GK101548342SQ200780044800
公开日2009年9月30日 申请日期2007年11月28日 优先权日2006年12月5日
发明者A·克里维达, H·希尔伯格, P·迈耶, X·科恩曼 申请人:Abb研究有限公司