CN107843544A - 一种基于热氧老化的高温硫化硅橡胶耐老化性能测试方法 - Google Patents

Abstract

一种基于热氧老化的高温硫化硅橡胶耐老化性能测试方法，具体步骤如下：1S对待测硅橡胶切取2块规格大小一致的块状样品1、样品2，测量出样品1和样品2的质量m₁和m₂，通过排水法测量得到密度ρ_硅橡胶；2S样品1，浸于甲苯中，待充分溶胀后再测量得到质量m₁’，样品2置于高温鼓风干燥箱中，在200℃的含氧环境中恒温加热720小时，浸于甲苯中，待充分溶胀后再测量得到质量m₂’：优点是，本发明提供的测试方法能够大大缩短测试时间，得到比较准确的评估结果，节约了成本与资源，方便更多单位对入网复合绝缘子的硅橡胶产品进行自行检测和比较；另外，由于交联密度与硅橡胶的老化程度关系密切，采用交联密度作为特征参量，正确程度高。

Description

一种基于热氧老化的高温硫化硅橡胶耐老化性能测试方法

技术领域

本发明涉及材料性能测试技术领域，具体为一种基于热氧老化的高温硫化硅橡胶耐老化性能测试方法。

背景技术

硅橡胶材料在电网中被广泛应用于各类电气设备的外绝缘材料。其中，高温硫化硅橡胶需要经过高温(110℃～170℃)硫化成型，聚合度高和交联程度均比较高。HTV硅橡胶具有优良的憎水性能、机械性能和电气性能，被广泛应用于制造复合绝缘子伞裙和护套。但是，电网各线路所采用的高温硫化硅橡胶配方、原料、生产工艺等存在一定差异，在运行一段时间后，有部分批次的硅橡胶护套更容易出现硬化、粉化等严重老化现象，耐老化性能更差，将会影响到线路的正常运行。因此，在入网时对复合绝缘子所采用的高温硫化硅橡胶材料进行耐老化性能测试，准确评估其耐老化性能和热稳定性，是十分重要的。

硫化硅橡胶的老化程度与其交联密度，尤其是物理交联密度有密切联系。无论是自然老化，亦或是热氧老化等人工加速老化方式，硅橡胶材料在老化后交联密度均有明显上升，其原因是老化过程中硅橡胶的聚二甲基硅氧烷侧链有机基团脱落氧化，与其他硅氧烷主链发生交联，导致硅橡胶的交联密度上升，宏观体现为硬度增加，柔韧度下降等。

在硅橡胶体系中，交联点可以分为两类：一类是由分子链上的交联和分子链间的纠缠形成的，称为化学交联；一类是由填料与硅氧烷高分子间以相对化学键较弱的作用形成的，例如填料与硅氧烷分子的吸附作用，称为物理交联。对于硅橡胶材料，一般可采用甲苯作为溶剂，通过平衡溶胀法测得其总的交联密度。

现有的复合绝缘子国家及行业标准中，规定硅橡胶材料的耐老化性能的测试方法主要是5000h人工加速老化试验，这种方法设置了电场、雨淋、潮湿、高温、污雾、紫外照射等运行环境，让材料经受上述环境劣化后，通过比对硅橡胶的电气、机械、理化性能，评判硅其耐老化性能。

这种方法虽能较真实的模拟绝缘子的运行环境，但缺点是耗时长，实验设备要求很高，成本相应也较高。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种通过热氧老化加速硅橡胶劣化进程的方式，以平衡溶胀法测定的交联密度的变化作为特征参量，用以评价高温硫化硅橡胶材料的耐老化性能的高温硫化硅橡胶耐老化性能测试方法，测试方法适用于高温硫化硅橡胶的常规试验以及新制复合绝缘子高温硫化硅橡胶护套的入网测试。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种基于热氧老化的高温硫化硅橡胶耐老化性能测试方法，具体步骤如下：

1S对待测硅橡胶切取2块规格大小一致的块状样品1、样品2，测量出样品1和样品2的质量m₁和m₂，通过排水法测量得到密度ρ_硅橡胶；

2S样品1，浸于甲苯中，待充分溶胀后再测量得到质量m₁’，样品2置于高温鼓风干燥箱中，在200℃的含氧环境中恒温加热720小时，浸于甲苯中，待充分溶胀后再测量得到质量m₂’；

3S.通过公式(1)计算样品1在溶剂甲苯中充分溶胀后的体积百分率：

其中，m₁是硅橡胶的原始质量，m₁’是硅橡胶充分溶胀后的质量，ρ_硅橡胶是硅橡胶的密度，ρ_甲苯是溶剂甲苯的密度(0.866g/cm³)，b为硅橡胶中硅氧烷的质量百分比，也即胶含量，胶含量可通过密度推算：b＝-0.69925*ρ_硅橡胶+1.44564；

4S通过公式(2)计算样品1相邻交联点间的平均分子量M_c(单位g/mol)：

其中，V_r是溶胀后的体积百分率，ρ硅橡胶为硅橡胶的密度(g/cm3)，V₁是溶剂甲苯的摩尔体积(cm³/mol),V1＝106.7cm³/mol；χ是硅橡胶与溶剂甲苯的相互作用参数，χ＝0.454；

5S计算样品1交联密度：D_样品1＝1/2M_c；

6S用m₂、m₂’分别替换公式(1)中的m₁、m₁’并计算出样品2的在溶剂甲苯中充分溶胀后的体积百分率：V_r2，V_r2替换公式(2)的V_r计算出样品2相邻交联点间的平均分子量M_c2，

7S计算样品2交联密度：D_样品2＝1/2M_c2；

8S比较样品1交联密度D_样品1与样品2交联密度D_样品2,其数值较大者耐老化性能和热稳定性均较差。

进一步，步骤(1)所述的排水法测量具体步骤如下：

1.1S测量样品的原始质量w0；

1.2S使用手术刀在样品中间位置做出“一”字切口，切口深度约为样品的1/2；

1.3S在精密天平上放置一烧杯，内部盛有蒸馏水，其深度没过样品高度，将一根细线一端缠绕固定在玻璃棒上，一端固定在样品的“一”字切口内；玻璃棒的长度能够横担在精密天平的侧壁顶部；

1.4S精密天平读数置零；将玻璃棒横担在天平侧壁顶端，缓缓转动玻璃棒，将硅橡胶样品放下，逐渐浸没在蒸馏水中，应保证样品全部浸没，同时不触碰烧杯底部和侧壁；待精密天平读数稳定后，读取示数，记为w0’；硅橡胶的密度即为ρ_硅橡胶＝w0/w0’。

本发明具有以下有益效果：本发明提供的测试方法能够大大缩短测试时间，得到比较准确的评估结果，节约了成本与资源，方便更多单位对入网复合绝缘子的硅橡胶产品进行自行检测和比较；另外，由于交联密度与硅橡胶的老化程度关系密切，采用交联密度作为特征参量，正确程度高。

附图说明

图1为实施例的HTV硅橡胶密度-胶含量拟合曲线。

图2为实施例的交联密度对比柱形图。

具体实施方式

实施例

一种基于热氧老化的高温硫化硅橡胶耐老化性能测试方法，具体步骤如下：

1S对待测硅橡胶切取2块规格大小一致的块状样品1、样品2，测量出样品1和样品2的质量m₁和m₂，通过排水法测量得到密度ρ_硅橡胶；

所述的排水法测量具体步骤如下：

1.1S测量样品的原始质量w0；

1.2S使用手术刀在样品中间位置做出“一”字切口，切口深度约为样品的1/2；

1.3S在精密天平上放置一烧杯，内部盛有蒸馏水，其深度没过样品高度，将一根细线一端缠绕固定在玻璃棒上，一端固定在样品的“一”字切口内；玻璃棒的长度能够横担在精密天平的侧壁顶部；

1.4S精密天平读数置零；将玻璃棒横担在天平侧壁顶端，缓缓转动玻璃棒，将硅橡胶样品放下，逐渐浸没在蒸馏水中，应保证样品全部浸没，同时不触碰烧杯底部和侧壁；待精密天平读数稳定后，读取示数，记为w0’；硅橡胶的密度即为ρ_硅橡胶＝w0/w0’。

2S样品1，浸于甲苯中，待充分溶胀后再测量得到质量m₁’，样品2置于高温鼓风干燥箱中，在200℃的含氧环境中恒温加热720小时，浸于甲苯中，待充分溶胀后再测量得到质量m₂’；

3S.通过公式(1)计算样品1在溶剂甲苯中充分溶胀后的体积百分率：

其中，m₁是硅橡胶的原始质量，m₁’是硅橡胶充分溶胀后的质量，ρ_硅橡胶是硅橡胶的密度，ρ_甲苯是溶剂甲苯的密度(0.866g/cm³)，b为硅橡胶中硅氧烷的质量百分比，也即胶含量，胶含量可通过密度推算：b＝-0.69925*ρ_硅橡胶+1.44564，见图1。

4S通过公式(2)计算样品1相邻交联点间的平均分子量M_c(单位g/mol)：

其中，V_r是溶胀后的体积百分率，ρ硅橡胶为硅橡胶的密度(g/cm3)，V₁是溶剂甲苯的摩尔体积(cm³/mol),V1＝106.7cm³/mol；χ是硅橡胶与溶剂甲苯的相互作用参数，χ＝0.454；

5S计算样品1交联密度：D_样品1＝1/2M_c；

6S用m₂、m₂’分别替换公式(1)中的m₁、m₁’并计算出样品2的在溶剂甲苯中充分溶胀后的体积百分率：V_r2，V_r2替换公式(2)的V_r计算出样品2相邻交联点间的平均分子量M_c2，

7S计算样品2交联密度：D_样品2＝1/2M_c2；

8S比较样品1交联密度D_样品1与样品2交联密度D_样品2,其数值较大者耐老化性能和热稳定性均较差。

通过对多个待测新制高温硫化硅橡胶进行取样，其新制高温硫化硅橡胶组分如表1：

表1.新制高温硫化硅橡胶的组分

序号	硅氧烷	未改性氢氧化铝	未改性白炭黑	改性白炭黑
					3	100	95	35
4	100	125	35
					5	100	155	35
6	100	185	35
					7	100	155		15
8	100	155		25
					9	100	155		35
10	100	155		45
					11	100	155	15
12	100	155	25
					13	100	155	35
14	100	155	45

对表1中的样品进行上述步骤1-8进行式样，得到交联密度对比柱形图，如图2所示，10号样品的交联密度上升幅度远大于其它样品。由此可以做出判断，即10号样品的耐老化性能显著弱于其余样品。如果将其用于生产复合绝缘子的原材料的话很可能会导致缺陷甚至事故的发生。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (2)

1.一种基于热氧老化的高温硫化硅橡胶耐老化性能测试方法，其特征在于，具体步骤如下：

1S对待测硅橡胶切取2块规格大小一致的块状样品1、样品2，测量出样品1和样品2的质量m₁和m₂，通过排水法测量得到密度ρ_硅橡胶；

2S样品1，浸于甲苯中，待充分溶胀后再测量得到质量m₁’，样品2置于高温鼓风干燥箱中，在200℃的含氧环境中恒温加热720小时，浸于甲苯中，待充分溶胀后再测量得到质量m₂’；

3S.通过公式(1)计算样品1在溶剂甲苯中充分溶胀后的体积百分率：

其中，m₁是硅橡胶的原始质量，m₁’是硅橡胶充分溶胀后的质量，ρ_硅橡胶是硅橡胶的密度，ρ_甲苯是溶剂甲苯的密度(0.866g/cm³)，b为硅橡胶中硅氧烷的质量百分比，也即胶含量，胶含量可通过密度推算：b＝-0.69925*ρ_硅橡胶+1.44564；

4S通过公式(2)计算样品1相邻交联点间的平均分子量M_c(单位g/mol)：

其中，V_r是溶胀后的体积百分率，ρ硅橡胶为硅橡胶的密度(g/cm3)，V₁是溶剂甲苯的摩尔体积(cm³/mol),V1＝106.7cm³/mol；χ是硅橡胶与溶剂甲苯的相互作用参数，χ＝0.454；

5S计算样品1交联密度：D_样品1＝1/2M_c；

6S用m₂、m₂’分别替换公式(1)中的m₁、m₁’并计算出样品2的在溶剂甲苯中充分溶胀后的体积百分率：V_r2，V_r2替换公式(2)的V_r计算出样品2相邻交联点间的平均分子量M_c2，

7S计算样品2交联密度：D_样品2＝1/2M_c2；

8S比较样品1交联密度D_样品1与样品2交联密度D_样品2,其数值较大者耐老化性能和热稳定性均较差。

2.根据权利要求1所述的一种基于热氧老化的高温硫化硅橡胶耐老化性能测试方法，其特征在于，步骤(1)所述的排水法测量具体步骤如下：

1.1S测量样品的原始质量w0；

1.2S使用手术刀在样品中间位置做出“一”字切口，切口深度约为样品的1/2；

1.3S在精密天平上放置一烧杯，内部盛有蒸馏水，其深度没过样品高度，将一根细线一端缠绕固定在玻璃棒上，一端固定在样品的“一”字切口内；玻璃棒的长度能够横担在精密天平的侧壁顶部；

1.4S精密天平读数置零；将玻璃棒横担在天平侧壁顶端，缓缓转动玻璃棒，将硅橡胶样品放下，逐渐浸没在蒸馏水中，应保证样品全部浸没，同时不触碰烧杯底部和侧壁；待精密天平读数稳定后，读取示数，记为w0’；硅橡胶的密度即为ρ_硅橡胶＝w0/w0’。