硕士答辩硅橡胶老化失效微观诊断技术研究ppt课件

1、硅橡胶老化失效的微观诊断技术研讨硕士学位论文争辩研讨背景内内 容容硅橡胶外表接触角的研讨外表自在能法研讨硅橡胶的老化特性全文总结红外显微成像研讨硅橡胶的老化特性硕士学位论文争辩1.1 研讨背景硅橡胶绝缘子以分量轻、机械强度高、憎水性和憎水迁移性强、耐污闪电压高、制造工艺简单、不测零值、维护简便等优势在国内外得到了广泛运用。高湿高湿强紫外线强紫外线干旱、高温、干旱、高温、昼夜温差大昼夜温差大绝缘子失去绝缘作用或是绝缘子失去绝缘作用或是力学性能下降而导致机械损坏力学性能下降而导致机械损坏1.11.1研讨意义研讨意义研讨背景(c) 伞裙变硬变形伞裙变硬变形 (d) 伞裙粉化伞裙粉化(f) 伞裙边缘破

2、损伞裙边缘破损(e) 伞裙锯齿形破损伞裙锯齿形破损 (a) 伞裙颜色发白伞裙颜色发白 (b) 伞裙银纹伞裙银纹 硅橡胶资料基胶甲基乙烯基硅橡胶硫化剂硫化剂又称交联剂，是硅橡胶资料的主要助剂，能使橡胶分子链起交联反响，使线形分子构成立体网状构造的弹性体，可塑性降低，弹性添加。硫化的化学活性区域补强填料白炭黑阻燃剂氢氧化铝1.1 硅橡胶资料的组成 物理老化：abcdn 复合绝缘子的老化是在外界环境要素、污秽、电晕电弧放电、紫外线辐射、潮气、温度变化以及化学要素等作用下有机硅橡胶的分子链发生断裂的表现方式.1.2硅橡胶的老化方式 化学老化： O相对于Si电负性更强，因此Si-O键是极性键，易遭到其他

3、极性化学物质的攻击而断裂。与Si-C键和C-H键的断裂不同，Si-O键断裂后不会再重新结合，而是会引发Si-O链的逐渐断裂，断裂后的短Si-O链再环接成低分子环体，这些低分子环体的生成破坏了硅橡胶资料的整体均一性，使硅橡胶资料的强度降低，伸长率上升，并且能够使资料变软。引起引起Si-O键断裂的物质的键断裂的物质的来源来源工厂废气工厂废气汽车尾气汽车尾气着色剂着色剂填料填料农药农药粉尘粉尘Si-O空气污染物中含空气污染物中含有有N，S等元素，等元素，易构成酸性物质易构成酸性物质各种添加剂也会各种添加剂也会影响资料内部酸影响资料内部酸碱平衡碱平衡1.2硅橡胶的老化方式 电老化： 硅橡胶资料在运用过

4、程中不仅遭到环境气候条件的作用，还处于电场、污秽作用下，电要素对硅橡胶的老化作用更严重，速度也更快。1.2硅橡胶的老化方式1.3 目前研讨现状FT-IR光谱元素及成分分析XPS等Raman光谱化学构造元素，基团和化学键变化主要研讨手段UV-Vis光谱1.3 目前研讨现状主要研讨手段外表电阻率泄露电流部分放电或部分电弧电学性能测试通常用于判别绝缘子外表的电导性，但不适宜于老化形状的判别。经过视频设备观测绝缘子外表的部分放电，确定放电位置以及放电种类，此方法反复性差。监测绝缘子老化形状的重要参数。尤其在包含水雾测试中，其谐振波可作为绝缘子能否要清洗的重要标志。闪络电压经过丈量绝缘子在雾中的电压来判

5、别绝缘子的老化情况，这也是鉴定老化的最为普遍的方法 资料老化及失效的本质缘由其实是其化学构造及微观构造遭到了破坏，对其老化过程进展诊断与监测仅仅只停留在电学性能上； 具有强憎水性的复合绝缘子的配方，目前根本没有这方面研讨任务的报道。 憎水迁移性的机制以及小分子物质的种类、含量等对其迁移速度、迁移耐久性等的影响等，都缺乏相关的研讨。1.4 存在的问题 大多数目的只能在老化进程加速到一定程度后才干作为诊断判据，对老化变化过程不 够敏感，不利于老化的早期判别以及及时发现存在潜在危险的劣化绝缘子。1.5 本文的研讨思绪外表性能变化深度化学构造变化宏观性能显微红外分析技术显微红外分析技术外表自在能外表自

6、在能DMA紫外线辐射1.6 主要研讨设备研讨背景内内 容容硅橡胶外表接触角的研讨外表自在能法研讨硅橡胶的老化特性全文总结红外显微成像研讨硅橡胶的老化特性硕士学位论文争辩2.1 硅橡胶的外表接触角杨氏方程的研讨对象是化学组杨氏方程的研讨对象是化学组成均匀、各向同性和完全平滑成均匀、各向同性和完全平滑的外表，很显然这是一种理想的外表，很显然这是一种理想固体外表固体外表2 硅橡胶的外表接触角WenzelWenzel模型模型Cassie-BaxterCassie-Baxter模型模型亲水资料，那么随着外表粗糙度的添加变得更小，外表更亲水。疏水资料，那么随着外表粗糙度的添加变得更大，外表更疏水。在疏水外

7、表，大于90，随固体外表的情况变化而变化越大。测得的值都会比实践接触角值要大2.2 实验部分(1)、将仪器中的注射器装约2/3的水，固定后，调剂镜头，直到在电脑显示窗口中清楚的观测到矩外形的针头，液滴中间出现葫芦状的亮斑。(2)、试样的大小为10mm20mm的矩外形，要求试样平整，这样才可以准确的察看到试样的影像。每次丈量时选取5个点，要求均匀的分布在待测样品的外表。待液滴稳定后拍照，运用手动方式丈量接触角值。结果取丈量结果的平均值。研讨设备实验过程2.3 结果与讨论接触时间对硅橡胶外表接触角值的影响测试的时间尽量在液滴滴在固体外表30s后完成。这样既可以坚持液滴稳定性，同时也能减小由于液体的

8、蒸发而引起的误差。液体体积对接触角值的影响当液滴的体积大于3uL，整个液体的外形变成了椭圆形，这是由于液滴体积过大，由于遭到重力的影响，液滴的外形会发生形变，丈量时的结果不能准确的反映水在硅橡胶外表的真实接触角值。2.3 结果与讨论2.3 结果与讨论液体体积对接触角值的影响引入三相线张力处置数据时以为液滴是圆形的(2) 液体体积对接触角的影响不只是线张力单独作用的结果，还能够与由于重力引起的静摩擦力有关。液体体积对接触角值的影响2.3 结果与讨论液体在0.8-1.5uL时，接触角的余弦值与三相曲率呈线性关系，但是体积增大后两者的关系不在是直线的关系。能够的缘由有两种:(1)液体的体积过大，整个

9、液体的外形为椭圆形，所计算的1/R并不能代表着曲线的曲率 由于由于与与所以接触角的余弦值与1/R之间不再是简单的线性关系，接触角对液体体积的依赖性不是三相接触线上线张力单独作用的结果，而是线张力与静摩擦力共同作用的结果。而静摩擦力的来源主要是由于外表不平整，液体的重力引起的。所以为了减小实验误差，我们选取液滴的体积为0.8-1.5uL。2.3.2 液滴体积对接触角的影响2.3.3外表粗糙度的影响 硅橡胶外表的接触角值随着砂纸细目的型号增大而减小。 这阐明，硅橡胶外表越光滑，其憎水性能就越好。低于600细目砂纸打磨后静态接触角逐渐趋于稳定。 这是由于硅橡胶本身就是强憎水的物质，当水滴滴在外表时，

10、由于外表上存在着凹凸不同的小槽，空气容易截留在里面的凹槽内部，这种情况满足Cassie-Baxter模型，使得外表接触角值处于平衡形状。2.4 紫外辐照对硅橡胶外表接触角的影响CH3零落零落构成构成-OH自在基团自在基团2.5 本章小结(1)液体在硅橡胶外表的接触角而是随时间推移快速下降，最后到达一个恒定的值；思索液体挥发的影响，选择液体与聚合物外表接触30s时为最正确测定接触角时间；(2)硅橡胶的外表粗糙度对于接触角也存在着影响，硅橡胶外表越光滑，其憎水性能就越好；(3)在实践外表，液体体积对接触角的依赖性不是三相接触线上线张力单独作用的结果，而是线张力与静摩擦力共同作用的结果。最正确体积为

11、0.8-1.5uL； (4)随着辐照时间的加强，硅橡胶外表的接触角值会出现先平衡再减小的趋势，硅橡胶的化学外表构造发生了变化，详细的变化情况有待于进一步分析。研讨背景内内 容容硅橡胶外表接触角的研讨外表自在能法研讨硅橡胶的老化特性全文总结红外显微成像研讨硅橡胶的老化特性硕士学位论文争辩3.1 外表自在能法分析硅橡胶的老化特性复合绝缘子资料遭到紫外辐照后，其构造会发生变化，主链发生降解和交联，使得其外表凹凸不平，存在大量的组织或成分缺陷，这种缺陷将为硅橡胶绝缘子外表的吸附、润湿、粘附景象的主要根源。当资料外表构造发生改动、外表吸附外来原子或外表存在着缺陷时，其外表能会发生明显的变化。迁移至外表,

12、外表构造发生变化温度外推法温度外推法实际估算法实际估算法溶解热法溶解热法劈裂功法劈裂功法接触角法接触角法接触角法接触角法Owens-Wendt法Good-Giriflalco 法Fowkes 法Zisman 法LW-AB法分析自在能分析自在能的变化的变化外表自在能外表自在能酸碱分量酸碱分量3.1 外表自在能法分析硅橡胶的老化特性LW-AB法固体的外表自在能可以定义为Lifshitz-van der Waals分量和Lewis酸碱分量,而而Lewis酸碱分量中又包含有酸碱分量中又包含有Lewis酸分量酸分量和Lewis碱分量界面之间的相互作用自在能和其固、液之间的外表自在能之间的关系可以表示为

13、再根据杨氏方程 这样，我们只需经过测定三组知液体在固体外表的接触角值，带入上式，就可以得到固体的一些外表自在能的参数。 3.2 实验部分实验中的添加剂UV 327UV 531光稳定剂 788吸收270-380nm的紫外波段吸收300-375nm紫外波段捕捉游离基，提供长效热稳定性实验过程按照接触角的测定方法测定3.3 紫外吸收剂对硅橡胶外表性能的影响样品紫外辐照时间04896144192240480720880对比11.816.520.725.825.826.427.528.428.532727.09.8 17.418.624.221.621.217.917.0 53128.0 4.920.1

14、16.32.219.05.012.313.278814.49.524.313.716.719.824.0 24.326.0 不同添加剂在紫外辐照不同时间段的外表自在能mN/m3.3.1 Zisman法分析最外层的-CH3中的C-H键会发生断裂，主链上的-CH3零落，外表出现自在基。因此，外表的极性加强，自在能增大。硅橡胶的-Si-O-主链会发生降解，构成一种无机层吸附在硅橡胶的外表，相当于一层“外壳，使得内部的小分子不能分散出来。紫外327紫外531紫外788在开场辐照后，外表自在能有一个下降的过程。出现这种景象的缘由能够是是由于遭到紫外吸收剂的影响，短时间的紫外辐照对硅橡胶的外表不会引起任何

15、破坏，分子链的构造可以到达一种最为稳定的形状，使得整个分子的外表自在能降低。3.3.1 Zisman法分析3.3.2 LW-AB法分析自由能参数添加剂对比327531788s20.70 24.23 29.59 45.88 sLW16.11 14.80 23.38 18.17 s+1.17 3.17 2.10 7.88 s-4.51 7.02 4.58 24.34 0h不同紫外吸收剂的硅橡胶自在能参数788的分子构造中，存着大量的-NH，使得分子极性加强，从而导致硅橡胶外表自在能的极性分量增大。由于-NH存着这一定的碱性，硅橡胶外表自在能的Lewis碱分量大幅度的添加。遭到芳香族的苯环影响，导致

16、外表自在能中的Lewis分量添加。苯环上含有-OH为电子受体，所以Lewis酸分量增大，但是对整个外表自在能的影响不大，硅橡胶分子外表仍呈现出Lewis碱性。自由能参数添加剂对比327531788s67.00 39.44 43.91 59.27 sLW19.12 16.33 18.31 16.13 s+23.64 10.20 5.19 17.69 s-24.24 13.09 31.56 26.30720h720h后样品的自在能分量后样品的自在能分量自在能变化的趋势与Zisman计算的结果一致，有效的证明了对于硅橡胶外表自在能的计算法中，Zisman法的可行性3.3.2 LW-AB法分析3273

17、27的样品外表自在能最小，其非极性含量相对比例最少，这阐明经过长时间辐照后，的样品外表自在能最小，其非极性含量相对比例最少，这阐明经过长时间辐照后，硅橡胶外表曾经构成了无机层硅橡胶外表曾经构成了无机层sLW减小减小CH3从主链上零落，构成了-CH3构造和Si-O构造，此时分子间作用力的极性分量变大。另一部分，-CH3中的H零落，构成H+，外表极性加强。3.3.2 LW-AB法分析3.3 硅橡胶的外表构造分析紫外照射下Si-C键断裂紫外照射下H-C键断裂3.4 本章小结LW-AB法分析结果阐明，参与紫外吸收剂后，硅橡胶的外表Lewis碱性加强，使得外表结果的极性分量增大，硅橡胶外表的接触角值变小

18、。外表分子构造发生断裂降解，外表构成了一层稳定的无机层。运用Zisman法计算结果阐明，老化的前200h，外表构造降解比较严重，但是随着老化时间的加强，外表能趋于平衡，外表上构成一种构造稳定的物质；添加有紫外吸收剂的样品，老化后的外表自在能要低于纯样，这阐明紫外吸收剂能有效的吸收紫外波段，加强硅橡胶的抗老化才干从紫外吸收剂的类型上看，紫外吸收剂327能有效吸收本实验中的紫外波段，使得外表形状最为稳定；研讨背景内内 容容硅橡胶外表接触角的研讨外表自在能法研讨硅橡胶的老化特性全文总结红外显微成像研讨硅橡胶的老化特性硕士学位论文争辩4.1 显微红外光谱法研讨显微红外检测技术是将显微镜技术运用到红外光

19、谱仪中，将显微镜的直观成像和红外光谱的官能团化学分析相结合，它不仅能对物体进展形貌成像，而且还能提供物体空间各个点的光谱信息。能反映样品的本质光谱。可以选择样品的不同部位的红色光谱图像进展分析, 从而得到丈量位置处物质的分子构造、官能团信息及微区中某化合物含量的空间分布信息。对于非均一样体混合物不需求分别可直接测试并鉴定各个组分。4.2 实验过程n 在测试中，采用了冷冻切刀来切片。切片时取实测样品的纵剖截面，即垂直于外表的切面。n 测试样品经过了UVA-340的紫外光辐照老化，照射时间分别为0h，48h，96h，144h，192h，240h，480h，720h。n 样品进展了面扫描area m

20、apping测试，扫描光斑为90*90微米，扫描步距为5*5微米。测试方式均为反射方式。切片扫描4.3 结果与讨论CH3中C-H振动吸收峰Si-CH3振动吸收峰CH3-Si反对称伸缩振动吸收峰Si-O-Si振动吸收峰C-O-Si振动吸收峰经过不同时间的老化的样品，红外光谱的信息中变化不大，几乎看不到任何的区别 对于金刚石晶体而言，红外光谱反映的仅仅只是外表1-2um的综合信息 4.3 结果与讨论4.3.1 老化前后的显微图像分析紫蓝绿黄红不为规那么的矩形，小分子物质在硅橡胶外表的分布是不均匀的甲基的含量添加紫外327样品变化明显紫蓝绿黄红4.3.1 老化前后的显微图像分析4.3.2硅橡胶紫外降

21、解的主成分分析键能最小，最容易断裂甲基的零落和自在基的构成构成CH4伴随着交联4.3.2硅橡胶紫外降解的主成分分析OH的吸收峰内内外外4.3.2硅橡胶紫外降解的主成分分析4.4 本章小结添加有紫外吸收剂的样品可以有效的吸收紫外吸收光谱，加强硅橡胶抗老化的才干，使得老化深度从30um下降到20um。而且紫外光对于硅橡胶外表的老化强度在同一深度也是不均匀的。硅橡胶阐明的紫外老化过程是一个由表到里的过程，随着紫外辐照时间的增长，老化的深度就越大。老化的分散逐渐向内部分散；老化过程中出现断键主要是外表构造中的Si-CH3和甲基中的C-H，这两部分的键能最弱，最容易收到紫外的辐照影响，过程中会伴随着-OH的生成；显微红外光谱图像分析法跟外表自在能检测方法的结果一致，也能进一步解释外表自在能变化的缘由。两种方法都能都研讨硅橡胶外表构造的变化；研讨背景内内 容容硅橡胶外表接触角的研讨外表自在能法研讨硅橡胶的老化特性全文总结红外显微成像研讨硅橡胶的老化特性硕士学位论文争辩5 全文总结1、经过躺滴法丈量硅橡胶外表的接触角，研讨其影响要素，结论如下：选择液体与聚合物外表接触30s时为最正确测定接触角时间；丈量硅橡胶外表接触角的最正确体积为0.8-1.5uL；硅橡胶外表越光滑，其憎水性能就越好；随着辐照时间的加强，硅橡胶外表的