首冲室诀逆蒸夕矛六淞少弃劳被户毋甘成‘ 对声．．．．．，，，，目，．．．．．．．，．，，，，，，‘．复合绝缘子伞裙与护套粘接界面的结构工艺特点及性能稳定性 张福林，王黎明２ （１．保定电力修造厂河北保定０７１０６２； ２．清华大学电机系北京１０００８４） 摘要为了确保伞裙与护套的粘接界面性能，选用特配的粘合剂，通过专用工艺装备，把以内外绝缘强度差１倍所确定过盈配合粘接商度的伞裙套粘在护套上。实现伞裙与护套粘接部位实现硅氛烷分子交链完全、补强剂撅拉表面径墓及分子间范德华力利用充分、没有相当大坟充剂顺粒存在的界面，使界面具有较商的机械强度和良好的绝缘性能。伞裙与护套的过盈配合在相应部位所出现的弹变，因其体形网状分子结构中的硅氛烧分子螺旋状态的存在，其婚交性能极为级慢，应力松弛现象几乎不存在．伞裙与护套枯接性能是德定的．关健词复合绝缘子伞裙与护套枯接界面性能德定 Ｔｈｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ．ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ． ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ＇ ｓｈｅｄｓ ａｎｄ ｈｏｕｓｉｎｇｍａ ｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｅａｄｙ ｏｆ ｐｒｏｐｅｒｔｙ Ｚｈａｎｇ Ｆｏｏｌｉｎｇ Ｗａｎｇ Ｌｉｍｉｎｇ（ Ｂｏａ Ｄｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｗｏｒｋｓ， Ｂｏａ Ｄｉｎｇ ０７１０６２，Ｈｅ Ｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｃｈｉｎａ）（ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ， Ｓｉｎｇｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８４） Ａｂｓｔｒａｃｔ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｋｅｅｐ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｈｅｄｓ ａｎｄ ｈｏｕｓｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ， ｔｒｙ ｔｏ ｃｈｏｏｓｅ ｅｓｐｅｃｉａｌ ｂｏｎｄｓ ａｎｄ ｕｓｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｔｏ ｓｔｉｃｋ ｔｈｅ ｓｈｅｄｓ ｔｏ ｔｈｅｈｏｕｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｏｖｅｒ ａｄａｐｔｉｎｇ ｂｏｎｄｉｎｇ ｉｓ ｄｅｃｉｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｉｏｒ． Ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｃｒｏｓｓ一ｌｉｎｋｅｄ ｏｆｓｉｌｏｘａｎｅ， ｔｈｅ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｎ ｄｅｅｒ ｗａｉｌｓ ｆｏｒｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｆａｃｉａｌ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅａｃｔｉｖｅ ｆｉｌｅｒ ａｎｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ， ａｎｄ ｎｏ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｌａｒｇｅ ｆｉｌｅｒ ｇｒａｉｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ， ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｃａｎ ｏｂｔａｉｎ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｉｇｈｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｃ ｉｎｔｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ． Ｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｈｅｌｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｃａｕｓｅｓ ｖｅｒｙ ｔａｒｄｙ ｃｒｅｅｐ ａｎｄ ｓｏｔｈｅｒｅ ｉｓ ａｌｍｏｓｔ ｎｏ ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｒｅｓｓ． Ｓｏ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｂｏｎｄｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｈｅｄｓ ａｎｄｈｏｕｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｓｔｅａｄｙ．Ｋｅ ｙ ｗｏｒｄｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ， ｂｏｎｄｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｈｅｄｓ ａｎｄ ｈｏｕｓｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅ ｓｔｅａｄｙ ｏｆ ｐｒｏｐｅｒｔｙ１前言复合绝缘子是新型有机绝缘结构的线路 绝缘子，它与其它材质结构的绝缘子一样，在任何情况下都应保证有良好的绝缘结构性能。目前，复合绝缘子研究部门和生产单位普公，矽ＡＶｒ索刃矛２ｏａ３卒笋 ＇３ｃ＇甫爹ｒＥ｀｝＇遍重视材质结构截然不同，性能相差较大的芯棒与护套偶联界面，都采取相应的技术措施，使之界面的绝缘结构性能得以保证。但对于复合绝缘子护套与多个伞裙间的粘接界面绝缘结构性能，人们总认为护套上某个与伞裙粘接界面存在着粘接不好的现象，只是略减少产品的爬电距离，对产品的外绝缘特性不构成太大影响。但以产品质量严格要求是绝对不允许的。为此首先应根据复合绝缘子护套与伞裙粘接界面结构特点，结合护套和伞裙的材质结构性能，找出与复合绝缘子护套粘接的伞裙最佳配合尺寸和合理的护套与伞裙套粘工艺。然后，通过分析和实际验证，确定出伞裙与护套粘接界面性能的稳定性。２伞裙与护套粘接界面配合部位结构尺寸及粘合剂的确定 复合绝缘子伞裙是加大绝缘表面爬电距离，防止产品表面闪络的绝缘部件。它是由以硅橡胶为基材，填充多种添加剂经混炼通过模具硫化而礴型的。对于这种刚性差的软性材料所构成的伞裙来说，要满足产品外绝缘表面爬电距离的要求，只能以较多相应直径的伞裙分布在产品护套上来实现。这样，沿着复合绝缘子护套长度必然存在较多的伞裙与护套粘接界面。要保证产品护套上所有粘接界面的绝缘性能，首先应对伞裙与护套粘接高度进行正确选择。伞裙与护套粘接界面是属于内绝缘，伞裙与护套粘接最低高度的选取，本应遵照内外绝缘配合关系中的内绝缘强度比外绝缘强度高出５０％再给长期运行留出１０％的安全裕度要求进行。但考虑到复合绝缘子标准规定可能出现最高陡波试验强度等因素，伞裙与护套粘接最低高度应按着内绝缘强度比外绝缘强度高１００％进行选择〔’１。在此需要指出，伞裙与护套粘接界面的内绝缘强度应以所采用的粘合胶绝缘性能进行校核。其次将对复合绝缘子伞裙内口与护套配合尺寸公差的确定。复合绝缘子的伞裙与护套都是采用相同的硅氧烷高聚物为主要材料硫化成型的，是属于高弹性分子结构部件。为了充分利用高弹性部件的物理性能，通过增加界面间机械镶嵌作用，加大界面间分子吸附性能和促使界面分子与粘合胶分子间化学键生成的方式，来提高伞裙与护套间粘接性能，伞裙与护套之间配合结构尺寸应采用过盈配合公差。这也是国外复合绝缘子研究机构和产品生产厂家，进行分析验证所确定伞裙的口径尺寸应比护套直径略微小一些的成熟经验［３１。对于伞裙与护套过盈配合公差具体数值，将根据伞裙与护套粘接过程中弹变所起的实际作用，考虑到护套上套装伞裙工艺实施，在伞裙口径部位所出现弹变应力松弛不影响界面粘接部位性能的基础上进行选取。国外复合绝缘子伞裙与护套过盈配合公差的具体数值，是以伞裙内径表面对护套表面所产生的正压应力来确定。其值一般都在。．１Ｍｐａ左右［［ｑ。最后就是伞裙与护套间粘合胶的选取。伞裙与护套都是以硅橡胶为主要材料硫化成型的部件，它们之间必然要采用以硅像胶为其材所配制的粘合剂。在配制硅橡胶粘合荆时，必须对配制粘合剂所用的硅橡胶材料的硅氧烷分子量进行适宜的选择，只有硅氧烷分子量控制在一定范围内才能既有良好的枯附力，又有较大的内聚力，以保证界面具有较好的枯接强度［［３］。有关粘合剂所坟充的补强剂，应采用经过特殊工艺处理的白炭黑。由此确保白炭黑颗粒较均匀分布在硅氧烷高聚物分子链间起着官能节点作用，促使硅氧烷分子链段正常螺旋状态存在，很少出现卷曲状态，以链段受力变形均匀来提高界面粘结强度。至于粘合剂中所添加一 １７一若－考Ａｔ谈进霞ｌｆ矛２００３卒劳声犬矛姗滋灵声配合剂应采取锌氧化物。锌是两性元素，它在粘合剂中所生成可溶性锌，能迅速与白炭黑表面反应，它延迟了其胶料中的缩聚作用，增加了粘合剂中硅氧烷分子与界面粘合反应，提高界面连接强度。如粘合剂除去锌氧化物，配实际情况，经过综合分析进行的。使研制出来套粘工艺装备既能使口径小的伞裙较为容易套装在护套上，又能满足护套上每个位置的伞裙口径内腔充实粘合胶，保证伞裙与护套粘接界面的各种性能。可使粘合剂降低相当于不含白炭黑补强剂的粘合剂水平［［３３３伞裙与护套粘接界面粘合工艺的确定 复合绝缘子伞裙与护套粘接部位的伞裙和护套，都是采用相同硅橡胶为基材的外绝缘材质经单独硫化成型部件。由于外绝缘材质中的补强剂白炭黑顺粒外表面经基和防结构化剂的中间作用，便得部件表面存在着一定厚度硅氧烷分子体形网状结构［］’。如果伞裙与护套两表面机械性能极低硅氧烷分子体形网状结构直接粘接，必然会直接影响伞裙与护套粘接界面连接性能。由此伞裙与护套配合两表面必须通过处理方式，去掉表面纯硅氧烷体形网状结构，使表面补强剂白炭黑颗粒裸露出来起着补强作用．其伞裙与护套配合表面的去掉厚度不应少于１． ３ｐｍｃｓ７ ａ复合绝缘子伞裙与护套的套粘过程， 是把表面经过处理合格的护套，涂上易流动似糊状的粘合胶，再把处理好内口的伞裙套装在护套上。这对于与护套采用过盈配合的伞裙在套粘过程中，如果采用一般套粘工艺时，除了出现伞裙口径过小不容易套装在护套上的现象外，而且当伞裙在护套分布装设移动时还存在着粘合胶难以进人界面影响粘接性能的弊病。由此伞裙套粘护套上所遇到的问题，必须利用伞裙与护套的套粘工艺装备加以解决。我们在研制其套粘工艺装备过程中，是根据伞裙材质的物理性能，结合伞裙部件结构形状特点，考虑到伞裙在护套上分布装一 １８一４复合绝缘子伞裙与护套粘接界面的连接性能及其稳定性 复合绝缘子伞裙和护套都是用一样的以硅胶为基材的配方配制的外绝缘材质，采取相同工艺参数硫化而成的。伞裙与护套粘接部位表面经工艺处理后，其各自表面层材质结构虽然与部件内部材质构成相同，都是存在着随机性分布的各种坟充剂颗粒的硅氧烷体形网状分子结构。但端面将有众多断裂主链的硅氧烷分子端头，这些端头极容易与粘合剂中的硅载烷分子起化学反应形成牢固化学键。化学键是分子中的原子间的引力，它比一般分子间的范德华力高１－ｚ个数童级，这种界面间所形成化学健不但提供较高粘接强度，而且对枯合界面抵抗各种老化性能是有贡献的阁。对于其端面显露出来的随机性分布的各种填充剂烦粒中，直径相当大的不显极性的坟充荆的顺粒，在其表面剂处理过程中，基本上都是不复存在的。而端面剩下的是补强荆白炭黑获粒，其裸尽部位表面的羚基极容易与枯合剂中硅载烷分子比范德华力大得多的公健连接，这也可以有效提高界面的枯接强度．复合绝缘子伞裙与护套的粘接界面在利用套枯工艺装备进行组装过程中，则因伞裙与护套间的过盈配合使界面上堆满充实的枯合剂将始终受到正压应力的作用，必将明显提高粘接界面粘接性能。经过处理的粘接部位的各表面，必然呈现参差不齐的硅氧烷网状分子结构状态。受到正压应力作用的表面上粘合剂必将渗人其硅氧烷网状分子若卫声穿黄世差刃睁及似夕乎二 劳被劝素誉走戈声￣￣一￣￣￣￣￣￣￣￣．￣￣￣￣结构各部位，加速与其断裂主链的硅氧烷分子端头连接，促使界面上硅氧烷分子化学键交链充分，避免了粘合剂流动浸润的差异所引起界面硅氧烷分子化学键交链不完全。同时表面上粘合剂受到正压应力的作用，能使粘合剂中硅氧烷分子的链段及分子键与其硅氧烷网状结构分子间距离缩短，以加大分子间的范德华力来提高界面的粘接性能。曾对粘合好的伞裙与护套粘接界面进行撕裂强度试验，其撕裂断开部位不是出现在粘接界面上，而是发生在靠近部件界面旁的内部。国外曾对硅橡胶伞裙与硅橡胶护套粘接界面进行拉伸强度的试验，得出用机械分离该枯接界面是不大可能的，除非超过硅橡胶的断裂强度的结论〔２］。此外伞裙与护套粘接界面还具有良好的电气绝缘性能。国外研究试验单位曾对特制的试验装置，对无粘接界面的硅橡胶和。． １ＭＰａ压应力的硅橡胶与硅橡胶的粘接界面进行电压击穿强度对比试验，其ｌ Ｏｍｍ以上距离的电压击穿强度彼此没有明显的差别［，］。 复合绝缘子伞裙与护套的粘接界面性能，因与具有优异稳定性能的伞裙或护套部件内部材质构成及受力状态有所差异，需对其稳定性能影响程度加以分析。有关材质构成差异中的白炭黑补强剂，粘合剂选用的是颗粒状的白炭黑，它是由部件所用的聚集链状普通白炭黑经过特殊工艺处理后获得的，其补强效果及其稳定性能必然优于部件内部相应的材质结构性能。同时起着内绝缘作用的粘合剂，是不含部件材质中所存在众多直径相当大填充剂颗粒，这也可以有效提高界面连接强度和绝缘性能的稳定性。对于伞裙与护套采用过盈配合在相应部位形成的压缩或拉伸弹性变形所涉及到的稳定性，由于按着工艺规定套粘组装好的伞裙与护套过盈配合的相应部位，都是由体形网状硅氧烷分子构成的，硅氧烷分子的键角大、键距长，又有侧链上甲基的有效屏蔽，使得构成体形网状中的分子状态都以螺旋状存在１６１。当这种分子状态的体形网状结构受压或者受拉时，只能引起分子螺旋状变形，其变形量因分子极多均分后，对每个分子来说是极微小的，况且只涉及到分子键的键角变化也是极少数的。所以其相应部位受压或受拉的弹性变形蟠变是极为缓慢的。至于相应部位弹性变形所引起结构的应力松弛的状况，则因螺旋状分子极微小变化只能引起内应力微弱改变以及结构所提供相当可观弹变的内能来平衡，使得相应部位受压或受拉的弹变应力松弛可以忽略。曾对伞裙与护套粘接界面按着芯棒水煮试验参数进行２００ｈ水煮老化性能试验，其试后界面的撕裂强度还高于部件的撕裂强度。而泄漏电流与试前泄漏电流无明显改变。国外也曾对无粘接界面的硅橡胶和０． １ＭＰａ压应力的硅橡胶与硅橡胶的粘接界面进行电压绝缘击穿寿命对比试验，其长时间彼此之间的电压绝缘击穿寿命特性变化曲线无明显差别［，］．５结论５．１伞裙与护套粘接高度应按内绝缘强度比外绝缘强度高出１００％进行选取。５．２伞裙与护套粘接界面应选取过盈尺寸公差配合。５．３伞裙与护套粘接界面的粘合剂应以一定范围内硅载烷分子量的材料，选取处理过白炭黑补强剂及锌氧化物配合剂等添加剂进行配制。５． ４采用专制的工艺装备，把处理好充满粘合剂的伞裙粘接面，牢固套粘在护套上。一 １９一桩石硬护诀更万矛２００．？笋７Ｐ沦澎甘成５．５伞裙与护套粘接部位没有相当大填充剂颖粒存在，部位上硅氧烷分子键交链完全，补强剂颖粒表面的经基及硅氧烷分子间范德华力利用充分，使粘接部位具有较高机械强度和良好电气绝缘性能．５． ６伞裙与护套过盈粘接配合的相应部位所２丘志资“硅橡胶复合绝缘子中的界面”口〕《电瓷避雷器译丛》２０００年４８期， ３７＾－４６３梁星宇“像胶工业手册”第三分册，配方与基本工艺〔Ｍ］北京化学工业出版社１９９４年出版，１ ０７１，１１０２，１０７３ ４张福林“复合绝缘子绝缘材质僧水迁移性，＂ＣＩ７《中存在的压缩或拉伸弹性变形，因体形网状硅氧烷分子螺旋状态的存在使其部位的性能蛹变是极为缓慢的，应力松弛几乎不存在。参考文献 １梁曦东“５０ｏｋＶ合成绝缘子的研究”Ｄ〕清华大学博士论文，１ ９９。年国电力）， １９９９年第一期４２＾－４４５毛云中“气相法白炭黑的性质对硅橡胶的加工、硫化以及增强性能的影响， ＂ＣＩ７《有机硅材料及应用》１９９４年第五期１１＾－１３ ６李光亮，“有机硅高分子化学ＩＭｌ，科技出版社１９９８年出版４