专利示意图

一、技术领域

高电压外绝缘技术领域

二、专利介绍

1.专利信息

专利类型：发明

专利权人：清华大学深圳国际研究生院

申请号：202311607400.4

发明人：王黎明、尹芳辉、尚瑞琦

2.专利说明书摘要

本发明公开了一种HTV硅橡胶材料及其应用，该HTV硅橡胶材料按重量份计，包括如下组分：甲基乙烯基硅橡胶100份；补强剂25~40份；氢氧化铝70~90份；其他添加剂11~23份。通过采用特定含量且复配不同粒径和表面活性的复配氢氧化铝与特定含量的甲基乙烯基硅橡胶、补强剂进行复配，并辅以特定含量的其他添加剂，制备得到的HTV硅橡胶材料，与现有在高湿热工况下特高压复合绝缘子应用的HTV硅橡胶材料相比，制备得到的HTV硅橡胶材料中的胶含量得到明显提高，同时吸水率和介电损耗得到明显降低、且耐湿热老化性能优异，有效预防在高湿热工况下特高压复合绝缘子出现异常发热现象。

3.创新点

（1）通过填料优化无机填料配比使得复合材料降低湿热老化后材料的介电损耗；

（2）基于莫来石陶瓷的形成机理优化复合材料无机填料配比，在保证耐电蚀性能的前提下降低无机填料的使用量以提升胶含量，产品胶含量超过市售产品；

（3）通过优化填料配比、提升胶含量改善了复合绝缘子硅橡胶伞裙材料的耐湿热老化性能。

4.痛点问题

（1）现有复合绝缘子用硅橡胶材料未满足耐电蚀损性能以及阻燃性加入大量氢氧化铝，导致硅橡胶伞裙容易出现粉化现象，危害电网安全；

（2）大量使用氢氧化铝以及对氢氧化铝粒径复配和表面处理方式的不科学实用导致复合绝缘子在湿热环境下极易出现异常发热；

（3）现有复合绝缘子硅橡胶伞裙耐湿热老化性能欠佳，工作在高湿高温环境下容易出现异常缺陷。

5.技术优势

对依据本发明配方制备的样品开展人工加速老化试验以及性能测试，，并将结果与市售普通特高压用HTV硅橡胶材料进行对比，结果如下：

（1）SEM观测表面形貌：可以发现，在硅橡胶材料未进行老化时，本发明产品和市售特高压用HTV硅橡胶材料的表明形貌都较为平整，无孔隙、裂纹，均没有观察到填料外渗；在人工加速老化后本发明产品表面虽有个别较大空洞但整体仍保持一定平整度；市售的表面已经失去平整度，老化现象较为明显，表面附着有大量小粒径填料析出。其主要原因是本发明HTV硅橡胶采用两种粒径的ATH进行复配，在相同质量份数下通过掺杂表面硅烷化的大粒径的ATH，其比表面积相较小粒径的ATH更小，可以有效减少硅胶与无机填料的微观界面，表面硅烷化处理可以有效改善大粒径填料的分散特性并提升了界面强度，增强无机颗粒周围的结合胶含量，抑制填料老化后析出，保证了材料在老化后仍有较好的表面结构，有效抑制水分侵入；

（2）机械性能：拉伸强度及拉断伸长率是衡量复合绝缘子伞裙及护套材料机械性能的重要指标，机械性能不达标的硅橡胶材料在挂网运行过程中容易因线路的机械应力以及鸟啄等外力而产生破损，从而增加绝缘子内部界面暴露的风险，因此检验绝缘子硅橡胶材料机械强度随加速老化的变化情况是必要的。可以看出，本发明产品相较传统市售产品具备较好的机械特性，且随水煮湿热老化时间延长，机械性能一直较为优异。其主要原因是本配方HTV硅橡胶材料中ATH含量较少，避免了由于ATH过多导致分散不均匀进而产生的机械能力下降的后果；

（3）介电损耗性能：在强电场的作用下，复合材料内部由于介电损耗而产生热量，此时的介电损耗 P 可表示为式：P=2πfU2C tanδ。式中 f为电压的频率， C为复合材料的电容， U为施加在样品上的电压有效值；tanδ 表示为复合材料的介质损耗角正切。可见介质损耗角正切对介损发热有重要影响，本发明产品介质损耗角正切值相比市售普通特高压外绝缘用HTV硅橡胶材料较低，且随水煮湿热老化变化增长较为缓慢。其主要原因是本发明中ATH的用量相比传统配方较少，而ATH相比硅橡胶具有较高的介电常数和介电损耗，它在复合材料中的存在会导致复合材料的介电性能变差；

（4）耐电蚀损性能：本发明配方大大减少了ATH的用量，该举措可能造成最大的负面影响就是耐电蚀损性能的下降，但是通过调整Si、Al、Fe三种元素氧化物的配比，本发明铲平可以有效通过耐漏电起痕4.5级测试。其作用原理为通过促进SiO2、Al2O3、Fe2O3三种氧化物在高温下形成化学结构稳定的莫来石陶瓷层，阻隔电弧的热量保证硅橡胶内部材料不收到进一步损伤。

三、产业化信息

1.应用场景

本发明涉及一种适用于高湿热环境HTV硅橡胶材料配方，包括原材料的选择、配比与制备技术路线。所述硅橡胶伞裙材料相比传统特外绝缘用HTV硅橡胶材料胶含量提高29%、具备耐湿热老化性能优异的特点，可有效预防在高湿热工作环境下特高压复合绝缘子出现异常发热现象。

2.商业价值

（1）在高电压输电设别应用上的市场规模：我国每年对外绝缘用硅橡胶材料需求超过千万吨；

（2）盈利前景：复合绝缘子用硅橡胶材料价格为1.1万元每吨。

3.发展规划

（1）该技术未来可应用至以及国家电网和南方电网辖区极端环境内，实现长寿命复合绝缘子的国产化，快速提高我国在特高电压输电领域的水平；

（2）该配方可凭借其优异的耐老化性能以及经济性占据高压输电设备市场。

4.合作方式

面议

注:所有成果未经授权，请勿转载

联系方式：ttc@sz.tsinghua.edu.cn