2 結(jié)果與分析

2.1 填料對電阻率的影響

以20 g純硅橡膠作為基料，在其中分別添加不同質(zhì)量的炭黑、氫氧化鋁和氮化硼，制備自固化硅橡膠絕緣保護材料試樣，研究不同填料對試樣電阻率的影響。 

2.1.1 炭黑添加量對電阻率的影響

在硅橡膠中加入炭黑是一種橡膠補強的常用手段。本研究使用的T660炭黑是一種絕緣炭黑，采用油爐法制備，其絕緣性能優(yōu)于常見的乙炔法制備的炭黑，但其本身仍具有一定的導(dǎo)電性。在20 g純硅橡膠中加入不同質(zhì)量的炭黑，對試樣電阻率的影響如圖 3 所示。由圖 3 可知，隨著硅橡膠體系中炭黑添加量的增加試樣的電阻率呈現(xiàn)階梯下降的趨勢。這是因為炭黑本身具有一定的導(dǎo)電性，其電阻率較低，所以炭黑的添加會使試樣整體的電阻率下 降。當(dāng)炭黑添加量較少（小于1.5 g）時，電阻率的下降較為平緩，這是因為低電阻率的摻雜填料會逐步降低整體的絕緣性能；當(dāng)炭黑的添加量從1.5 g增加到2.0 g時，試樣的電阻率明顯降低，出現(xiàn)陡降區(qū)，這是由于較多的炭黑填料分散于整個硅橡膠體系中，形成了炭黑的導(dǎo)電通路，在宏觀上表現(xiàn)為絕緣性能的急劇下降，此時試樣的電阻率已接近半導(dǎo)體水平；隨著炭黑繼續(xù)增加（大于2.0g），由于低電阻電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成，硅橡膠體系的導(dǎo)電模式并未改變，所以電阻率繼續(xù)隨炭黑的增加而逐步降低。

綜上所述，當(dāng)添加的炭黑質(zhì)量達到1.0 g時，硅橡膠整體的電阻率已出現(xiàn)明顯降低，所以對于20 g的純硅橡膠基料，炭黑的添加量應(yīng)控制在1.0 g以內(nèi)。

2.1.2 氫氧化鋁添加量對電阻率的影響

在自固化硅橡膠中加入氫氧化鋁填料是為了提高硅橡膠體系的阻燃性能。在 20 g 純硅橡膠中添加不同質(zhì)量的氫氧化鋁，對電阻率的影響如圖4所示。從圖 4 可以看出，當(dāng)氫氧化鋁添加量達到30 g時，試樣的電阻率相較于未添加氫氧化鋁時下降了一個數(shù)量級，絕緣性能明顯降低，故氫氧化鋁的添加量應(yīng)控制在30 g以內(nèi)。

2.1.3 氮化硼添加量對電阻率的影響

在硅橡膠試樣中添加氮化硼起到導(dǎo)熱的作用，試樣的電阻率隨氮化硼質(zhì)量的變化如圖5所示。從 圖5可以看出，隨著硅橡膠體系中氮化硼添加量的增加，試樣的電阻率呈略微的下降趨勢，加入2.0 g氮化硼時仍能保持在原本的數(shù)量級上。這是因為一方面加入的氮化硼較少，不足整體的 10%，另一方面是由于氮化硼本身具有極佳的絕緣性能，少量加入并不會引起整體電阻率的明顯下降。加入2.0 g氮化硼后，試樣整體的電阻率即將突破原本的數(shù)量級，因此氮化硼的添加量應(yīng)控制在2.0 g以內(nèi)。

2.2 炭黑添加量對力學(xué)性能的影響

自固化硅橡膠絕緣保護材料作為電力設(shè)備的外絕緣，常常與外部自然環(huán)境直接接觸，因此對其電氣性能和力學(xué)性能提出了較高的要求。在 20 g純硅橡膠中加入不同質(zhì)量的炭黑，對力學(xué)性能的影響如圖 6 所示。從圖 6 可知，隨著炭黑添加量的增加，試樣的拉伸強度呈明顯的上升趨勢，而斷裂伸長率則先增大后減小。依據(jù)大分子鏈滑動學(xué)說，在橡膠中加入炭黑可以有效分散拉伸應(yīng)力，所以試樣的拉伸強度隨炭黑添加量的增加而不斷升高。斷裂伸長率則有所不同，當(dāng)炭黑添加量較少（小于0.5 g）時，拉伸應(yīng)力被不斷沿拉伸方向取向的橡膠分子鏈所平分，原本較短的鏈也在炭黑等粒子的表面滑動，并不直接斷裂，所以斷裂伸長率隨著炭黑的增加而逐漸增大；但當(dāng)炭黑添加量超過0.5 g時，試樣中硅橡膠分子間的連接也逐漸變得緊密，結(jié)構(gòu)的一體化程度進一步提高，斷裂前側(cè)鏈相對的可滑移量減少，宏觀上即表現(xiàn)為試樣的斷裂伸長率減小。因此當(dāng)炭黑添加量為0.5 g時，試樣具有最大的斷裂伸長率，炭黑的最佳添加量確定為0.5 g。

2.3 試樣成分對相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的影響

圖7(a)、(b)、(c)分別為炭黑、氫氧化鋁和氮化硼添加量對試樣相對介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)的影響。

從圖7(a)可以看出，當(dāng)炭黑的添加量小于 1.0 g 時，試樣的相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)的增幅較小。當(dāng)炭黑添加量高于1.0 g時，炭黑在硅橡膠體系內(nèi)形成了低電阻網(wǎng)絡(luò)，使試樣整體的絕緣性能急劇下降，導(dǎo)致試樣的相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)快速上升，所以炭黑的添加量應(yīng)控制在1.0 g以內(nèi)，這與上節(jié)中關(guān)于電阻率的分析一致。

從圖7(b)可以看出，隨著氫氧化鋁添加量的增加，試樣的相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)都呈明顯的上升趨勢。相較于炭黑，添加氫氧化鋁時二者的增幅比較平緩，加入 30 g 氫氧化鋁時，相對介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)時最大增幅小于70%，這是由于氫氧化鋁本身也是較好的絕緣體。當(dāng)添加的氫氧化鋁質(zhì)量大于30 g時，試樣的介質(zhì)損耗因數(shù)已經(jīng)上升了一個數(shù)量級，絕緣性能下降比較明顯，且過多的氫氧化鋁會導(dǎo)致試樣體系的分散效果變差，試樣的硬度明顯上升，所以氫氧化鋁的添加量應(yīng)控制在30 g以內(nèi)。

聲明：本文所用圖片、文字來源《絕緣材料》，版權(quán)歸原作者所有。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請與本網(wǎng)聯(lián)系

相關(guān)鏈接：炭黑，氫氧，氮化硼