Οι σύνθετοι μονωτές έχουν τα πλεονεκτήματα του μικρού βάρους, της αντοχής στη ρύπανση, της εύκολης εγκατάστασης και συντήρησης κ.λπ. Οι σύνθετοι μονωτές χρησιμοποιούνται ευρέως στην κατασκευή δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας στο εσωτερικό και στο εξωτερικό. Επί του παρόντος, ο αριθμός των σύνθετων μονωτών σε κανονική χρήση στην Κίνα είναι περίπου 8 εκατομμύρια, η οποία είναι μία από τις χώρες με τον μεγαλύτερο αριθμό σύνθετων μονωτών. Οι σύνθετοι μονωτές επηρεάζονται εύκολα από πολλούς παράγοντες κατά τη λειτουργία, όπως μηχανήματα, περιβάλλον και ηλεκτρική ενέργεια. Με την αύξηση του χρόνου λειτουργίας των σύνθετων μονωτών, οι σύνθετοι μονωτές θα γίνουν σκληροί, εύθραυστοι και θα παρουσιάζουν διαρροή, κ.λπ. Εάν οι σύνθετοι μονωτές λειτουργούν ζωντανά για μεγάλο χρονικό διάστημα, θα επηρεάσει την κανονική λειτουργία του ηλεκτρικού δικτύου. Τα τελευταία χρόνια το πρόβλημα γήρανσης των σύνθετων μονωτών έχει τραβήξει την προσοχή των αρμόδιων τμημάτων.
Το εξωτερικό μονωτικό υλικό του σύνθετου μονωτή είναι κυρίως βουλκανισμένο καουτσούκ σιλικόνης υψηλής θερμοκρασίας, το οποίο είναι ένα ελαστομερές που λαμβάνεται με την προσθήκη διαφόρων συμπλεγμάτων, όπως ενισχυτικό πληρωτικό και παράγοντα ελέγχου δομής, στο καουτσούκ και στη συνέχεια αλληλεπιδρώντας με βουλκανιστικό παράγοντα. Το βουλκανισμένο καουτσούκ σιλικόνης υψηλής θερμοκρασίας έχει ισχυρή σταθερότητα, υδροφοβικότητα και ανάκτηση υδροφοβικότητας. Ο σύνθετος μονωτήρας θα βρίσκεται σε εξωτερικό περιβάλλον για μεγάλο χρονικό διάστημα σε λειτουργία και η ρύπανση, η κορώνα και η υγρασία στο εξωτερικό περιβάλλον θα προκαλέσουν ζημιά στην επιφάνεια του καουτσούκ σιλικόνης, η οποία σταδιακά θα επιδεινώσει τις ιδιότητες του σύνθετου μονωτή και τελικά θα αποτύχει.
Επί του παρόντος, η κύρια κατεύθυνση κατασκευής του ηλεκτρικού δικτύου της Κίνας αλλάζει προς την κατεύθυνση των UHV και UHV. Το ηλεκτρικό δίκτυο UHV πρέπει να κατασκευαστεί σε μεγάλο υψόμετρο και περιοχές υψηλής ρύπανσης σε πολλές περιπτώσεις. Επομένως, οι σύνθετοι μονωτές πρέπει να αντιμετωπίσουν προβλήματα όπως η υπεριώδης ακτινοβολία και η εκκένωση κορώνας, τα οποία είναι επίσης τα ζητήματα που πρέπει να δοθεί προσοχή στη γήρανση των σύνθετων μονωτών.
Τύπος γήρανσης και μηχανισμός σύνθετου μονωτήρα
Η γήρανση των σύνθετων μονωτών μπορεί να χωριστεί σε τρεις τύπους: φυσική γήρανση, χημική γήρανση και ηλεκτρομηχανική γήρανση.
1.Σωματική Γήρανση
Οι παράγοντες φυσικής γήρανσης των σύνθετων μονωτών περιλαμβάνουν κυρίως την υπεριώδη ακτινοβολία, την τοπική υψηλή θερμοκρασία και την κόπωση από το στρες. Η φυσική γήρανση επηρεάζει σοβαρά τις μηχανικές και ηλεκτρικές ιδιότητες του καουτσούκ σιλικόνης. Το πείραμα έκθεσης υλικού από καουτσούκ σιλικόνης πραγματοποιήθηκε κατά τη διάρκεια του 1998-2005 στην Κίνα και μελετήθηκε η γήρανση του καουτσούκ σιλικόνης. Διαπιστώθηκε ότι όταν ο σύνθετος μονωτήρας εκτίθεται σε εξωτερικούς χώρους για μεγάλο χρονικό διάστημα, η φωτοηλεκτρική ιδιότητα του σύνθετου μονωτή θα αλλάξει προφανώς, μεταξύ των οποίων η αλλαγή είναι πιο εμφανής στην περιοχή της ερήμου και στην περιοχή του υποτροπικού οροπεδίου.
Το υπεριώδες φως έχει μεγάλη επιταχυντική επίδραση στη γήρανση του καουτσούκ σιλικόνης, αν και το υπεριώδες φως και μπορεί να κόψει εντελώς τη δομή της κύριας αλυσίδας του καουτσούκ σιλικόνης, αλλά το υπεριώδες φως και άλλοι παράγοντες θα συνδυάσουν την οξείδωση του μεθυλίου από καουτσούκ σιλικόνης, οδηγώντας τελικά σε η γήρανση του καουτσούκ σιλικόνης. Η κύρια δομή της αλυσίδας σε καουτσούκ σιλικόνης θα παράγει ελεύθερες ρίζες μετά το σπάσιμο, αυτό το μέρος των ελεύθερων ριζών υψηλής ενέργειας, είναι εύκολο να παραχθεί αντίδραση διασταύρωσης μεταξύ τους. Όταν εκτίθενται στον αέρα, οι ελεύθερες ρίζες οξειδώνονται επίσης με οξυγόνο στον αέρα, παράγοντας μεθάνιο και άλλα αέρια.
Τα τελευταία χρόνια, με τη σταδιακή πρόοδο του έργου μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας από τη Δύση προς την Ανατολή, έχουν ανεγερθεί στο Yunguichuan και στο Xizang μια σειρά από γραμμές μεταφοράς υψηλής τάσης με σύνθετους μονωτές ως κύρια υλικά κατασκευής. Το φυσικό περιβάλλον σε αυτές τις περιοχές είναι πιο σοβαρό από αυτό σε άλλες περιοχές, και οι σύνθετοι μονωτές εδώ είναι επιρρεπείς στη γήρανση κατά την εφαρμογή. Στο Yunguichuan και σε άλλες περιοχές μεγάλου υψομέτρου, με την επέκταση του χρόνου υπεριώδους ακτινοβολίας, η αντοχή και η επιμήκυνση του καουτσούκ σιλικόνης μειώθηκε σταδιακά με την αλλαγή του χρόνου, η ειδική αντίσταση θα μειωθεί επίσης με την επέκταση του χρόνου ακτινοβόλησης και η υδροφοβία του καουτσούκ σιλικόνης θα δείξει μια φθίνουσα τάση. Ο λόγος για αυτό το φαινόμενο είναι ότι ο κύριος δεσμός του σύνθετου μονωτικού καουτσούκ σιλικόνης θα συνδεθεί υπό τη δράση του υπεριώδους φωτός, γεγονός που κάνει τις μηχανικές ιδιότητες του καουτσούκ σιλικόνης να μειώνονται συνεχώς.
Η αντίδραση ρωγμής θα παράγει επίσης αέριο, διαφυγή αερίου από την απόδοση του καουτσούκ σιλικόνης, η επιφάνεια από καουτσούκ σιλικόνης θα εμφανιστεί ανομοιόμορφη ή ακόμη και τρύπες. Η μη μεθυλική ομάδα στην πλευρική αλυσίδα πέφτει λόγω αντίδρασης οξείδωσης, αυτή τη στιγμή, η μη μεθυλική ομάδα δεν μπορεί να σχηματίσει ισχυρή ασπίδα για την κύρια αλυσίδα, με αποτέλεσμα τη σταδιακή μείωση της υδροφοβικότητας της επιφάνειας από καουτσούκ σιλικόνης. Επιπλέον, οι υδρόφιλες ομάδες στο καουτσούκ σιλικόνης θα απορροφούν επίσης νερό από την επιφάνεια του καουτσούκ σιλικόνης, έτσι ώστε η ειδική αντίσταση του καουτσούκ σιλικόνης να συνεχίζει να μειώνεται. Το σπάσιμο της χημικής αλυσίδας σε καουτσούκ σιλικόνης θα προκαλέσει επίσης αδυναμία της μόνωσης, οδηγώντας σε διαρροές και άλλα ατυχήματα. Επομένως, εάν ένα καουτσούκ σιλικόνης σε περιβάλλον ισχυρό υπεριώδη ακτινοβολία για μεγάλο χρονικό διάστημα, το εσωτερικό καουτσούκ σιλικόνης θα συνεχίσει να εμφανίζεται ρωγμές, αντιδράσεις διασταύρωσης όπως η οξείδωση, καταστρέφουν τη μοριακή δομή του καουτσούκ σιλικόνης στο εσωτερικό, από μακροσκοπική άποψη, καουτσούκ σιλικόνης μακροχρόνια έκθεση σε περιβάλλον υπεριώδους φωτός πτώση σε ηλεκτρικό καουτσούκ σιλικόνης και η μηχανική απόδοση μειώνεται, επηρεάζει την κανονική χρήση του καουτσούκ σιλικόνης.
Βρέθηκε ότι η χρωστική οξείδιο του σιδήρου μπορεί να αναστείλει την αντίδραση θερμικής οξείδωσης σε σύνθετο μονωτικό καουτσούκ σιλικόνης, έτσι ώστε να διατηρείται η σταθερότητα του καουτσούκ σιλικόνης, αλλά η χρήση οξειδίου του σιδήρου χρωστικής ουσίας παίζει καταλυτικό ρόλο στην αντίδραση υδρόλυσης. Όταν προστίθεται νανοδιοξείδιο του πυριτίου στο καουτσούκ σιλικόνης, η πιθανότητα της τάσης ανάφλεξης του σύνθετου μονωτή μειώνεται με την αύξηση της προστιθέμενης ποσότητας. Όταν προστίθενται σωματίδια nano BN στο καουτσούκ σιλικόνης, η κατανομή της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του καουτσούκ σιλικόνης θα είναι πιο ομοιόμορφη, το βάθος διάβρωσης θα μειωθεί σταδιακά, η σταθερότητα αντίστασης της επιφάνειας από καουτσούκ σιλικόνης θα ενισχυθεί και η πιθανότητα προβλήματος αναρρόφησης θα συνεχίζουν να μειώνονται.
Η κόπωση από το στρες θα επιταχύνει επίσης σε μεγάλο βαθμό τη γήρανση των σύνθετων μονωτών. Διαπιστώθηκε ότι όταν εμφανίζονται κραδασμοί υψηλής συχνότητας στη φούστα της ομπρέλας με μονωτήρες φορτίου, η δόνηση θα οδηγήσει σε σοβαρό φαινόμενο συγκέντρωσης τάσεων στη ρίζα της φούστας της ομπρέλας. Υπό μακροχρόνιο και υψηλής αντοχής φορτίο, η ρίζα της φούστας ομπρέλας θα βρίσκεται πάντα σε κατάσταση κόπωσης από στρες, γεγονός που θα οδηγήσει στη δημιουργία μικρορωγμών. Εάν οι μικρορωγμές δεν επισκευαστούν αποτελεσματικά, το βάθος των ρωγμών θα συνεχίσει να αυξάνεται και τελικά η φούστα της ομπρέλας θα σκιστεί.
2. Χημική Γήρανση
Οι κύριες αιτίες της γήρανσης του καουτσούκ σιλικόνης από σύνθετο μονωτικό είναι το όζον, το οξύ και βάση και το οξείδιο του αζώτου, μεταξύ των οποίων το οξείδιο του αζώτου αντιδρά με το νερό για την παραγωγή νιτρικού οξέος. Όταν ο σύνθετος μονωτήρας βρίσκεται σε όξινο περιβάλλον για μεγάλο χρονικό διάστημα, η επιφάνεια του σύνθετου μονωτή θα υποστεί σοβαρή διάβρωση. Το ισχυρό οξύ θα οδηγήσει στο σπάσιμο της ραχοκοκαλιάς από καουτσούκ σιλικόνης του σύνθετου μονωτήρα, προκαλώντας έτσι ζημιά στο υλικό από καουτσούκ σιλικόνης. Όταν ο σύνθετος μονωτήρας βρίσκεται σε αλκαλικό περιβάλλον, η επιφάνεια του σύνθετου μονωτή θα παρουσιάζει ασθενή αλκαλικότητα και οι αλκαλικές ουσίες θα προκαλέσουν επίσης σπάσιμο του πρωτεύοντος δεσμού στο ελαστικό σιλικόνης, με αποτέλεσμα την απώλεια της υδροφοβικότητας του σύνθετου μονωτή. Από μακροσκοπική άποψη, το σύνθετο μονωτικό καουτσούκ σιλικόνης σε όξινο ή αλκαλικό περιβάλλον για μεγάλο χρονικό διάστημα θα εμφανίζει το φαινόμενο της μείωσης της αντοχής.
Στο μολυσμένο και υγρό περιβάλλον για μεγάλο χρονικό διάστημα, η υδροφοβικότητα της επιφάνειας από καουτσούκ σιλικόνης των σύνθετων μονωτών σταδιακά θα εξασθενίσει, ακόμη και θα εξαφανιστεί εντελώς με την αύξηση του χρόνου. Όταν οι σύνθετοι μονωτές βυθίζονται σε διαλύματα διαφορετικών ιδιοτήτων, μπορεί να διαπιστωθεί ότι η επιφάνεια των σύνθετων μονωτών σε ουδέτερα διαλύματα δεν αλλάζει σημαντικά, ενώ η επιφάνεια των σύνθετων μονωτών σε όξινα και αλκαλικά διαλύματα παρουσιάζει εμφανές φαινόμενο διάβρωσης και ο βαθμός διάβρωσης βαθαίνει σταδιακά με την αύξηση της οξύτητας και της αλκαλικότητας. Για τους σύνθετους μονωτές, το όξινο περιβάλλον είναι πιο επιβλαβές από το αλκαλικό περιβάλλον.
Λόγω του φαινομένου εκφόρτισης κατά τη λειτουργία της γραμμής υψηλής τάσης, το όζον που δημιουργείται από το φαινόμενο της εκφόρτισης θα οξειδωθεί και θα αντιδράσει με το πολυμερές υλικό στον σύνθετο μονωτή. Η αντίδραση οξείδωσης θα οδηγήσει σε σοβαρά ελαττώματα στην επιφάνεια του σύνθετου μονωτήρα και ακόμη θα έχει σοβαρό αντίκτυπο στην απόδοση του σύνθετου μονωτή.
3. Ηλεκτρική Γήρανση
Εκτός από το ότι επηρεάζονται από το φυσικό περιβάλλον, οι σύνθετοι μονωτές επηρεάζονται και από ηλεκτρικά πεδία υψηλής τάσης, τα οποία επιταχύνουν τη γήρανση του καουτσούκ σιλικόνης. Ταυτόχρονα, η μελέτη των φορτισμένων σύνθετων μονωτών και των μη φορτισμένων σύνθετων μονωτών δείχνει ότι η διάρκεια ζωής των φορτισμένων σύνθετων μονωτών είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή των μη φορτισμένων σύνθετων μονωτών, γεγονός που δείχνει επίσης ότι η ηλεκτρική γήρανση είναι ένας σημαντικός παράγοντας που προκαλεί την γήρανση των σύνθετων μονωτών. Ο σύνθετος μονωτήρας θα επηρεαστεί από φορτισμένα σωματίδια σε κανονική λειτουργία, γεγονός που θα οδηγήσει στο σπάσιμο της κύριας αλυσίδας από καουτσούκ σιλικόνης του σύνθετου μονωτήρα. Ταυτόχρονα, θα αντιδράσει με το περιβάλλον οξυγόνο και άλλες ουσίες για να παράγει οξείδια του αζώτου και άλλες ουσίες και στη συνέχεια να βλάψει την απόδοση του καουτσούκ σιλικόνης. Το τόξο κορώνας θα προκαλέσει επίσης υψηλή θερμοκρασία στην επιφάνεια των σύνθετων μονωτών, γεγονός που θα μειώσει τις ηλεκτρικές και μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων μονωτών. Αφού οι σύνθετοι μονωτές καυτηριαστούν με τόξο κορώνας, η περιεκτικότητα σε οργανική ύλη στην επιφάνεια των σύνθετων μονωτών θα μειωθεί σημαντικά, με αποτέλεσμα τη μείωση της απόδοσης μόνωσης των σύνθετων μονωτών. Σε όλη τη γήρανση, η διαδικασία αντίδρασης της ηλεκτρικής γήρανσης είναι η πιο περίπλοκη και η διαδικασία ηλεκτρικής γήρανσης θα εμφανιστεί επίσης ταυτόχρονα, φυσική και χημική γήρανση, επομένως, η επίδραση της ηλεκτρικής γήρανσης στα σύνθετα μονωτικά υλικά είναι η μεγαλύτερη.