电阻率的下降较为平缓

2 结果与分析

2.1 填料对电阻率的填料影响

以20 g纯硅橡胶作为基料，在其中分别添加不同质量的对自炭黑、氢氧化铝和氮化硼，固化硅橡制备自固化硅橡胶绝缘保护材料试样，胶绝研究不同填料对试样电阻率的缘保影响影响。 

2.1.1 炭黑添加量对电阻率的护材影响

在硅橡胶中加入炭黑是一种橡胶补强的常用手段。本研究使用的料性T660炭黑是一种绝缘炭黑，采用油炉法制备，填料其绝缘性能优于常见的对自乙炔法制备的炭黑，但其本身仍具有一定的固化硅橡导电性。在20 g纯硅橡胶中加入不同质量的胶绝炭黑，对试样电阻率的缘保影响影响如图 3 所示。由图 3 可知，护材随着硅橡胶体系中炭黑添加量的料性增加试样的电阻率呈现阶梯下降的趋势。这是填料因为炭黑本身具有一定的导电性，其电阻率较低，所以炭黑的添加会使试样整体的电阻率下 降。当炭黑添加量较少（小于1.5 g）时，电阻率的下降较为平缓，这是因为低电阻率的掺杂填料会逐步降低整体的绝缘性能；当炭黑的添加量从1.5 g增加到2.0 g时，试样的电阻率明显降低，出现陡降区，这是由于较多的炭黑填料分散于整个硅橡胶体系中，形成了炭黑的导电通路，在宏观上表现为绝缘性能的急剧下降，此时试样的电阻率已接近半导体水平；随着炭黑继续增加（大于2.0g），由于低电阻电网络已经形成，硅橡胶体系的导电模式并未改变，所以电阻率继续随炭黑的增加而逐步降低。

综上所述，当添加的炭黑质量达到1.0 g时，硅橡胶整体的电阻率已出现明显降低，所以对于20 g的纯硅橡胶基料，炭黑的添加量应控制在1.0 g以内。

2.1.2 氢氧化铝添加量对电阻率的影响

在自固化硅橡胶中加入氢氧化铝填料是为了提高硅橡胶体系的阻燃性能。在 20 g 纯硅橡胶中添加不同质量的氢氧化铝，对电阻率的影响如图4所示。从图 4 可以看出，当氢氧化铝添加量达到30 g时，试样的电阻率相较于未添加氢氧化铝时下降了一个数量级，绝缘性能明显降低，故氢氧化铝的添加量应控制在30 g以内。

2.1.3 氮化硼添加量对电阻率的影响

在硅橡胶试样中添加氮化硼起到导热的作用，试样的电阻率随氮化硼质量的变化如图5所示。从 图5可以看出，随着硅橡胶体系中氮化硼添加量的增加，试样的电阻率呈略微的下降趋势，加入2.0 g氮化硼时仍能保持在原本的数量级上。这是因为一方面加入的氮化硼较少，不足整体的 10%，另一方面是由于氮化硼本身具有极佳的绝缘性能，少量加入并不会引起整体电阻率的明显下降。加入2.0 g氮化硼后，试样整体的电阻率即将突破原本的数量级，因此氮化硼的添加量应控制在2.0 g以内。

2.2 炭黑添加量对力学性能的影响

自固化硅橡胶绝缘保护材料作为电力设备的外绝缘，常常与外部自然环境直接接触，因此对其电气性能和力学性能提出了较高的要求。在 20 g纯硅橡胶中加入不同质量的炭黑，对力学性能的影响如图 6 所示。从图 6 可知，随着炭黑添加量的增加，试样的拉伸强度呈明显的上升趋势，而断裂伸长率则先增大后减小。依据大分子链滑动学说，在橡胶中加入炭黑可以有效分散拉伸应力，所以试样的拉伸强度随炭黑添加量的增加而不断升高。断裂伸长率则有所不同，当炭黑添加量较少（小于0.5 g）时，拉伸应力被不断沿拉伸方向取向的橡胶分子链所平分，原本较短的链也在炭黑等粒子的表面滑动，并不直接断裂，所以断裂伸长率随着炭黑的增加而逐渐增大；但当炭黑添加量超过0.5 g时，试样中硅橡胶分子间的连接也逐渐变得紧密，结构的一体化程度进一步提高，断裂前侧链相对的可滑移量减少，宏观上即表现为试样的断裂伸长率减小。因此当炭黑添加量为0.5 g时，试样具有最大的断裂伸长率，炭黑的最佳添加量确定为0.5 g。

2.3 试样成分对相对介电常数和介质损耗因数的影响

图7(a)、(b)、(c)分别为炭黑、氢氧化铝和氮化硼添加量对试样相对介电常数、介质损耗因数的影响。

从图7(a)可以看出，当炭黑的添加量小于 1.0 g 时，试样的相对介电常数和介质损耗因数的增幅较小。当炭黑添加量高于1.0 g时，炭黑在硅橡胶体系内形成了低电阻网络，使试样整体的绝缘性能急剧下降，导致试样的相对介电常数和介质损耗因数快速上升，所以炭黑的添加量应控制在1.0 g以内，这与上节中关于电阻率的分析一致。

从图7(b)可以看出，随着氢氧化铝添加量的增加，试样的相对介电常数和介质损耗因数都呈明显的上升趋势。相较于炭黑，添加氢氧化铝时二者的增幅比较平缓，加入 30 g 氢氧化铝时，相对介电常数和介质损耗因数时最大增幅小于70%，这是由于氢氧化铝本身也是较好的绝缘体。当添加的氢氧化铝质量大于30 g时，试样的介质损耗因数已经上升了一个数量级，绝缘性能下降比较明显，且过多的氢氧化铝会导致试样体系的分散效果变差，试样的硬度明显上升，所以氢氧化铝的添加量应控制在30 g以内。

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