RTV防污閃涂料領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)綜述

魯慧

摘 要：RTV防污閃涂料是以室溫硫化硅橡膠為基本原料的一類憎水性涂料，它涂覆到絕緣子表面后，可在常溫下固化為一層類似橡膠的薄膜，并牢固的覆蓋在絕緣子表面，以其特有的憎水性、憎水遷移性、憎水恢復(fù)性，成為電力系統(tǒng)輸變電設(shè)備防污閃的首選涂料。本文對RTV防污閃涂料的發(fā)展概況進(jìn)行了闡述，并對國內(nèi)外專利申請情況進(jìn)行了統(tǒng)計分析。

關(guān)鍵詞：RTV，防污閃，涂料，硅橡膠

1、RTV防污閃涂料技術(shù)概述

1.1 RTV防污閃涂料的分類

RTV防污閃涂料的主要成分是室溫硫化硅橡膠，RTV硅橡膠具有優(yōu)良的電絕緣性、耐候性、耐臭氧和透氣性、無毒無味，室溫下無須加熱、加壓即可就地固化，施工方便。RTV涂在絕緣子表面，固化后可形成一層無色透明、具有較強憎水性和憎水遷移性的膠膜，在惡劣條件下，涂料絕緣子表面只凝聚細(xì)小的水珠不形成連續(xù)的導(dǎo)電水膜，從而抑制泄露電流，提高污閃電壓及絕緣子的耐污閃能力，是目前國內(nèi)外公認(rèn)的性能優(yōu)異的抗污閃固體涂層。

RTV 防污閃涂料主要有兩種體系：一種是雙組份涂料，另一種是單組份涂料。單組份RTV防污閃涂料的特點是使用方便，但深部固化速度較慢，屬于縮聚反應(yīng)類型，固化時常伴有較大的熱效應(yīng)，且收縮率偏大，存在內(nèi)應(yīng)力；雙組分RTV 涂料的特點是硫化時基本不放熱，收縮率很小，無內(nèi)應(yīng)力，硫化時在內(nèi)部和表面同時進(jìn)行，可以在較短的時間內(nèi)完成硫化。但由于它屬于加成聚合反應(yīng)類型，反應(yīng)伴隨有脫醇現(xiàn)象，殘余揮發(fā)物多，雖然對性能沒有影響，但是對小環(huán)境存在一定的影響，而且施工較為繁瑣。而雙組份、多組分在施工前需要均勻攪拌，不夠方便，故目前單組份（有時需加稀釋劑）使用較多。無論哪種體系的RTV硅橡膠涂料，其主要成分都包括了聚二甲基硅氧烷、交聯(lián)劑、填料和催化劑。以上所有成分都包括在溶劑中，溶劑作為載體可將硅橡膠涂、刷或噴在絕緣子表面。對于雙組份涂料，涂料的固化取決于交聯(lián)劑和催化劑的含量。

1.2 RTV防污閃涂料的防污機理

RTV防污閃涂料閃絡(luò)的發(fā)生經(jīng)歷了四個階段：階段一，由于涂膜的憎水性，涂膜表面存在一些水滴，但是沒有連續(xù)的水膜；階段二，水滴在電場的作用下被拉大，并且有些水滴相互融合到一起；階段三，在被潤濕的區(qū)域的邊緣，電場強度在增加，這會導(dǎo)致表面電暈的產(chǎn)生，而表面的電暈會降低該位置涂膜的憎水性，甚至使其憎水性暫時喪失，此時表面的水滴就會鋪展開來，泄露電流經(jīng)過導(dǎo)路，熱量使得表面產(chǎn)生干區(qū)和濕區(qū)，并最終形成一些分離的濕區(qū)；階段四，表面不斷有電弧產(chǎn)生，當(dāng)電弧長度大于某個臨界值時，發(fā)生閃絡(luò)。

1.3 RTV防污閃涂料的特點

①室溫下固化成膜

在常溫下，RTV的交聯(lián)體系極易水解的官能團在空氣中被水解成硅醇，并在催化劑作用下，使端羥基聚二甲基硅氧烷縮聚固化，24小時后涂層深層完全固化，形成足夠高的附著強度的硅橡膠涂膜。

②優(yōu)良的憎水性

RTV防污閃涂料的基料是一種特殊的聚硅氧烷高分子化合物，分子鏈為Si-O-Si結(jié)構(gòu)，取代基或側(cè)鏈為C-H結(jié)構(gòu)，聚硅氧烷分子中的甲基（有機硅）與主鏈相連在Si 原子外形成一個倒立正四面體的傘狀空間構(gòu)形。由于H原子是范德華原子半徑最小的原子，它們所形成的傘狀甲基結(jié)構(gòu)，緊密地排列在一起，形成一道封閉屏障，把水分子拒之“帳”外，表現(xiàn)出其優(yōu)良的憎水性能。在大霧、小雨、露、溶雪、溶水等惡劣氣象條件下，RTV 硅橡膠涂料表面形成分離的水珠而不是連續(xù)的水膜，污層電導(dǎo)很低，因此泄漏電流很小，不易發(fā)生強烈的局部電弧，局部電弧也難以進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致外絕緣閃落。另一方面，水珠從涂料表面滾落會帶走附著在絕緣子表面的污穢，從而使絕緣子表面具有一定的自清潔功能。因此低能表面的憎水性是其耐濕污性能的主要原因。

③優(yōu)良的憎水遷移性

僅有憎水性的物質(zhì)還不能作為防污閃涂料，還必須具有優(yōu)良的憎水遷移性。RTV 防污閃涂料中短分子鏈有機硅物質(zhì)由于個體小而靈活，易從物質(zhì)內(nèi)部蒸發(fā)到表面上來，當(dāng)污穢降落在RTV 防污閃涂層表面時，蒸發(fā)到涂層表面的活性有機硅分子與污穢接觸， 爬升而附著于污穢物表面，實現(xiàn)對污穢物表面的整理，使其表面能和表面張力降低，即憎水性遷移到污穢物質(zhì)上，使污穢也具有有機硅的憎水性，而不被雨水或潮霧中的水分所濕潤，因此該污穢物質(zhì)不被離化，從而能有效地抑制泄漏電流，極大地提高絕緣子的防污閃能力。試驗顯示，聚乙烯、聚四氟乙烯、硅樹脂、尼龍、環(huán)氧樹脂等有機材料均沒有憎水遷移性。

④優(yōu)良的憎水恢復(fù)性

涂膜表面在電暈的作用下會短時間的喪失憎水性，但是之后其憎水性又會恢復(fù)，這種性能即為憎水恢復(fù)性。對這種現(xiàn)象的解釋主要有以下3種：1）表面極性基團的進(jìn)一步反應(yīng)，即在電暈的作用下，表面產(chǎn)生的硅醇鍵發(fā)生了縮聚，使得憎水性恢復(fù)；2）基團的重新取向，即在某些情況下，RTV試樣的憎水性恢復(fù)時間會很快，親水性的硅醇鍵會重新向內(nèi)部取向，而憎水性的甲基會向表面重新取向，使得表面憎水性恢復(fù)；3）帶有親水基團的分子鏈從表面向本體遷移，使得表面能降低，憎水性恢復(fù)。

2、專利分析

2.1申請量分析

國外在電力防污閃方面的研究起步較早，并且于20世紀(jì)60年代就開始了室溫硫化硅橡膠用于防污閃涂料的研究，但專利申請量還是比較少的，這種情形一致持續(xù)到了20世紀(jì)80年代末。從20世紀(jì)80年代末到20世紀(jì)90年代末，RTV防污閃涂料的研究迎來了發(fā)展階段，專利申請量較上一階段明顯增長。到了21世紀(jì)初期，RTV防污閃涂料的申請量較上一階段翻倍增長，涉及RTV防污閃涂料的研究越來越多，處于蓬勃發(fā)展階段。從申請量角度來看，RTV防污閃涂料受到越來越多的關(guān)注和重視，相信未來幾年申請量還會呈增長的趨勢。

2.2申請人分析

通過對全球?qū)＠暾埲藝曳植冀y(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)日本專利申請量占24%，相對最多；其次為中國、美國、歐洲，專利申請量分別為15%、14%、12%；同時韓國、德國、加拿大、澳大利亞、英國等國家也都有涉及RTV防污閃涂料的申請，但專利申請量相對較少。endprint

2.3 中國RTV防污閃涂料專利申請分布

中國電力設(shè)備出現(xiàn)污閃始于20世紀(jì)50年代，至20世紀(jì)80年代以后由于環(huán)境污染日趨嚴(yán)重使污閃頻發(fā)，從而引起電力系統(tǒng)各級領(lǐng)導(dǎo)和專家的高度重視。國內(nèi)在RTV防污閃涂料研究方面起步較晚，20世紀(jì)80年代初RTV涂料才被引入國內(nèi)。經(jīng)過近30年發(fā)展，我國在RTV防污閃涂料方面已經(jīng)取得了長足的進(jìn)展。

自1992年中國申請了第一份RTV防污閃涂料專利后，一直到2001年，RTV防污閃涂料專利申請數(shù)量非常的少，在這期間，國內(nèi)的研究處于初步探索階段。指導(dǎo)2002年之后，經(jīng)過一段時間的深入研究和探討，我國的RTV防污閃涂料專利申請開始逐漸上升，并一直持續(xù)到現(xiàn)在。從RTV防污閃涂料在我國專利申請量的變化可以看出，一項新技術(shù)的發(fā)展需要經(jīng)過一定的時間，而專利申請可以推動科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為創(chuàng)新保駕護航。

2.4 RTV防污閃涂料技術(shù)演進(jìn)

目前，RTV防污閃涂料正被大范圍推廣使用，因而隨著超高壓工程的開展，對于RTV防污閃涂料的性能提出了更高的要求，要求涂料具有更高的機械強度，更加優(yōu)越的電性能，尤其要求涂料的憎水長效性達(dá)10年以上。針對這些性能要求，RTV防污閃涂料的研究主要集中在對RTV硅橡膠的改性以及通過添加填料改性這兩個方面，以進(jìn)一步提高RTV防污閃涂料的綜合性能。

2.4.1 技術(shù)分布

分析RTV防污閃涂料的改性技術(shù)分布，發(fā)現(xiàn)通過添加填料改性加強RTV防污閃涂料的性能是最主要的方法，其占申請量的63%，而通過對RTV硅橡膠的改性來提高RTV防污閃涂料的綜合性能相對較少，占申請量的16%。

2.4.2 改性RTV硅橡膠

當(dāng)前有機硅橡膠以聚二甲基硅氧烷為主體樹脂，隨著防污體系的研究深入，改性有機硅橡膠逐漸深入。氟硅改性有機硅橡膠，由于氟的存在，其表面張力比普通的聚硅氧烷低，并且由于C-F鍵的解離能高，其熱穩(wěn)定性和抗老化性得以提高，其耐水和耐油等性能均得到提高，一定程度上提高了防污閃涂層的憎水性、憎水恢復(fù)性和憎水遷移性，且對涂層的阻燃性能和力性能沒有影響，故多用于污染較為嚴(yán)重的區(qū)域。

2.4.3 填料

未經(jīng)補強的RTV機械強度很低，幾乎沒有實際應(yīng)用價值。RTV最常用的補強填料是白炭黑（SiO2 ），補強效果好，所制得的硅橡膠在耐候性、耐熱性、電氣性能等綜性能較好。通常在使用過程中要對白炭黑的表面進(jìn)行處理或者用納米硅基氧化物（ SiOx ）進(jìn)行替代。納米SiOx對RTV具有一定的阻聚作用，同時也具有很好的補強效果。

除白炭黑以外，在RTV的加工過程中也經(jīng)常使用半補強填料。使用半補強填料的目的是為了增加硫化膠的體積或質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本；提高硫化膠的硬度，改善耐油性、工藝性等。常用的半補強填料有層狀硅酸鹽、碳酸鈣和一些改性的超細(xì)粉體等。在RTV所用的填料中，除了對其進(jìn)行補強之外，更多的是通過這些填料賦予硅橡膠某些特殊的功能，例如導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高低溫、阻燃等性能。為使RTV防污閃涂料能達(dá)到防污閃的目的，要求涂料本身具有很好的絕緣性能、耐電弧性能、良好的憎水性和憎水遷移性。這些性能僅靠室溫硫化硅橡膠自身很難達(dá)到要求，所以就需要加入一些特殊的填料來實現(xiàn)這些目的。

3、RTV防污閃涂料的發(fā)展與未來

RTV在電力系統(tǒng)防污閃涂料應(yīng)用方面的研究上，國內(nèi)明顯處于落后的狀態(tài)，主要表現(xiàn)在以下二個方面： 第一，國內(nèi)RTV防污閃涂料現(xiàn)有產(chǎn)品均為僅具備個別性能的初級產(chǎn)品，而非具備較高綜合性能的高檔產(chǎn)品。主要存在壽命短（3～5年） 、附著力不好、龜裂、剝落、憎水性消退、生物污染、清除復(fù)涂困難且費用高昂等問題。阻燃性能欠佳是目前國內(nèi)外產(chǎn)品存在的一個共同的問題，雖然近些年的新產(chǎn)品已經(jīng)在阻燃方面有了初步的改進(jìn)，但是所用的多是以含鉑絡(luò)合物的阻燃劑，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。第二，自潔性問題。尤其是在高污染地區(qū)，隨著運行時間的增長，在防污閃涂層上容易積污。在電弧的作用下容易形成干帶，進(jìn)一步可能會發(fā)生閃絡(luò)，從而降低防污閃性能。

目前使用的RTV（PRTV）硅橡膠防污閃涂料在憎水、憎污和耐老化性能方面存在較大的提升空間。雖然可通過填加固體填料顆粒提高RTV 涂層的機械、耐電老化性能和分解有機污穢，但不能改變其本質(zhì)的憎水親油矛盾特性。通過開發(fā)具有氟碳等高能結(jié)構(gòu)的新型基料，構(gòu)建具有低表面能的涂層，進(jìn)一步提高涂料的憎水性和憎污性，是新型防污閃涂料發(fā)展的重要方向。研究環(huán)境特性對污閃的影響，綜合考慮交直流輸電制式、電壓等級、絕緣子表面缺陷、污穢吸附及電荷積聚特性的關(guān)系。開發(fā)不同特性的防污閃涂料，重視絕緣子防污閃涂料的表面涂覆工藝技術(shù)，差異性使用并提出具體涂覆工藝，將涂料開發(fā)與涂層制備相結(jié)合，構(gòu)筑具有微納二重結(jié)構(gòu)的粗糙表面，以得到具有“荷葉效應(yīng)”的涂層表面，是保證防污閃涂層性能的重要方面。endprint