可逆感溫變色復(fù)合絕緣材料紫外老化特性的研究

陳 田，高 建，楊 凱，李佩萱，尹桂來，晏年平，張 宇

（1.國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330000；2.西安交通大學(xué) 電力設(shè)備電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049）

0 引言

電力設(shè)備發(fā)熱是電網(wǎng)安全運(yùn)行中的一大潛在威脅，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，一旦發(fā)熱嚴(yán)重，將有可能導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)、燒損，引發(fā)大面積停電、火災(zāi)等危害，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，因此及時(shí)準(zhǔn)確地掌握電力設(shè)備的發(fā)熱情況對(duì)于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義。目前針對(duì)電力設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)手段主要有分布式光纖測(cè)溫技術(shù)[1]、紅外測(cè)溫技術(shù)[2-3]、熒光光纖測(cè)溫技術(shù)[4]等，雖能夠檢測(cè)出電力設(shè)備的發(fā)熱情況，但仍存在運(yùn)維成本高、檢測(cè)效率低、對(duì)運(yùn)維人員的技術(shù)水平要求高、需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境調(diào)整儀器參數(shù)等問題，降低了溫度監(jiān)測(cè)過程的效率，不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的異常發(fā)熱情況。

可逆感溫變色材料是一種新興智能材料，能通過顏色變化便捷直觀地反映溫度變化，其熱致變色機(jī)理包括分子間電子轉(zhuǎn)移、分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移、晶型轉(zhuǎn)化、立體結(jié)構(gòu)變化等[5]。目前應(yīng)用最廣泛的分子間電子轉(zhuǎn)移型可逆感溫變色材料，其成分由電子給予體、電子接受體和溶劑3部分組成，其變色過程主要是通過不同溫度下溶劑相態(tài)的可逆轉(zhuǎn)換，改變電子給予體和電子接受體之間的相互作用，引發(fā)電子轉(zhuǎn)移過程，導(dǎo)致電子給予體中發(fā)色基團(tuán)結(jié)構(gòu)的變化，從而產(chǎn)生顏色的可逆變化[6]。

基于可逆感溫變色材料的熱致變色特性，可以得到一系列感溫變色復(fù)合絕緣材料，從而能通過顏色變化直觀地反映溫度的變化，彌補(bǔ)傳統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)手段的不足。水方等[7]通過兩步法，利用乙烯-辛烯共聚物（POE）、三元乙丙橡膠（EPDM）和感溫變色粉制備了可逆感溫變色復(fù)合絕緣材料，并研究了原材料配比對(duì)其可逆變色性能、力學(xué)性能、硬度以及電學(xué)性能的影響。鄒寶根[8]采用聚氨酯樹脂、熱固性丙烯酸樹脂和甲醚化氨基樹脂等特殊改性樹脂，電子轉(zhuǎn)移型感溫變色粉為原料，制備出一種用于金屬、玻璃和陶瓷的感溫變色涂料，該涂料具有良好的附著力和阻燃耐高溫性能。S GORO等[9]利用電子轉(zhuǎn)移型感溫變色材料和聚氯乙烯，制備出了感溫變色聚氯乙烯復(fù)合材料，并對(duì)制備工藝做出改進(jìn)。符瑞等[10]采用熱塑性丙烯酸樹脂為基料制備出一種可用于ABS塑膠底材的感溫變色涂料，并對(duì)感溫變色性能以及涂料性能的影響因素進(jìn)行了研究。

盡管目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于感溫變色復(fù)合絕緣材料的研究已經(jīng)十分豐富，但仍主要停留在改進(jìn)試樣制備配方、工藝以及性能測(cè)試等方面。感溫變色復(fù)合絕緣材料的應(yīng)用以敷設(shè)在電力設(shè)備表面為主，在戶外運(yùn)行的過程中，其性能會(huì)受到長(zhǎng)期紫外輻照的影響而發(fā)生劣化，但目前感溫變色復(fù)合絕緣材料的紫外老化特性及老化機(jī)理尚不明確。因此，研究感溫變色復(fù)合絕緣材料在老化過程中性能的劣化規(guī)律及機(jī)理，對(duì)于其性能提升與推廣應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

本研究制備一種感溫變色硅橡膠復(fù)合材料，研究其可逆熱致變色能力、靜態(tài)接觸角和交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)等老化特性，并對(duì)其紫外老化機(jī)理進(jìn)行分析。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料和測(cè)試儀器

室溫硫化硅橡膠（RTV），江西科仁電力科技有限公司；65℃可逆感溫變色粉，深圳千色變新材料科技有限公司，其在常溫下為紅色，在65℃下消色，感溫變色粉由有機(jī)微囊、顯色劑和溶劑組成，其中有機(jī)微囊的成分為密胺樹脂，溶劑成分為多種高級(jí)脂肪酯混合物，顯色劑為熒烷類有機(jī)化合物，熒烷類顯色劑在熱致變色過程中自身發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，引起結(jié)構(gòu)變化，從而產(chǎn)生顏色變化；KH550硅烷偶聯(lián)劑，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲苯，純度≥99.9%，成都科隆化學(xué)品有限公司。

ZN-P型紫外老化試驗(yàn)箱，廣州優(yōu)儀電子科技有限公司；JC2000C4型接觸角/界面張力測(cè)定儀，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司；HJC-100kV型線性升壓試驗(yàn)裝置，西安弘多有限公司；Nicolet iS10型傅里葉紅外光譜儀，美國(guó)賽默飛世爾科技公司；DSC 822e型差式掃描量熱儀、TGA/SDTA851型熱重分析儀，瑞士METTLER TOLEDO公司。

1.2 試樣制備

將感溫變色粉用KH550硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理后，加入到RTV中，以2 400 r/min的轉(zhuǎn)速在真空環(huán)境下攪拌混合15 min，倒入模具中常溫固化24 h成型，得到感溫變色RTV復(fù)合材料。感溫變色粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，試樣尺寸為130 mm×130 mm，厚度為（1±0.15）mm。

1.3 紫外老化試驗(yàn)

紫外老化試驗(yàn)參考GB/T 14522—2008進(jìn)行，所用儀器為紫外老化試驗(yàn)箱，紫外燈波長(zhǎng)為340 nm，功率為7.2 kW，老化箱內(nèi)溫度控制在40℃，紫外輻照持續(xù)進(jìn)行，每隔12 h噴水10 min，每4天為一個(gè)老化周期，共老化20天。

1.4 熱致變色特性

采用恒溫加熱臺(tái)，設(shè)定溫度為65℃，將試樣置于加熱臺(tái)上，觀察其顏色的變化，之后再將試樣取下置于室溫環(huán)境中，觀察顏色的恢復(fù)情況。重復(fù)該過程20次，觀察顏色的可逆變化情況。

1.5 靜態(tài)接觸角測(cè)試

采用接觸角/界面張力測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)試，每種試樣取5個(gè)不同點(diǎn)，用微量進(jìn)液器取4 μL去離子水滴于試樣表面，采用單圓曲線擬合法得到靜態(tài)接觸角并取平均值。為減輕水滴自身重力作用對(duì)靜態(tài)接觸角測(cè)試結(jié)果的影響，水滴的體積取2～6 μL[11]。

1.6 交流擊穿實(shí)驗(yàn)

采用計(jì)算機(jī)控制的線性升壓試驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。高壓電極和接地電極均為直徑為25 mm的球形銅電極，擊穿實(shí)驗(yàn)在硅油環(huán)境中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)溫度為25℃。以1 kV/s的線性升壓速率連續(xù)升壓，直至試樣發(fā)生擊穿，記錄此時(shí)的電壓數(shù)據(jù)作為試樣的擊穿電壓。每個(gè)試樣重復(fù)測(cè)試10次，并根據(jù)IEEE Std 930-2004采用雙參數(shù)威布爾分布對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

1.7 傅里葉紅外光譜

采用傅里葉紅外光譜儀對(duì)不同老化程度試樣的表面特征官能團(tuán)吸收峰進(jìn)行分析，得到材料表面微觀成分的變化。測(cè)試方法為衰減全反射，波數(shù)范圍為4 000～600 cm-1。

1.8 交聯(lián)密度測(cè)試

交聯(lián)密度依據(jù)HG/T 3870—2006進(jìn)行測(cè)試。將質(zhì)量為m0的硅橡膠試樣放入甲苯溶劑中，密閉并靜置于30℃恒溫烘箱中24 h后，取出硅橡膠試樣擦干并稱量，得到溶脹后的質(zhì)量（m1）。根據(jù)溶脹前后的質(zhì)量比計(jì)算出試樣相鄰交聯(lián)點(diǎn)間的鏈段分子量（Mc），從而計(jì)算得出硅橡膠的交聯(lián)密度（D）[12-14]，計(jì)算過程如式（1）～（3）所示。

式（1）～（3）中：m0為硅橡膠溶脹前的原始質(zhì)量；m1為硅橡膠達(dá)到溶脹平衡后的總質(zhì)量；ρ1、ρ0分別為甲苯溶劑和硅橡膠溶脹前的密度；Vm為溶劑的摩爾體積，甲苯的摩爾體積為107 mL/mol；X為表征硅橡膠材料與溶劑之間相互作用的常數(shù)，甲苯與硅橡膠之間的X為0.465；φ0、φ分別為溶脹前、后硅橡膠中橡膠相的體積分?jǐn)?shù)。

1.9 熱分析

差示掃描量熱分析（DSC）：采用差示掃描量熱儀測(cè)試熱致變色過程中的熱流變化，試樣質(zhì)量為5 mg左右，測(cè)量溫度范圍為30～80℃，升溫速率為10℃/min。

熱失重分析（TGA）：采用熱重分析儀測(cè)試材料的熱分解溫度，試樣質(zhì)量為5 mg左右，測(cè)量溫度范圍為25～650℃，升溫速率為10℃/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 紫外老化對(duì)熱致變色特性的影響

熱致變色特性主要包括熱致變色前后顏色差別、熱致變色可逆性以及熱致變色溫度。感溫變色RTV復(fù)合材料在發(fā)生熱致變色前后顏色差異隨老化時(shí)間的變化如圖1所示。從圖1可以看出，隨著老化程度的增加，試樣在常溫下的顏色逐漸變淡，但與65℃下試樣的顏色相比仍有較大差異，表明經(jīng)過紫外老化，感溫變色RTV復(fù)合材料仍能通過顏色變化反映溫度變化。另外在重復(fù)升溫、降溫20次之后，試樣仍然能夠發(fā)生可逆變色，且變色過程不超過30 s，表明感溫變色RTV復(fù)合材料的熱致變色可逆性未受到嚴(yán)重影響。

圖1 熱致變色前后顏色差異隨老化時(shí)間的變化Fig.1 Change of color difference with ageing time beferce and after thermochromic

感溫變色粉發(fā)生熱致變色的溫度由其溶劑的熔程決定[6]。不同老化時(shí)間試樣的DSC曲線如圖2所示，感溫變色粉的DSC曲線如圖3所示，DSC熔融峰特征參數(shù)如表1所示。

圖2 不同老化時(shí)間感溫變色RTV復(fù)合絕緣材料的DSC曲線Fig.2 DSC curves of thermochromic RTV insulating composite with different ageing time

圖3 感溫變色粉的DSC曲線Fig.3 DSC curve of thermochromic powder

表1 DSC熔融峰特征參數(shù)Tab.1 Characteristic parameters of DSC melting peak

從圖2～3可以看出，DSC曲線在熱致變色溫度范圍內(nèi)（50～65℃）出現(xiàn)熔融吸熱峰，對(duì)應(yīng)于熱致變色過程中溶劑的熔融相變，感溫變色粉中的兩個(gè)吸熱峰分別對(duì)應(yīng)兩種不同溶劑的熔融相變過程。從表1可以看出，隨著紫外老化的進(jìn)行，DSC曲線中熔融吸熱峰的左溫限、右溫限、熔程以及基于感溫變色粉質(zhì)量的吸熱焓均未出現(xiàn)明顯的變化，表明其熱致變色溫度未產(chǎn)生嚴(yán)重偏移，表明本研究中的紫外老化過程未對(duì)感溫變色RTV復(fù)合絕緣材料的熱致變色能力產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。

2.2 紫外老化對(duì)憎水性的影響

將紫外老化后的試樣置于室溫下，經(jīng)過20天的憎水性恢復(fù)，待其憎水性達(dá)到穩(wěn)定后[15]，靜態(tài)接觸角大小如圖4所示。從圖4可以看出，對(duì)于純RTV，隨著紫外老化程度的增加，靜態(tài)接觸角從未老化時(shí)的109.5°減小到老化20天后的92.9°，減小了15%。對(duì)于感溫變色RTV復(fù)合材料，在紫外老化時(shí)間小于8天時(shí)，靜態(tài)接觸角的變化不超過2°，可以認(rèn)為基本不變；當(dāng)老化時(shí)間超過8天后，靜態(tài)接觸角隨著老化時(shí)間的增加逐漸減小，紫外老化20天時(shí)靜態(tài)接觸角減小到95.8°。在未老化時(shí)，感溫變色RTV復(fù)合材料的靜態(tài)接觸角比純RTV的小8%；但隨著紫外老化的進(jìn)行，在老化程度相同的情況下，感溫變色RTV復(fù)合材料與純RTV的靜態(tài)接觸角的差別不超過3%，表明感溫變色粉的添加不會(huì)對(duì)復(fù)合硅橡膠的憎水性產(chǎn)生顯著的影響。

圖4 靜態(tài)接觸角隨老化時(shí)間的變化Fig.4 Change of static contact angle with ageing time

RTV中的基膠成分為聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS），其分子結(jié)構(gòu)如圖5所示，主鏈由硅原子與氧原子交替排列組成，側(cè)鏈為對(duì)稱分布的甲基或其他有機(jī)基團(tuán)。非極性的甲基容易向表面取向，能夠屏蔽掉主鏈上硅氧鍵的強(qiáng)極性，使RTV表現(xiàn)出優(yōu)異的憎水性[16]，因此材料表面甲基的數(shù)量會(huì)對(duì)憎水性產(chǎn)生影響。

圖5 PDMS分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式Fig.5 Molecular structure of PDMS

傅里葉紅外光譜能夠表征不同老化程度試樣表面特征官能團(tuán)數(shù)量的變化，在硅橡膠的老化分析中得到了廣泛的應(yīng)用，硅橡膠中典型官能團(tuán)的紅外特征峰如表2所示，紅外光譜測(cè)試結(jié)果如圖6所示，其中影響憎水性的-CH3紅外光譜測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

從圖7(a)可以看出，對(duì)于純RTV，隨著老化程度的增加，材料表面甲基的數(shù)量逐漸減少。這是因?yàn)樵谧贤廨椛涞淖饔孟拢柘鹉z表面的硅碳鍵會(huì)發(fā)生斷裂，產(chǎn)生·CH3自由基，并與H原子結(jié)合形成CH4氣體溢出，導(dǎo)致材料表面甲基數(shù)量減少，對(duì)分子主鏈中強(qiáng)極性硅氧鍵的屏蔽作用減弱，導(dǎo)致靜態(tài)接觸角減小，憎水性降低[20-22]，反應(yīng)過程如圖8所示。

表2 PDMS中的特征基團(tuán)振動(dòng)峰Tab.2 Characteristic absorption bands of PDMS

圖6 不同老化時(shí)間RTV及感溫變色RTV復(fù)合絕緣材料的紅外光譜結(jié)果Fig.6 Infrared spectra of RTV and thermochromic RTV insulating composites with different ageing time

圖7 Si-CH3中C-H的紅外光譜結(jié)果Fig.7 Infrared spectra of C-H in Si-CH3

圖8 紫外輻照破壞Si-CH3鍵的機(jī)理[23]Fig.8 Illustration of Si-CH3bond break under UV irradiation

從圖7(b)可以看出，對(duì)于感溫變色RTV復(fù)合材料，在紫外老化前期，其表面甲基的數(shù)量會(huì)略有增加，在老化時(shí)間達(dá)到8天后逐漸減少。在紫外老化初期靜態(tài)接觸角變化不大，可能是由于感溫變色粉的添加，在材料內(nèi)部引入了很多界面區(qū)域，這些界面區(qū)域能夠捕獲在紫外老化前期因輻照而被破壞的甲基，使得材料表面有少量甲基的積累，補(bǔ)償了對(duì)強(qiáng)極性硅氧鍵的屏蔽作用，導(dǎo)致靜態(tài)接觸角變化不大；隨著紫外老化的進(jìn)一步進(jìn)行，紫外輻照對(duì)材料表面的破壞程度加劇，甲基數(shù)量逐漸減少，對(duì)強(qiáng)極性硅氧鍵的屏蔽作用減弱，導(dǎo)致靜態(tài)接觸角減小。

另外，從圖6可以看出，相比于純RTV，感溫變色RTV復(fù)合材料的紅外光譜分別在2 920 cm-1（長(zhǎng)鏈烷基中CH2的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)）、2 850 cm-1（長(zhǎng)鏈烷基中CH2的對(duì)稱伸縮振動(dòng)）以及1 060 cm-1（脂肪酸酯中酯基的C-O振動(dòng)）處出現(xiàn)了強(qiáng)烈的新吸收峰，驗(yàn)證了感溫變色粉的溶劑成分為高級(jí)脂肪酯。在感溫變色粉的各項(xiàng)成分中，溶劑成分的占比最大[17]，因此這些新吸收峰的特征能夠反映感溫變色粉中溶劑成分的結(jié)構(gòu)。但在本研究中，感溫變色粉的添加量?jī)H有1%，且在感溫變色粉中電子給予體和電子接受體的組分含量均較低，因此在紅外光譜中不易反映出它們的特征結(jié)構(gòu)。

2.3 紫外老化對(duì)交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響

純RTV和感溫變色RTV復(fù)合材料的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試結(jié)果如圖9所示。從圖9可以看出，未老化時(shí)，感溫變色RTV復(fù)合材料的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)要低于純RTV，隨著紫外老化時(shí)間的增加，感溫變色RTV復(fù)合材料和純RTV的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)均表現(xiàn)為先逐漸增大，在老化4天時(shí)達(dá)到最大值，分別為28.0 kV/mm和31.5 kV/mm，之后交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)均隨著紫外老化時(shí)間的增加而降低，但純RTV交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)的下降速率要快于感溫變色RTV復(fù)合材料，兩者交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)的差值隨著紫外老化時(shí)間的增加而逐漸縮小。

圖9 交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨老化時(shí)間的變化Fig.9 Variation of AC breakdown strength with ageing time

硅橡膠的交聯(lián)密度隨紫外老化時(shí)間的變化如圖10所示。從圖10可以看出，隨著老化時(shí)間的增加，純RTV的交聯(lián)密度先逐漸增大，在紫外老化4天時(shí)達(dá)到最大值（1.82×10-5mol/g），之后隨著紫外老化時(shí)間的增加逐漸降低，并趨向于1.04×10-5mol/g。對(duì)于感溫變色RTV復(fù)合材料，其交聯(lián)密度也隨著老化時(shí)間的增加先逐漸增大，在紫外老化8天時(shí)達(dá)到最大值（3.03×10-5mol/g），之后隨著老化時(shí)間的增加開始下降，并趨于2.39×10-5mol/g。

圖10 交聯(lián)密度隨老化時(shí)間的變化Fig.10 Change of crosslinking density with ageing time

熱分解溫度的變化也能反映交聯(lián)密度的變化，感溫變色RTV復(fù)合絕緣材料熱分解溫度隨老化時(shí)間的變化如圖11所示。從圖11可以看出，隨著老化時(shí)間的增加，感溫變色RTV復(fù)合材料的熱分解溫度前期基本不變，在老化12天后逐漸降低。交聯(lián)密度的增加使得材料的立體網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性增加，導(dǎo)致熱裂解需要消耗的能量增大，熱分解溫度相應(yīng)升高；而交聯(lián)密度降低會(huì)使得材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低，發(fā)生熱裂解時(shí)消耗的能量減小，導(dǎo)致熱分解溫度相應(yīng)降低。

圖11 感溫變色RTV復(fù)合絕緣材料的熱分解溫度隨老化時(shí)間的變化Fig.11 Variation of thermal decomposition temperature of thermochromic RTV insulating composites with ageing time

紫外輻照能夠引發(fā)硅橡膠內(nèi)部交聯(lián)及鏈斷反應(yīng)[20-23]，斷裂的Si-CH3會(huì)通過氧和碳的搭接作用產(chǎn)生新的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得材料的交聯(lián)密度增大，同時(shí)自由體積降低；而持續(xù)的紫外輻照會(huì)導(dǎo)致發(fā)生交聯(lián)的硅碳鍵重新斷開，使交聯(lián)密度降低，自由體積增大。在紫外老化初期因輻照產(chǎn)生的交聯(lián)反應(yīng)占主導(dǎo)因素，導(dǎo)致硅橡膠的交聯(lián)密度增加，但由于在感溫變色RTV復(fù)合材料中，感溫變色粉體與RTV基體之間本身亦存在偶聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得感溫變色RTV復(fù)合材料的交聯(lián)密度要大于純RTV。

交聯(lián)密度能夠影響硅橡膠的陷阱特性與自由體積，從而對(duì)交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)產(chǎn)生影響[24-25]。交聯(lián)密度的提升能夠使材料內(nèi)部的深陷阱密度及能級(jí)增大，導(dǎo)致對(duì)電子的束縛能力增強(qiáng)，降低電荷的遷移率，削弱載流子的輸運(yùn)過程，難以形成擊穿通道，使得擊穿場(chǎng)強(qiáng)增大。同時(shí)，交聯(lián)密度的增加會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部自由體積減小，使得電子在材料中運(yùn)動(dòng)的平均自由程縮短，在電場(chǎng)中單位時(shí)間內(nèi)獲得的能量相應(yīng)降低，不易達(dá)到發(fā)生擊穿所需要的能量，因此需要更高的電場(chǎng)強(qiáng)度使電子獲得足夠的能量引發(fā)擊穿，導(dǎo)致?lián)舸﹫?chǎng)強(qiáng)升高。另外，交聯(lián)密度的增加還會(huì)使得材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性增加，造成大分子鏈以及發(fā)生交聯(lián)點(diǎn)附近的側(cè)基隨外電場(chǎng)定向的能力降低，從而導(dǎo)致在交流電場(chǎng)下材料內(nèi)部的損耗降低，使交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)升高。因此在紫外老化初期，感溫變色RTV復(fù)合材料和純RTV的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)均隨著老化時(shí)間的增加而升高。

隨著老化的持續(xù)進(jìn)行，紫外輻照所累積的能量對(duì)硅橡膠分子鏈的破壞作用逐漸大于交聯(lián)過程，使得交聯(lián)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，交聯(lián)密度逐漸降低。交聯(lián)密度的降低導(dǎo)致材料內(nèi)部深陷阱密度及能級(jí)降低，對(duì)電子的束縛能力減弱，電子在輸運(yùn)過程中受到的阻礙減小，更容易形成擊穿通道，導(dǎo)致?lián)舸﹫?chǎng)強(qiáng)降低；同時(shí)交聯(lián)密度的降低會(huì)增大材料內(nèi)部的自由體積，使得電子單位時(shí)間內(nèi)在外電場(chǎng)的作用下累積的能量更高，更容易形成擊穿通道，導(dǎo)致?lián)舸﹫?chǎng)強(qiáng)降低；另外，交聯(lián)密度的降低會(huì)導(dǎo)致材料的分子鏈結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低，在交流電壓下產(chǎn)生的松弛損耗增加，從而導(dǎo)致?lián)舸﹫?chǎng)強(qiáng)下降。

感溫變色RTV復(fù)合材料的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)要低于純RTV。這可能是因?yàn)楦袦刈兩叟c硅橡膠基體之間的界面處存在松散層[19]，在該區(qū)域內(nèi)自由體積相對(duì)更大，能增強(qiáng)載流子的輸運(yùn)過程，導(dǎo)致?lián)舸﹫?chǎng)強(qiáng)降低。有關(guān)感溫變色粉的添加對(duì)硅橡膠擊穿場(chǎng)強(qiáng)的影響原因還需要進(jìn)一步的研究分析。

3 結(jié)論

（1）感溫變色RTV復(fù)合材料的熱致變色特性表現(xiàn)出較好的抗紫外老化能力。在0～20天的老化時(shí)間內(nèi)，感溫變色RTV復(fù)合材料在25℃下的顏色隨著紫外老化時(shí)間的增加而逐漸變淺，但始終與65℃下發(fā)生熱致變色后的顏色有明顯差異，示溫效果未受到影響；熱致變色的可逆性未受到顯著影響；DSC結(jié)果表明，熱致變色溫度也未受到顯著影響。

（2）感溫變色RTV復(fù)合材料的憎水性表現(xiàn)出良好的抗紫外老化能力，其靜態(tài)接觸角在紫外老化前期變化不大，后期逐漸減小；純RTV的靜態(tài)接觸角則隨著紫外老化時(shí)間的增加逐漸減小。靜態(tài)接觸角與材料表面甲基基團(tuán)及暴露的硅氧鍵數(shù)量有關(guān)，而感溫變色粉的添加會(huì)減緩硅橡膠表面甲基的損失，對(duì)憎水性的劣化起到一定的抑制作用。

（3）感溫變色RTV復(fù)合材料的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)具有良好的抗紫外老化能力，在紫外老化前期，交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)略有增加，后期逐漸降低，但仍高于未老化時(shí)的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)，這與硅橡膠的交聯(lián)密度隨紫外老化的變化有關(guān)，交聯(lián)密度會(huì)通過影響硅橡膠的自由體積、陷阱能級(jí)、陷阱密度等因素，改變交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)。另外，感溫變色粉的添加會(huì)導(dǎo)致硅橡膠的交流擊穿場(chǎng)強(qiáng)降低。