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、憎水恢復性，成為電力系統輸變電設備防污閃的首選涂料。本文對RTV防污閃涂料的發(fā)展概況進行了闡述，并對國內外專利申請情況進行了統計分析。

關鍵詞：RTV，防污閃，涂料，硅橡膠

1、RTV防污閃涂料技術概述

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小的水珠不形成連續(xù)的導電水膜，從而抑制泄露電流，提高污閃電壓及絕緣子的耐污閃能力，是目前國內外公認的性能優(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，屬于縮聚反應類型，固化時常伴有較大的熱效應，且收縮率偏大，存在內應力；雙組分RTV 涂料的特點是硫化時基本不放熱，收縮率很小，無內應力，硫化時在內部和表面同時進行，可以在較短的時間內完成硫化。但由于它屬于加成聚合反應類型，反應伴隨有脫醇現象，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防污閃涂料閃絡的發(fā)生經歷了四個階段：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，這會導致表面電暈的產生，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，泄露電流經過導路，熱量使得表面產生干區(qū)和濕區(qū)，并最終形成一些分離的濕區(qū)；階段四，表面不斷有電弧產生，當電弧長度大于某個臨界值時，發(fā)生閃絡。

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結構，取代基或側鏈為C-H結構，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構，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，局部電弧也難以進一步發(fā)展導致外絕緣閃落。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由于個體小而靈活，易從物質內部蒸發(fā)到表面上來，當污穢降落在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，這種性能即為憎水恢復性。對這種現象的解釋主要有以下3種：1）表面極性基團的進一步反應，即在電暈的作用下，表面產生的硅醇鍵發(fā)生了縮聚，使得憎水性恢復；2）基團的重新取向，即在某些情況下，RTV試樣的憎水性恢復時間會很快，親水性的硅醇鍵會重新向內部取向，而憎水性的甲基會向表面重新取向，使得表面憎水性恢復；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。

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80年代末。從20世紀80年代末到20世紀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

通過對全球專利申請人國家分布統計分析，發(fā)現日本專利申請量占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

中國電力設備出現污閃始于20世紀50年代，至20世紀80年代以后由于環(huán)境污染日趨嚴重使污閃頻發(fā)，從而引起電力系統各級領導和專家的高度重視。國內在RTV防污閃涂料研究方面起步較晚，20世紀80年代初RTV涂料才被引入國內。經過近30年發(fā)展，我國在RTV防污閃涂料方面已經取得了長足的進展。

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量非常的少，在這期間，國內的研究處于初步探索階段。指導2002年之后，經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，一項新技術的發(fā)展需要經過一定的時間，而專利申請可以推動科學技術的發(fā)展，為創(chuàng)新保駕護航。

2.4 RTV防污閃涂料技術演進

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，以進一步提高RTV防污閃涂料的綜合性能。

2.4.1 技術分布

分析RTV防污閃涂料的改性技術分布，發(fā)現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重的區(qū)域。

2.4.3 填料

未經補強的RTV機械強度很低，幾乎沒有實際應用價值。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行處理或者用納米硅基氧化物（ SiOx ）進行替代。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量，降低生產成本；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粉體等。在RTV所用的填料中，除了對其進行補強之外，更多的是通過這些填料賦予硅橡膠某些特殊的功能，例如導電、導熱、耐高低溫、阻燃等性能。為使RTV防污閃涂料能達到防污閃的目的，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到要求，所以就需要加入一些特殊的填料來實現這些目的。

3、RTV防污閃涂料的發(fā)展與未來

RTV在電力系統防污閃涂料應用方面的研究上，國內明顯處于落后的狀態(tài)，主要表現在以下二個方面： 第一，國內RTV防污閃涂料現有產品均為僅具備個別性能的初級產品，而非具備較高綜合性能的高檔產品。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、清除復涂困難且費用高昂等問題。阻燃性能欠佳是目前國內外產品存在的一個共同的問題，雖然近些年的新產品已經在阻燃方面有了初步的改進，但是所用的多是以含鉑絡合物的阻燃劑，提高了產品的生產成本。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，進一步可能會發(fā)生閃絡，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，但不能改變其本質的憎水親油矛盾特性。通過開發(fā)具有氟碳等高能結構的新型基料，構建具有低表面能的涂層，進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，差異性使用并提出具體涂覆工藝，將涂料開發(fā)與涂層制備相結合，構筑具有微納二重結構的粗糙表面，以得到具有“荷葉效應”的涂層表面，是保證防污閃涂層性能的重要方面。endprint