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近年来,随着硅橡胶(SiR)绝缘材料在电力系统中使用量的增大,提升SiR耐漏电起痕性能的研究也在不断深入。与无机耐漏电起痕添加剂相比,以铂催化剂-含氮硅烷为代表的有机耐漏电起痕添加剂具有添加量少、使用方便、对SiR加工性能及力学性能影响小等优势。同时,铂-含氮硅烷体系对SiR高温下的有机-无机转变表现出了显著的促进作用,这对提高SiR的耐漏电起痕性能具有重要作用,且在聚合物衍生陶瓷中存在巨大的潜在应用价值。本课题以铂催化剂为核心,配合含氢硅油(H-SO)、磷酸锆、含氮硅烷、含硫硅烷等化合物,构建了多个含铂催化体系,系统地研究了含铂催化体系对SiR耐漏电起痕性能及高温下有机-无机转变的影响,并深入探讨了其中的作用机理,大幅拓展了含铂催化体系在有机硅领域的应用。主要研究内容和结果如下:(1)研究了铂-含氢硅油体系对SiR耐漏电起痕性能的影响,进一步探讨了不同H-SO用量对SiR交联密度、力学性能、憎水恢复性、热稳定性以及高温下质量残余率的影响。研究发现,铂-含氢硅油体系可显著提高SiR的耐漏电起痕性能。添加10 ppm铂和12.0 phr H-SO的SiR在4.5 kV下可通过6h耐漏电起痕测试,达到1A4.5 kV等级。随着H-SO用量的增加,SiR的交联密度以及在氮气和空气氛围下的热稳定性逐渐提高,但憎水恢复性逐渐下降。马弗炉热处理结果表明,铂-含氢硅油体系可能促进了硅橡胶分子链侧甲基的偶合反应,使SiR在高温下转变为具有优异热稳定性的无机类陶瓷SiOC化合物。在电弧放电的过程中,这种高效的有机-无机转变作用抑制了导电碳的形成,并使SiR表面形成了一层致密的陶瓷保护层,阻止了电弧对内部材料的侵蚀。(2)通过柠檬酸钠在剥离型α-ZrP纳米片层(α-ZrP-E)上原位还原六水合氯铂酸(CPA),制备了 α-ZrP片层固载铂纳米颗粒(Pt@ZrP-E),并采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)表征了 Pt@ZrP-E的结构。研究发现,Pt@ZrP-E可以显著提高SiR的耐漏电起痕性能,并在一定程度上改善SiR的力学性能。当Pt@ZrP-E用量仅为0.3 phr时,Pt@ZrP-E/SiR就可以达到1A 4.5 kV等级。TG和热重-红外联用(TG-FTIR)结果表明,Pt@ZrP-E提升SiR耐漏电起痕性能和电蚀损性能可能的机理为:一方面,Pt@ZrP-E的片层阻隔效应有利于减缓SiR侧甲基的氧化;另一方面,固载在Pt@ZrP-E片层上的高活性铂纳米颗粒可以有效促进SiR侧甲基的断裂,催化SiR在高温下的自由基交联反应,形成致密的陶瓷阻隔层,减缓干带电弧对SiR的侵蚀。(3)采用氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷络合物(Karstedt’s catalyst,KC)和含氮硅烷——(氨丙基)三甲氧基硅烷(KH-550)或(哌嗪基丙基)甲基二甲氧基硅烷(PPMDMS)构建了铂-含氮硅烷催化体系。研究发现,铂-含氮硅烷体系可以有效促进SiR在高温下的有机-无机转变,大幅提升SiR的热稳定性。动态光散射(DLS)、TEM、紫外-可见光(UV-vis)吸收光谱等分析结果表明,在加热过程中,含氮硅烷中N元素的孤对电子可能与KC中铂原子的5d空轨道发生了配位反应,限制KC中铂原子的聚集。同时,SEM-EDX、TG-FTIR、XRD和X射线光电子能谱(XPS)等结果表明,在升温过程中,铂-含氮硅烷体系可以促进SiR分子链间的自由基耦合反应,减缓SiR在热降解过程中发生的分子内成环反应,并使SiR表面形成一层密实的保护壳层,阻止外部气体的侵入,从而抑制SiR内部材料的氧化降解反应,提高了 SiR高温下的质量残余率。(4)采用KC和CPA两种铂催化剂,以及四种含巯基化合物——(3-巯丙基)三甲氧基硅烷(SM)、(3-巯丙基)三乙氧基硅烷(SE)、1,6-己二硫醇(HDT)和正十八硫醇(OT)构建了新型铂-含巯基化合物催化体系。研究发现,铂-含巯基化合物体系可以大幅提升甲基乙烯基聚硅氧烷(Vi-PDMS)及聚二甲基硅氧烷(PDMS)高温下的质量残余率。粘度测试、FTIR、拉曼光谱(LRS)、XPS、TG和TG-FTIR等结果表明,铂-含巯基化合物体系促进Vi-PDMS有机-无机转变可能的作用机理为:在相对缺氧的条件下,巯基中的S元素与KC中的铂原子发生配位反应,限制铂原子高温下的聚集,并提升铂在Vi-PDMS侧甲基自由基耦合反应中发挥的催化作用,有效将Vi-PDMS中的C元素保留在SiOC陶瓷的无机网络中。同时,铂-含巯基化合物体系可以在一定程度上抑制Vi-PDMS分子链的解链式降解或无规断链反应,促使Vi-PDMS的有机高分子链转变形成无机网络结构。(5)采用KC和CPA两种铂催化剂,以及含硫硅烷——SE、双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物(2S)和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物(4S)构建了铂-含硫硅烷催化体系,研究了铂-含硫硅烷体系对SiR硫化性能、力学性能、耐漏电起痕性能、高温下有机-无机转变及热稳定性的影响。研究发现,铂-含硫硅烷体系可以明显改善SiR的耐漏电起痕性能。添加50 ppm铂(KC)和0.2 phr 4S的KC/4S/SiR在4.5 kV下可通过6 h耐漏电起痕测试,但引入铂-含硫硅烷体系后,SiR的电蚀损较为严重,且SiR的硫化反应及力学性能整体上会受到不利影响。TG和TG-FTIR结果表明,铂-硫催化体系可以有效催化SiR热降解过程中“自由链”和“限制链”自身或相互之间的甲烷脱除反应,促使SiR分子链发生有机-无机转变,在提升SiR高温下质量残余率的同时将SiR分子链上的C元素有效地保留在无机网络内,降低SiR在受电弧轰击的过程中产生导电碳的几率,改善SiR耐漏电起痕性能。