电气绝缘件在湿热环境中运行时,性能下降往往不是突然发生的,而是从吸水开始的一系列连锁反应。理解水分进入网络后的行为,才能在设计阶段做出有针对性的选择。
环氧固化物是交联网络,其中仍存在纳米尺度的自由体积。水分可以通过这些自由体积扩散进入,也可以吸附在网络中的极性基团上。
极性基团是吸水的主要位点。羟基、氨基、酰胺基等极性基团对水分子有较强的亲和力。体系中这些基团越多,平衡吸水率越高。
温度是另一个重要变量。温度升高会加快水分扩散并增加平衡吸水量。因此耐湿热试验通常采用较高的温度与湿度组合来加速老化。
| 性能指标 | 吸水后变化 | 机理 |
|---|---|---|
| 介电常数 | 上升 | 水分子的极性贡献 |
| 介质损耗因数 | 上升 | 极性分子取向极化损耗 |
| 体积电阻率 | 下降 | 可迁移离子迁移能力增强 |
| 击穿强度 | 下降 | 局部缺陷与电场畸变 |
| 界面完整性 | 可能分层 | 界面处吸水造成应力 |
交联密度是首要因素。交联密度越高,自由体积越小,水分扩散通道越曲折,平衡吸水率越低。
配方中的极性基团含量同样重要。选用固化后残留极性基团较少的体系,可以减少吸水的主要位点。脂环胺类固化物的极性相对较低,在湿热环境中的电性能保持通常优于某些极性较高的体系。
填料的选择也有影响。经表面疏水处理的无机填料可以提高体系的抗水性能;而未处理的高吸水性填料反而会成为水分进入的通道。
提示:提示:吸水率应在规定温度与湿度条件下测定平衡吸水量,而非短时浸泡后的表观增重。测试条件不统一的数据无法直接比较。
评价电气绝缘件的耐湿热性能,通常采用高温高湿条件下的绝缘电阻与介质损耗测试,并在测试后复测力学性能。
设计选型时应留出性能余量,考虑长期使用中的吸水影响,而不是按初始干态数据确定许用值。对高可靠性应用,还应做带电状态下的湿热老化试验。
吸水率是重要因素但不是仅有的因素。水解稳定性、界面结合质量与热稳定性同样影响长期表现,需要综合评估。
涂层可以减缓水分进入速率,但不能完全阻止。若长期处于湿热环境,基体本身的抗水性能仍是决定性的。
