潘偉斌，萬(wàn)小東，南敬，成保拓，代思雨，吳仲巋

硅橡膠表面老化、改性與修復(fù)的研究

潘偉斌1，萬(wàn)小東2，南敬2，成保拓1，代思雨1，吳仲巋1

（1.武漢理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430070；2.電網(wǎng)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074）

主要探討了硅橡膠表面產(chǎn)生電暈老化的原因和電暈老化的評(píng)估方法，并介紹了氫氧化鋁（ATH）等無(wú)機(jī)填料對(duì)硅橡膠表面抗電暈老化改性的影響，歸納了硅橡膠表面紫外老化發(fā)生的機(jī)理以及相應(yīng)的紫外老化評(píng)估手段。另外，討論了二氧化鈦、二氧化鈰等光屏蔽劑以及紫外線吸收劑對(duì)硅橡膠表面耐紫外輻照老化性能的作用，總結(jié)了硅橡膠表面出現(xiàn)熱老化的原因、相應(yīng)的熱老化評(píng)估方法以及當(dāng)前國(guó)內(nèi)外改善硅橡膠表面耐熱老化性能常用的方法。論述了硅橡膠老化表面修復(fù)的最新研究進(jìn)展。最后，提出了目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在硅橡膠表面老化研究方面存在的一些問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

硅橡膠；電暈老化；紫外老化；熱老化；表面改性；表面修復(fù)

硅橡膠是一種以硅氧鏈為主鏈的高分子材料，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示。按照其硫化機(jī)理可以分為室溫硫化硅橡膠（RTV）和高溫硫化硅橡膠（HTV）兩大類[1-4]。相比于其他類型的橡膠，硅橡膠具有耐高低溫、耐氣候、耐腐蝕、憎水性以及耐污閃等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、航空航天、公共衛(wèi)生、醫(yī)療以及電子設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，逐漸成為現(xiàn)代工業(yè)不可或缺的一類重要材料。近年來(lái)，我國(guó)電力行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)硅橡膠的需求量逐年提升[5-6]。高分子材料的表面老化問(wèn)題一直以來(lái)都是限制其長(zhǎng)久使用的關(guān)鍵因素，硅橡膠也不例外。在長(zhǎng)期嚴(yán)苛的服役條件下，硅橡膠材料的表面可能出現(xiàn)電暈老化、紫外輻射老化以及熱老化等現(xiàn)象，嚴(yán)重?fù)p害硅橡膠的力學(xué)和電氣性能，使其逐漸喪失使用價(jià)值[7-11]。因此，為了延長(zhǎng)硅橡膠材料的使用壽命，需要對(duì)其表面進(jìn)行抗老化改性和修復(fù)。研究硅橡膠表面的老化機(jī)理，能夠?qū)μ岣吖柘鹉z表面的抗老化性能以及老化硅橡膠表面的修復(fù)提供重要的理論依據(jù)。本文分別對(duì)硅橡膠表面的電暈老化、紫外輻射老化和熱老化的老化機(jī)理和評(píng)估方法以及相應(yīng)的抗老化改性的方法進(jìn)行了論述，討論了硅橡膠表面老化后的修復(fù)方法，并提出目前國(guó)內(nèi)外硅橡膠表面老化研究存在的一些問(wèn)題。

圖1 硅橡膠硅氧骨架的化學(xué)結(jié)構(gòu)[4]

1 表面電暈老化與改性

電暈放電是硅橡膠表面老化中最重要、最常見(jiàn)和老化機(jī)理最復(fù)雜的影響因素[12]。硅橡膠在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，其表面會(huì)積污受潮，在外加電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生電暈放電（如圖2所示）。由電暈放電引起的硅橡膠表面老化問(wèn)題通常是多種機(jī)制共同作用的結(jié)果。首先，電暈放電產(chǎn)生的高能粒子會(huì)轟擊硅橡膠表面，使其分子鏈發(fā)生斷裂。其次，電暈放電會(huì)產(chǎn)生諸如臭氧以及二氧化氮等強(qiáng)氧化性氣體，促使硅橡膠表面發(fā)生氧化反應(yīng)，進(jìn)而破壞硅橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)。另外，由電暈放電引起的硅橡膠表面局部高溫以及產(chǎn)生的紫外輻射都會(huì)加速硅橡膠的老化[13-15]。

目前，對(duì)于表面電暈老化的研究方法主要有宏觀分析法和微觀分析法兩大類。宏觀分析法包括直接觀察、動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)試、靜態(tài)接觸角測(cè)試、噴水分級(jí)測(cè)試、閃絡(luò)電壓以及超聲檢測(cè)等方法。微觀分析法主要是指需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作的，如X射線光電子能譜、傅里葉紅外光譜分析、掃描電鏡以及核磁共振等分析方法。上述方法可以很好地分析硅橡膠表面的老化機(jī)理和老化狀態(tài)[16-17]。董平平等[18]對(duì)HTV表面電暈老化的實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)氣壓為100 kPa、相對(duì)濕度為90%時(shí)，起暈電壓達(dá)到最大值（5.3 kV）。通過(guò)掃描電鏡和閃絡(luò)電壓測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)老化100 h時(shí)，表面會(huì)出現(xiàn)孔洞；老化400 h時(shí)，表面會(huì)出現(xiàn)裂紋；老化800 h時(shí)，硅橡膠表面有大量絮狀物覆蓋，此時(shí)濕閃電壓下降50%，老化嚴(yán)重。Zhu等[19]采用傅里葉變換紅外光譜、掃描電鏡和X光電子能譜等方法對(duì)電暈放電處理前后的硅橡膠表面層進(jìn)行了理化分析。結(jié)果表明，電暈老化后的硅橡膠表面可以形成親水性羥基，電暈放電對(duì)疏水性的暫時(shí)性喪失起著重要作用。Wang等[20]通過(guò)慢正電子束和電化學(xué)阻抗測(cè)試，研究了硅橡膠的電暈老化過(guò)程。研究發(fā)現(xiàn)，電暈放電過(guò)程中，有機(jī)硅橡膠表面逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詿o(wú)機(jī)表面。無(wú)機(jī)表面層的進(jìn)一步開(kāi)裂，導(dǎo)致硅橡膠樣品的孔隙率急劇增加，使其憎水性下降。熱刺激電流技術(shù)（TSC）也是評(píng)估硅橡膠表面電暈老化的一種比較常用的手段，其測(cè)試裝置如圖3所示。梁英等[21]利用TSC研究了不同老化階段硅橡膠的陷阱特性變化，研究發(fā)現(xiàn)，硅橡膠表面的陷阱能級(jí)和密度會(huì)隨著電暈老化時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，并且陷阱能級(jí)在老化1000 h左右出現(xiàn)飽和的趨勢(shì)。魯大勇等[22]用TSC和掃描電鏡對(duì)電暈老化后的硅橡膠表面進(jìn)行了分析。硅橡膠電暈老化后，陷阱能級(jí)和電荷量會(huì)增大，電暈老化會(huì)破壞硅橡膠表面平整、光滑的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生裂紋和孔洞等缺陷。這些物理缺陷發(fā)展到一定程度后，會(huì)進(jìn)一步積污，從而加速硅橡膠表面的老化過(guò)程。

圖2 硅橡膠表面電暈老化的失效過(guò)程[15]

圖3 TSC測(cè)試的原理[21]

針對(duì)硅橡膠表面的電暈老化現(xiàn)象，有研究表明，在硅橡膠中加入傳統(tǒng)無(wú)機(jī)填料或者納米無(wú)機(jī)填料，可以改善其表面耐漏電、耐電暈的性能。無(wú)機(jī)氫氧化物是一種能夠提高硅橡膠耐電暈老化的填料，以ATH為例，ATH在干弧放電過(guò)程中會(huì)分解產(chǎn)生水和氧化鋁，產(chǎn)生的水可以吸收熱量，降低硅橡膠材料表面的溫度。另外，ATH可以與游離碳反應(yīng)，阻礙導(dǎo)電通路的形成[23-24]。Ansorge等[25]探究了ATH對(duì)HTV表面耐漏電、耐電暈性能的影響，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ATH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)57%時(shí)，HTV硅橡膠表面的耐漏電性能可通過(guò)1A 4.5級(jí)。汪寧等人[26]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ATH的填充量為115～125份時(shí)，硅橡膠表面的耐漏電起痕能夠達(dá)到1A 4.5級(jí)。氮化硼是一種新型的二維材料，其微結(jié)構(gòu)類似于常見(jiàn)的石墨烯，具有良好的電絕緣性。Liu等[27]探究了氮化硼納米填料對(duì)HTV表面耐漏電起痕性能的影響，研究結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)4.5 kV耐漏電起痕測(cè)試，未填充氮化硼樣品表面的腐蝕深度為0.6 mm，而填充6%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）氮化硼試樣表面的腐蝕深度為0.3 mm。

電暈老化作為硅橡膠表面最常見(jiàn)、最重要的老化現(xiàn)象，當(dāng)下用于提升其表面耐電暈老化性能的填料或添加劑種類不多。另外，傳統(tǒng)無(wú)機(jī)填料的用量過(guò)多，會(huì)損害硅橡膠的力學(xué)性能。未來(lái)應(yīng)當(dāng)探索出更多適用于改善硅橡膠表面耐漏電、耐電暈性能，且效率高、低成本的填料或添加劑。

2 表面紫外輻照老化與改性

紫外輻射是造成硅橡膠表面老化的另一重要因素，它會(huì)使硅橡膠平整光滑的表面變得粗糙，并產(chǎn)生空洞和裂紋等物理缺陷，使硅橡膠的力學(xué)性能、憎水性以及電絕緣性遭到破環(huán)，縮短硅橡膠壽命，逐漸失去使用價(jià)值。紫外輻射也稱紫外線，是一種頻率介于可見(jiàn)光和X射線之間，與可見(jiàn)光性質(zhì)相似的，波長(zhǎng)較短、能量較高的電磁輻射?？梢愿鶕?jù)其波長(zhǎng)的長(zhǎng)短，將紫外線分為長(zhǎng)波紫外線、中波紫外線、短波紫外線和真空紫外線四大類，對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)分別為400～315 nm、315～280 nm、280～200 nm、200～100 nm[28-29]。硅橡膠表面紫外輻射老化的開(kāi)始階段主要是以大分子鏈的斷裂為主，此時(shí)硅橡膠的表面發(fā)黏，且硬度降低。隨著紫外輻射時(shí)間的增加，斷鏈和氧化會(huì)產(chǎn)生活潑的自由基，它們之間會(huì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，如圖4所示。此時(shí)，交聯(lián)反應(yīng)占據(jù)主導(dǎo)地位，硅橡膠表面變硬、變脆，內(nèi)部的填料暴露出來(lái)，使其表面的疏水性和絕緣性下降[30-31]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)硅橡膠表面的紫外輻射老化進(jìn)行了相關(guān)的研究。左坤等[32]研究了紫外輻射對(duì)RTV的影響，研究表明，延長(zhǎng)紫外輻射的時(shí)間，會(huì)使硅橡膠試樣表面變粗糙，并且隨著紫外輻射的時(shí)間增加，靜態(tài)水接觸角先增大、后減小。紫外老化后，試樣表面甲基和羥基的含量下降，說(shuō)明在硅橡膠的紫外老化過(guò)程中，表面發(fā)生了氧化和交聯(lián)反應(yīng)。Stathi等[33]通過(guò)掃描電鏡測(cè)試發(fā)現(xiàn)，紫外老化后，硅橡膠表面的粗糙度明顯增加。Sounak等[34]采用相對(duì)濕度為40%～85%、1 W/m2的紫外線來(lái)模擬太陽(yáng)輻射，發(fā)現(xiàn)1000 h的紫外輻射會(huì)使得硅橡膠表面發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，破環(huán)大分子鏈的結(jié)構(gòu)，使得硅橡膠的斷裂伸長(zhǎng)率降低。傅佳等[35]對(duì)HTV表面進(jìn)行了248 nm紫外激光輻射實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)紫外輻射后，硅橡膠表面出現(xiàn)淺坑，內(nèi)部的填料暴露出來(lái)，粗糙度增加。通過(guò)傅里葉變換紅外和X射線光電子能譜測(cè)試發(fā)現(xiàn)，試樣中部分的C—H、Si—O—Si和Si—C鍵被破壞，生成自由基，同時(shí)生成了親水的羧基和醇羥基。劉云鵬等[36]探究了干燥環(huán)境下紫外光輻照對(duì)硅橡膠表面老化性能的影響，硬度測(cè)試發(fā)現(xiàn)，紫外老化后的硅橡膠表面變硬，紅外光譜中Si—C和Si—O—Si峰的面積都減少。靜態(tài)水接觸角測(cè)試結(jié)果顯示，接觸角由原來(lái)的98°降為65°，硅橡膠的憎水性有所下降。Bok-Hee等[37]研究了HTV在5000 h紫外輻照條件下的老化性能，老化后，硅橡膠試樣的水接觸角由原來(lái)的108°下降為98°，疏水性能有一定的降低。另外，隨著紫外輻射時(shí)間的延長(zhǎng)，硅橡膠表面電荷的衰減程度增加。

圖4 硅橡膠表面紫外老化的反應(yīng)機(jī)理[30]

根據(jù)有機(jī)聚合物表面的光氧老化機(jī)理，目前改善硅橡膠表面抗紫外輻射老化性能的途徑主要是在硅橡膠中加入一些具有光屏蔽和紫外線吸收作用的添加劑或者填料，以此來(lái)減少紫外輻射對(duì)硅橡膠表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的破壞[38]。Zhang等[39]研究了摻二氧化鈦納米粒子硅橡膠在紫外輻射下的紫外老化行為。掃描電鏡結(jié)果表明，在紫外光老化1000 h后，含2份納米二氧化鈦的硅橡膠，表面仍然光滑，而不含納米二氧化鈦的硅橡膠，表面出現(xiàn)嚴(yán)重裂紋。與未添加納米二氧化鈦的硅橡膠相比，添加納米二氧化鈦的硅橡膠，在拉伸性能，尤其是斷裂伸長(zhǎng)率方面，表現(xiàn)出較高的保留率，由7%提升到83%，說(shuō)明納米二氧化鈦是一種良好的紫外光穩(wěn)定劑。李麟等[40]首先對(duì)納米二氧化鈰進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)將其加入到RTV可以提高硅橡膠表面的抗紫外老化性能。進(jìn)行560 h的紫外老化測(cè)試發(fā)現(xiàn)，添加了1.5%納米二氧化鈰的硅橡膠，表面的水接觸角由原來(lái)的100.8°降為99.2°，接觸角僅僅變化了1.6°，而未添加納米二氧化鈰的硅橡膠，表面的水接觸角由原來(lái)的100.8°降為92.4°，接觸角變化8.4°，說(shuō)明納米二氧化鈰對(duì)硅橡膠表面具有優(yōu)異的抗紫外老化作用。

除了添加各種抗紫外老化的填料和添加劑外，還可以根據(jù)硅橡膠表面紫外老化過(guò)程中的作用機(jī)制，來(lái)提高其抗紫外輻射老化的性能。Lin等[41]研究了紫外老化后液體硅橡膠（LSR）的表面結(jié)構(gòu)，基于X射線光電子能譜和傅里葉變換紅外的測(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著紫外輻射老化時(shí)間的增加，LSR多孔表面的面積和疏松層的深度都會(huì)增加。通過(guò)傅里葉變換紅外光譜檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，CH3中的C—H和Si—CH3中的—CH3增加，LSR表面老化過(guò)程中產(chǎn)生的殘余亞甲基與含氫硅油中的氫原子反應(yīng)，從而產(chǎn)生甲基，導(dǎo)致LSR表面的交聯(lián)密度增加，表面變硬、變脆。因此，可以通過(guò)減少含氫硅油的含量，減少被紫外輻射破壞的硅碳鍵，從而提高LSR表面抗紫外老化的性能，延長(zhǎng)LSR產(chǎn)品的使用壽命。

從上述研究中不難發(fā)現(xiàn)，針對(duì)硅橡膠表面紫外輻射老化的改性，主要以添加單一填料（如納米二氧化鈰、二氧化鈦等）為主，并沒(méi)有探究添加2種或2種以上的添加劑或填料對(duì)其抗紫外輻射老化性能的影響。今后國(guó)內(nèi)外的科研學(xué)者應(yīng)進(jìn)一步探索各種填料之間對(duì)其抗紫外老化特性的協(xié)同效應(yīng)，以期達(dá)到事半功倍的效果。

3 表面熱老化與改性

熱老化是硅橡膠表面較為常見(jiàn)的老化現(xiàn)象之一，尤其是在我國(guó)氣候較為濕熱的南方地區(qū)。在高溫和氧氣的作用下，硅橡膠Si—O—Si主鏈會(huì)被破壞，同時(shí)側(cè)基發(fā)生氧化反應(yīng)，使得硅橡膠表面大分子發(fā)生降解，分子量降低。另外，硅橡膠分子鏈斷裂的同時(shí)，伴隨著自由基的產(chǎn)生，比如硅碳鍵和碳?xì)滏I會(huì)斷裂生成Si?、?CH3和?H。這些自由基會(huì)與相鄰的化學(xué)鍵發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使硅橡膠大分子鏈的柔順性大大降低，材料表面變硬、變脆。在硅橡膠表面的熱老化過(guò)程中，內(nèi)部的填料會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，并暴露在硅橡膠表面[42]。甘永葉等[43]通過(guò)傅里葉變換紅外光譜、掃描電鏡和熱重分析等手段測(cè)試發(fā)現(xiàn)，HTV在熱老化過(guò)程中，內(nèi)部的ATH會(huì)分解為氧化鋁和水，白炭黑表面的Si—OH發(fā)生縮合反應(yīng)，生成無(wú)機(jī)顆粒SiO2和水，暴露在材料表面，使表面的粗糙度增加，且隨著熱老化時(shí)間的延長(zhǎng)，材料表面的填料顆粒物也會(huì)增多。Zhou等[44]探究了阻燃硅橡膠表面熱老化2000 h后的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)硅橡膠的拉伸強(qiáng)度由老化前的8 MPa降為3 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率由原來(lái)的300%降為40%，如圖5所示。呂鴻等[45]在225 ℃下對(duì)硅橡膠表面進(jìn)行了720 h的熱老化測(cè)試，發(fā)現(xiàn)試樣的介質(zhì)損耗因數(shù)由原來(lái)的0.005增大到0.023，硅橡膠表面的劣化程度嚴(yán)重，熱老化后的硅橡膠的電氣強(qiáng)度也逐漸降低，這歸因于分子鏈的裂解和側(cè)基的消除。

圖5 表面熱老化時(shí)間對(duì)硅橡膠力學(xué)性能的影響[44]

目前常用的改善硅橡膠表面熱老化現(xiàn)象的方法是向硅橡膠中加入某種耐熱的填料或添加劑。除此之外，也可以對(duì)硅橡膠分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，從而提高硅橡膠表面的耐熱老化性能。Tariq等[46]用微米級(jí)的氮化鋁/納米二氧化硅填充硅橡膠，并探究了填充后硅橡膠表面的熱穩(wěn)定性。測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)?shù)X的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，硅橡膠損失5%質(zhì)量所對(duì)應(yīng)的溫度較填充前升高了60 ℃。采用微米級(jí)的氮化鋁/納米二氧化硅共填充硅橡膠，可以顯著提高硅橡膠表面的熱穩(wěn)定性。Chen等[47]探究了鉑催化劑和含氮硅烷對(duì)硅橡膠表面熱穩(wěn)定性的影響，當(dāng)引入6.67 mg/L的鉑和1.4PHR（Professional in Human Resources）的含氮硅烷時(shí)，在氮?dú)夥障沦|(zhì)量損失10%和20%的溫度分別提高了36 ℃和119 ℃。鉑和含氮硅烷的協(xié)同作用可以保護(hù)硅氧烷鏈免受氧化，有效地抑制有機(jī)硅鏈的降解。Gao等[48]通過(guò)在RTV的分子鏈中引入不完全縮合的三硅烷醇-苯基-多面體低聚倍半硅氧烷（SSOH），來(lái)提高硅橡膠表面的熱穩(wěn)定性。當(dāng)SSOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，5%質(zhì)量損失的降解溫度從364.78 ℃升高到到379.50 ℃，它與硅烷醇的反應(yīng)可以減少羥基端引發(fā)的降解。

上述文獻(xiàn)所提到的對(duì)表面熱老化改性后硅橡膠熱穩(wěn)定性的表征主要集中在熱失重溫度方面，表征手段比較單一。在未來(lái)的研究中，學(xué)者們需要開(kāi)發(fā)出更多用于表征硅橡膠表面熱穩(wěn)定的方法，從多個(gè)方面體現(xiàn)其熱穩(wěn)定性的好壞，從而更具有說(shuō)服力。

4 老化硅橡膠表面的修復(fù)

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)硅橡膠的研究主要集中在表面老化和抗老化改性方面，而對(duì)老化后硅橡膠表面修復(fù)方面的研究卻很少。硅橡膠在戶外長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，不可避免地受到日曬、雨淋、高溫和嚴(yán)寒等惡劣氣候的侵蝕，導(dǎo)致硅橡膠表面老化變硬，出現(xiàn)粉化層和深度裂紋，使其電氣、力學(xué)性能逐漸下降，甚至不滿足使用要求。由于硅橡膠的老化絕大多數(shù)情況下只發(fā)生在表面，而其內(nèi)部沒(méi)有遭到破壞[49-52]，所以目前對(duì)于老化硅橡膠的修復(fù)方法主要是在老化的硅橡膠表面噴涂一層修復(fù)材料。廣東電網(wǎng)公司東莞供電局變電管理二所的周錫球等[53]在老化的硅橡膠復(fù)合套管表面復(fù)涂一層RTV，并對(duì)修復(fù)后的硅橡膠復(fù)合套管表面的憎水性、絕緣性以及漏電性進(jìn)行了研究。利用噴水分級(jí)法對(duì)修復(fù)前后硅橡膠傘裙的憎水性進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其憎水性由原來(lái)的HC6級(jí)提高到了HC1級(jí)，傘套表面的交流泄漏電流從修復(fù)前的25 mA下降至修復(fù)后的38 μA，表現(xiàn)出較好的絕緣性。李秋鵬等[54]在老化的硅橡膠復(fù)合絕緣子表面復(fù)涂了RTV修復(fù)材料，并研究了RTV涂層厚度對(duì)修復(fù)老化硅橡膠復(fù)合絕緣子力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著涂層厚度的增加，復(fù)合絕緣子的力學(xué)性能在一定程度上得到改善。當(dāng)涂層的厚度為3.597 mm時(shí)，其拉伸強(qiáng)度達(dá)到0.116 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到101.168%，說(shuō)明RTV涂層對(duì)裂紋開(kāi)口處進(jìn)行了粘接密封，起到了一定的修復(fù)作用。

當(dāng)下國(guó)內(nèi)外的科研人員對(duì)老化硅橡膠表面修復(fù)的研究還處于初始階段，關(guān)于這方面的研究還不是很多，對(duì)老化硅橡膠表面與修復(fù)材料之間的相互作用機(jī)理還沒(méi)有得到準(zhǔn)確的解釋。在今后的科研工作中，應(yīng)加深這方面的研究，這對(duì)未來(lái)解決老化硅橡膠的循環(huán)再利用問(wèn)題具有十分重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)論

硅橡膠憑借其優(yōu)異的耐候性、耐高低溫、電絕緣性、憎水性和生物相容性等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，硅橡膠材料會(huì)面臨比較惡劣的服役環(huán)境，這就使得硅橡膠表面在使用過(guò)程中或多或少地發(fā)生老化現(xiàn)象，從而縮短硅橡膠的服役壽命。本文重點(diǎn)論述了硅橡膠表面電暈老化、紫外老化以及熱老化3種老化機(jī)理及其抗老化改性方法，并對(duì)老化硅橡膠表面的修復(fù)問(wèn)題進(jìn)行了闡述。由于硅橡膠表面的老化機(jī)理比較復(fù)雜，現(xiàn)在還沒(méi)有明確解釋，因此未來(lái)相關(guān)學(xué)者應(yīng)加深對(duì)硅橡膠表面老化機(jī)理的探究。有機(jī)高分子材料表面的老化問(wèn)題一直以來(lái)都是人們研究的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者對(duì)于硅橡膠表面老化方面進(jìn)行了大量研究，但是仍然存在一些問(wèn)題需要解決：

1）目前對(duì)于硅橡膠表面老化狀態(tài)的評(píng)估與測(cè)試，還是主要集中在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，并且測(cè)試前需要對(duì)硅橡膠進(jìn)行切取等一系列預(yù)處理工作，測(cè)試流程比較復(fù)雜，會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，而用于現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估硅橡膠材料老化的方法不多，且不夠完善。因此，需要進(jìn)一步探索出更多適用于現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估硅橡膠表面老化的手段，為現(xiàn)場(chǎng)的施工人員提供便利。

2）目前來(lái)看，提高硅橡膠表面抗老化性能的方法主要是加入抗老化的填料或者添加劑，但是用于硅橡膠表面抗老化改性的填料種類繁多，它們的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)各不相同，如何解決填料在硅橡膠中的團(tuán)聚或者分散不良的問(wèn)題，使填料的改性效果達(dá)到最佳，以及探索各種改性填料之間的協(xié)同效應(yīng)或相互抑制作用，來(lái)降低硅橡膠表面抗老化改性的成本，都是亟待解決的問(wèn)題。

3）老化后硅橡膠表面的修復(fù)及循環(huán)再利用的問(wèn)題同樣需要引起人們的關(guān)注。有的企業(yè)單位選擇將老化后的硅橡膠直接丟棄，這種做法不僅造成了資源的浪費(fèi)，還給環(huán)境保護(hù)帶來(lái)了壓力。因此，科研院所應(yīng)進(jìn)一步加深對(duì)老化硅橡膠表面修復(fù)方面的研究，降低使用成本并實(shí)現(xiàn)資源的再利用。

我國(guó)的硅橡膠工業(yè)已經(jīng)進(jìn)入高速發(fā)展的階段，硅橡膠產(chǎn)業(yè)應(yīng)加快表面改性、修復(fù)技術(shù)創(chuàng)新的步伐，相信未來(lái)性能更加優(yōu)異的硅橡膠材料會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)軍事、電子設(shè)備以及生物醫(yī)療等領(lǐng)域的發(fā)展。

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Research on Aging, Modification and Repair of Silicone Rubber Surface

1,2,2,1,1,1

(1. School of Materials Science and Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China; 2. State Key Laboratory of power grid environmental protection, Wuhan 430074, China)

This paper mainly discusses the causes of corona aging on the surface of silicone rubber and the corresponding evaluation methods of corona aging, and introduces the influence of inorganic fillers such as aluminum hydroxide (ATH) on the modification of anti corona aging of silicone rubber surface; The mechanism of UV aging on the surface of silicone rubber and the corresponding evaluation methods of UV aging are summarized. In addition, the effects of light-shielding agents such as titanium dioxide, cerium dioxide and ultraviolet absorbers on the UV radiation aging resistance of silicone rubber surface are discussed; the reasons for thermal aging on the surface of silicone rubber, the corresponding evaluation methods of thermal aging and the common methods to improve the surface heat aging performance of silicone rubber are summarized. The latest research progress of aging surface repair of silicone rubber is discussed. Finally, some problems existing in the research of aging of silicone rubber surface by domestic and foreign scholars are put forward, and the future development direction is prospected.

silicon rubber; corona aging; UV aging; thermal aging; surface modification; surface repair

TQ333.93

A

1001-3660(2022)02-0108-08

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.02.010

2021-03-15；

2021-06-07

2021-03-15；

2021-06-07

電網(wǎng)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（GYW51201901305）

Open Fund of State Key Laboratory of Power Grid Environmental Protection (GYW51201901305)

潘偉斌（1997—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楦叻肿硬牧稀?/p>

PAN Wei-bin (1997—), Male, Postgraduate, Research focus: polymer materials.

吳仲巋（1964—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)楣δ芨叻肿印?/p>

WU Zhong-kui (1964—), Male, Doctor, Professor, Research focus: functional polymer.

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