عایق های کامپوزیت دارای مزایای وزن سبک، مقاومت در برابر آلودگی، نصب و نگهداری آسان و غیره هستند. مقره های کامپوزیت به طور گسترده ای در ساخت شبکه های برق در داخل و خارج از کشور استفاده می شوند. در حال حاضر تعداد مقره های کامپوزیت در استفاده معمولی در چین حدود 8 میلیون است که یکی از کشورهایی است که بیشترین تعداد عایق های کامپوزیت را دارد. عایق های کامپوزیت در حین کار به راحتی تحت تأثیر عوامل زیادی مانند ماشین آلات، محیط زیست و برق قرار می گیرند. با افزایش زمان کارکرد مقره های کامپوزیت، عایق های کامپوزیت سخت، شکننده و نشتی و... می شوند که اگر مقره های کامپوزیت به مدت طولانی به صورت زنده کار کنند، بر عملکرد عادی شبکه برق تاثیر می گذارد. در سال های اخیر مشکل کهنگی عایق های کامپوزیتی مورد توجه ادارات مربوطه قرار گرفته است.
ماده عایق خارجی عایق کامپوزیت عمدتاً لاستیک سیلیکونی ولکانیزه شده با دمای بالا است که یک الاستومری است که با افزودن کمپلکس های مختلف مانند پرکننده تقویت کننده و عامل کنترل سازه به لاستیک و سپس برهمکنش با عامل ولکانیز کننده به دست می آید. لاستیک سیلیکونی ولکانیزه با دمای بالا دارای پایداری قوی، آب گریزی و بازیابی آبگریزی است. عایق کامپوزیت برای مدت طولانی در محیط بیرون کار می کند و آلودگی، کرونا و رطوبت در محیط بیرون باعث آسیب به سطح لاستیک سیلیکونی می شود که به تدریج خواص عایق کامپوزیت را از بین می برد و در نهایت از بین می رود.
در حال حاضر، جهت ساخت و ساز اصلی شبکه برق چین به سمت UHV و UHV تغییر می کند. شبکه برق Uhv در بسیاری از موارد نیاز به ساخت در مناطق با ارتفاع زیاد و آلودگی بالا دارد. بنابراین عایق های کامپوزیت باید با مشکلاتی مانند اشعه ماوراء بنفش و تخلیه کرونا مواجه شوند که این موارد نیز در پیری عایق های کامپوزیتی باید مورد توجه قرار گیرد.
نوع پیری و مکانیسم عایق کامپوزیت
پیری عایق های کامپوزیتی را می توان به سه دسته تقسیم کرد: پیری فیزیکی، پیری شیمیایی و پیری الکترومکانیکی.
1. پیری فیزیکی
عوامل پیری فیزیکی عایق های کامپوزیتی عمدتاً شامل اشعه ماوراء بنفش، دمای بالای موضعی و خستگی ناشی از استرس است. پیری فیزیکی به طور جدی بر خواص مکانیکی و الکتریکی لاستیک سیلیکونی تأثیر می گذارد. آزمایش قرار گرفتن در معرض مواد لاستیکی سیلیکونی در طول 1998-2005 در چین انجام شد و پیری لاستیک سیلیکونی مورد مطالعه قرار گرفت. مشخص شد که وقتی عایق کامپوزیت برای مدت طولانی در فضای باز قرار می گیرد، ویژگی فوتوالکتریک عایق کامپوزیت به وضوح تغییر می کند، که در این میان این تغییر در ناحیه بیابانی و منطقه فلات نیمه گرمسیری مشهودتر است.
نور ماوراء بنفش اثر تسریع کنندگی زیادی بر پیری لاستیک سیلیکون دارد، اگرچه نور ماوراء بنفش و می تواند ساختار زنجیره اصلی لاستیک سیلیکونی را به طور کامل قطع کند، اما نور ماوراء بنفش و سایر عوامل اکسیداسیون متیل زنجیره جانبی لاستیک سیلیکونی را با هم ترکیب می کنند و در نهایت منجر به پیری لاستیک سیلیکونی ساختار زنجیره اصلی در لاستیک سیلیکون رادیکال های آزاد را پس از شکست تولید می کند، این بخش از رادیکال های آزاد با انرژی بالا، آسان برای تولید واکنش متقابل بین یکدیگر. هنگامی که رادیکال های آزاد در معرض هوا قرار می گیرند، با اکسیژن موجود در هوا نیز اکسید می شوند و متان و گازهای دیگر تولید می کنند.
در سالهای اخیر، با پیشرفت تدریجی پروژه انتقال برق از غرب به شرق، تعدادی از خطوط انتقال فشار قوی با عایقهای کامپوزیت به عنوان مصالح ساختمانی اصلی در Yunguichuan و Xizang ساخته شده است. محیط طبیعی در این مناطق شدیدتر از سایر مناطق است و عایق های کامپوزیتی در اینجا مستعد پیری در کاربرد هستند. در Yunguichuan و سایر مناطق با ارتفاع زیاد، با افزایش زمان تابش اشعه ماوراء بنفش، استحکام و ازدیاد طول لاستیک سیلیکونی با تغییر زمان به تدریج کاهش می یابد، مقاومت نیز با افزایش زمان تابش کاهش می یابد و آب گریزی لاستیک سیلیکونی نشان خواهد داد. یک روند کاهشی دلیل این پدیده این است که پیوند اولیه لاستیک سیلیکونی عایق کامپوزیت تحت تأثیر اشعه ماوراء بنفش به هم متصل می شود که باعث می شود خواص مکانیکی لاستیک سیلیکونی به طور مداوم کاهش یابد.
واکنش ترک نیز گاز تولید می کند، فرار گاز از عملکرد لاستیک سیلیکون، سطح لاستیک سیلیکون ناهموار یا حتی سوراخ ظاهر می شود. گروه غیر متیل در زنجیره جانبی به دلیل واکنش اکسیداسیون سقوط می کند، در این زمان، گروه غیر متیل نمی تواند یک سپر قدرتمند برای زنجیره اصلی تشکیل دهد و در نتیجه آب گریزی سطح لاستیک سیلیکونی به تدریج کاهش می یابد. علاوه بر این، گروه های آبدوست در لاستیک سیلیکونی نیز آب را از سطح لاستیک سیلیکونی جذب می کنند، به طوری که مقاومت لاستیک سیلیکونی همچنان کاهش می یابد. شکستن زنجیره شیمیایی در لاستیک سیلیکونی نیز باعث ضعیف شدن عایق و نشت و حوادث دیگر می شود. بنابراین، اگر یک لاستیک سیلیکونی تحت محیط قوی UV برای مدت طولانی، لاستیک سیلیکون داخلی به وقوع ترک خوردگی ادامه خواهد داد، واکنش های متقابل مانند اکسیداسیون، ساختار مولکولی لاستیک سیلیکونی داخل را از بین می برد، از نقطه نظر ماکرو، به لاستیک سیلیکون قرار گرفتن در معرض طولانی در معرض نور ماوراء بنفش محیط زیست سقوط در لاستیک سیلیکون عملکرد الکتریکی و عملکرد مکانیکی کاهش می یابد، بر استفاده طبیعی از لاستیک سیلیکون تاثیر می گذارد.
مشخص شده است که اکسید آهن رنگکننده میتواند واکنش اکسیداسیون حرارتی را در لاستیک سیلیکونی عایق مرکب مهار کند تا پایداری لاستیک سیلیکونی حفظ شود، اما استفاده از اکسید آهن رنگکننده نقش کاتالیزوری در واکنش هیدرولیز دارد. هنگامی که نانو سیلیس به لاستیک سیلیکونی اضافه می شود، احتمال ولتاژ فلاش اور عایق کامپوزیت با افزایش مقدار اضافه کاهش می یابد. هنگامی که ذرات نانو BN به لاستیک سیلیکونی اضافه می شود، توزیع دمای سطح لاستیک سیلیکونی یکنواخت تر خواهد بود، عمق فرسایش به تدریج کاهش می یابد، پایداری مقاومت سطح لاستیک سیلیکونی افزایش می یابد و احتمال مشکل فلاش اور افزایش می یابد. به کاهش ادامه دهد.
همچنین خستگی ناشی از استرس، پیری عایق های کامپوزیتی را تا حد زیادی تسریع می کند. مشخص شده است که وقتی لرزش با فرکانس بالا در دامن چتر با عایق های بار رخ می دهد، ارتعاش منجر به پدیده تمرکز استرس جدی در ریشه دامن چتر می شود. ریشه دامن چتری تحت بار طولانی مدت و با استحکام بالا همیشه در حالت خستگی استرسی خواهد بود که منجر به ایجاد ترک های ریز می شود. اگر ریز ترک ها به طور موثر ترمیم نشوند، عمق ترک ها همچنان افزایش می یابد و در نهایت دامن چتر پاره می شود.
2. پیری شیمیایی
عوامل اصلی پیری لاستیک سیلیکون عایق کامپوزیت عبارتند از ازن، اسید و باز و اکسید نیتروژن که از جمله آنها اکسید نیتروژن با آب واکنش داده و اسید نیتریک تولید می کند. هنگامی که عایق کامپوزیت برای مدت طولانی در محیط اسیدی قرار می گیرد، سطح عایق کامپوزیت به طور جدی خورده می شود. اسید قوی منجر به شکستن ستون فقرات لاستیکی سیلیکونی عایق کامپوزیت می شود و در نتیجه باعث آسیب به مواد لاستیکی سیلیکونی می شود. هنگامی که عایق کامپوزیت در محیط قلیایی قرار می گیرد، سطح عایق کامپوزیت قلیایی ضعیفی از خود نشان می دهد و مواد قلیایی نیز باعث شکسته شدن پیوند اولیه در لاستیک سیلیکونی و در نتیجه از بین رفتن آب گریزی عایق کامپوزیت می شود. از دیدگاه کلان، لاستیک سیلیکونی عایق کامپوزیت در محیط اسیدی یا قلیایی برای مدت طولانی پدیده کاهش مقاومت را نشان خواهد داد.
در محیط آلوده و مرطوب برای مدت طولانی، آب گریزی سطح لاستیک سیلیکونی عایق های کامپوزیتی به تدریج ضعیف شده و حتی با افزایش زمان به طور کامل از بین می رود. هنگامی که عایق های کامپوزیت در محلول هایی با خواص مختلف غوطه ور می شوند، می توان دریافت که سطح عایق های کامپوزیت در محلول های خنثی تغییر قابل توجهی نمی کند، در حالی که سطح عایق های کامپوزیت در محلول های اسیدی و قلیایی پدیده خوردگی آشکار و درجه خوردگی را نشان می دهد. به تدریج با افزایش اسیدیته و قلیاییت عمیق تر می شود. برای عایق های کامپوزیتی، محیط اسیدی مضرتر از محیط قلیایی است.
با توجه به پدیده تخلیه در حین کار خط فشار قوی، ازن ایجاد شده توسط پدیده تخلیه اکسید شده و با مواد پلیمری موجود در عایق کامپوزیت واکنش نشان می دهد. واکنش اکسیداسیون منجر به نقص های جدی در سطح عایق کامپوزیت می شود و حتی تأثیر جدی بر عملکرد عایق کامپوزیت خواهد داشت.
3. پیری الکتریکی
عایق های کامپوزیت علاوه بر تاثیرپذیری از محیط طبیعی، تحت تاثیر میدان های الکتریکی با ولتاژ بالا نیز قرار می گیرند که پیری لاستیک سیلیکونی را تسریع می کند. در عین حال، مطالعه عایق های کامپوزیتی باردار و عایق های کامپوزیت بدون شارژ نشان می دهد که طول عمر عایق های کامپوزیت شارژ شده به مراتب کمتر از عایق های کامپوزیت بدون شارژ است، که همچنین نشان می دهد که پیری الکتریکی عامل مهمی است که باعث پیری عایق های کامپوزیتی عایق کامپوزیت در عملکرد عادی تحت تأثیر ذرات باردار قرار می گیرد که منجر به شکستن زنجیره اصلی لاستیکی سیلیکونی مقره کامپوزیت می شود. در همان زمان، با اکسیژن اطراف و سایر مواد واکنش داده و اکسیدهای نیتروژن و سایر مواد را تولید می کند و سپس به عملکرد لاستیک سیلیکونی آسیب می رساند. قوس کرونا همچنین باعث ایجاد دمای بالا در سطح عایق های کامپوزیتی می شود که باعث کاهش خواص الکتریکی و مکانیکی عایق های کامپوزیت می شود. پس از سوزاندن عایق های کامپوزیت توسط قوس تاج، محتوای مواد آلی در سطح عایق های کامپوزیت به شدت کاهش می یابد و در نتیجه عملکرد عایق عایق های کامپوزیتی کاهش می یابد. در تمام دوران پیری، فرآیند واکنش پیری الکتریکی پیچیده ترین است و فرآیند پیری الکتریکی نیز همزمان ظاهر می شود، پیری فیزیکی و پیری شیمیایی، بنابراین، تاثیر پیری الکتریکی بر مواد عایق کامپوزیت بیشترین میزان را دارد.