Đề tài Đánh giá khả năng phục hồi cách điện bề mặt của silicon sử dụng trong cách điện cao áp chếtạo bằng vật liệu composite phủ silicone sau khi chịu tác động phá huỷ bề mặt (phóng điện/plasma)

ói gián tiếp rằng cả hai loại nhiễm bẩn công nghiệp và nhiễm bẩn ở vùng biển tạo thành các lớp nhiễm bẩn giống nhau lên bề mặt cách điện SIR . Điều kiện sương muối tạo ra trên cách điện không hoạt động một ESDD là ~0,02 mg/cm 2 sau khi đặt chúng vào sương muối 3mS/cm trong một khoảng thời gian ≤ 2 giờ và bằng 0,02 đến 0,05 mg/cm 2 khi vận hành tại 0,4 kV trong 10 và 120 phút. Cách điện SIR của đường dây truyền tải sau một số năm vận hành thì có độ dầy lớp nhiễm bẩn từ 8µm (ESDD là 0,05 mg/cm 2 ) đến 23 µm ( ESDD là 0,026 mg/cm 2 ). Nhiễm bẩn tự nhiên là bụi các bon ở trên các cách điện trên đường dây ở gần đường cao tốc và bụi, phân chim từ các vùng nông nghiệp. 48 Đối với nhiễm bẩn nhân tạo như Tonoko, cao lanh và Aerosil đều được tính đến . Bột Tonoko, hay là đất sét, chứa đựng hỗn hợp SiO 2 (58 đến 76%), Al 2 O 3 (14 đến 30%) và Fe 2 O 3 (từ 2 đến 6%) với nước cũng đã được sử dụng rộng rãi . Cỡ phần tử là 6,2 µm và mật độ bột là 2,76 g/cm 3 . Đối với cao lanh cỡ phần tử là 5,8µm, mật độ là 2,6 g/cm 3 và cấu tạo chủ yếu là SiO 2 (46%), Al 2 O 3 (37%), Fe 2 O 3 (0,9%) . Nguyên liệu chủ yếu tạo thành Tonoko là mutcovit (KAl 2 Si 3 Al10 (OH) 2 ) và thạch anh. Cao lanh được cấu tạo từ thành phần chính là kaolinite (Al 2 Si 3 O 5 (OH) 4 ) và thạch anh . Có thể ghi chú rằng có các dạng khác nhau của cao lanh bao gồm Brasil, Rogers, Mexican, Georgian và Italian . Các bề mặt nhiễm bẩn cao lanh thì tương đối đồng nhất hơn. Điều này là do cao lanh có tính dính nước trong khi Tonoko có hàm lượng SiO 2 cao hơn thì có tính chống dính nước . Điện áp phóng điện DC của nhiễm bẩn cao lanh của SIR thấp hơn 15% so với Tonoko, và với nhiễm bẩn Aerosil thì thấp hơn cả hai loại trên bởi vì nó có tính hút nước và có dạng lớp trên bề mặt dầy hơn nhiều . Sau 7 năm vận hành gần bờ biển, không có sự khác biệt đáng kể vào về ESDD có thể quan sát được trên cách điện sứ và composit . Các giá trị độ tin cậy 95% của ESDD đối với SIR, EVA và sứ lần lượt là 0,107; 0,087 và 0,116 mg/cm. 49 CHƯƠNG II : ĐẶC TÍNH KHÔNG DÍNH NƯỚC CỦA CAO SU SILICONE Bản chất tính không dính nước của silicone, năng lượng mặt ngoài và dòng rò trên bề mặt silicone ; vai trò của chúng trong khả năng cách điện của silicone và đặc điểm trong quá trình sử dụng được phân tích tại chương này Cao su silicone hiện nay đang được sử dụng cũng với cách điện sứ và thủy tinh trong các kết cấu cách điện ngòai trời. Một trong những lợi thế của cách điện cao su silicone - polydimethylsiloxane (PDMS) là đặc tính kỵ nước (tính không dính nước - hydrophobic) trên bề mặt của nó. Đối với các cách điện bằng sứ và thủy tinh, nước luôn tạo thành một mặt màng mỏng bám trên bề mặt cách điện mang tính chịu nước (bám nước - hydrophilic). Khi có hiện tượng nhiễm bẩn, tức các màng nước này mang yếu tố nhiễm bẩn, dòng rò trên bề mặt sứ sẽ tăng lên, dẫn tới nguy cơ phóng điện trên bề mặt sứ cách điện. Bề mặt không dính nước của cao su silicone đã ngăn ngừa không cho tạo ra một màng nước nhiễm bẩn như vậy trên bề mặt của nó (cách điện composite phủ cao su silicone). Nếu trên bề mặt cách điện polymer thuần túy có xảy ra hiện tượng phóng điện, đặc tính không dính nước của polymer sẽ bị mất đi do bị ô-xy hóa bề mặt trong quá trình phóng điện. Tuy nhiên, cao su silicone lại có một khả năng độc đáo – đó là sự hồi phục khả năng không dính nước sau khi bị phóng điện bề mặt. Các nhà nghiên cứu trên thế giới đã đưa ra một mô hình về quá trình phục hồi khả năng không dính nước của cao su silicone trong suốt vòng đời vận hành của chúng : Trong giai đoạn 1, đặc tính nguyên thủy không dính nước trên bề mặt cao su silicone được đảm bảo nguyên vẹn (Hình 2.1). Trong giai 50 đọan 2, sau một thời gian bị tác động của các yếu tố ngoại vi, một lớp mỏng vô định hình (amorphous) giống thủy tinh đã hình thành tại bề mặt cao su silicone làm giảm quá trình phục hồi đặc tính không dính nước. Việc nghiên cứu vòng đời gồm 2 giai đọan này với tác động của các yếu tố ngoại vi sẽ có ý nghĩa trong việc phát triển và hoàn thiện công nghệ sản xuất cách điện composite với lớp phủ silicone. 2.1. Những đặc tính của cao su silicone- polydimethylsiloxane 2.1.1 Mô tả chung Cao su silicone Polydimethylsiloxane (PDMS) là loại polymer được sử dụng phổ biến để sản xuất cách điện cao áp ngòai trời. Nó có cấu tạo như sau: 51 2.1.2 Công nghệ sản xuất Polydimethylsiloxane Silicon dioxide (SiO2) được dùng để tách silicon bằng phản ứng với điện cực carbon. Quá trình diễn ra theo phản ứng như sau: Sau đó, khối cao phân tử được hình thành bởi quá trình polymer hóa. 2.1.3 Tạo polymer với kết cấu bắc cầu (crosslinked network) Có hai phương pháp tạo kết cấu bắc cầu cho polymer: lưu hóa ở nhiệt độ cao và lưu hóa ở nhiệt độ trong phòng. Đối với trường hợp lưu hóa ở nhiệt độ cao (High temperature vulcanising), cao su silicone rubbers được tạo các liên kết bắc cầu bằng cách phân hủy peroxide tại nhiệt độ trên 100°C. Sau đó các radical được tạo ra từ peroxide bị phân hủy sẽ kết hợp lại và tạo thành mối liên kết bắc cầu. Đối với trường hợp lưu hóa tại nhiệt độ trong phòng, có hai phương pháp được sử dụng. Phương pháp thứ nhất là dùng phản ứng ngưng tụ nhóm silanol để tạo các mối liên kết siloxane với sự giải phóng nước: Phương pháp thứ hai là phản ứng với sự tham gia của silicon hydrogen Si-H với các liên kết carbon chưa bão hòa, thường là nhóm vinyl (-CH=CH2). Phương pháp này cho phép kiểm sóat rất tốt mật độ liên kết bắc cầu: 52 2.1.4 Quá trình tạo thành cao su silicone phục vụ sản xuất cách điện cao áp ngòai trời. Để đáp ứng các yêu cầu về cách điện cao áp, ngòai những đặc tính sẵn có của cao su silicone, người ta còn cho thêm các chất độn để gia tăng độ bền cơ học, cho thêm aluminum trihydrate (ATH) để chống cháy vì bản thân cao su silicon rất nhậy cảm với nhiệt độ cao, dễ gây cháy. Phản ứng để bổ sung thêm ATH như sau: 2.2. Cách điện cao áp ngòai trời với thành phần cao su silicone 2.2.1 Ứng dụng của cách điện với thành phần cao su silicone Cao su silicone, từ khi giới thiệu trong năm 1960, đã vững chắc trên con đường đạt được thị phần từ cách điện sứ và thủy tinh như là các cách điện cao áp ngòai trời. (Ví dụ như cách điện treo trên đường dây tải điện, bushings, chống sét van và các đầu cáp lực...). 53 Hình 2.2. Cách điện treo composite cho DDK với thành phần cao su silicone Cao su silicone có đặc tính không dính nước trên bề mặt, có dòng rò bề mặt nhỏ và có khả năng chịu các tác động vật lý rất cao. Đó là những ưu điểm nổi trội so với các loại cách điện truyền thống bằng sứ và thủy tinh. Ngòai ra, trọng lượng nhẹ, đặc tính chịu được độ nhiễm bẩn cao cũng là những yếu tố quan trọng của cách điện composite với lớp phủ cao su silicone. 2.2.2 Về vấn đề vận hành lâu dài trong hệ thống điện Trọng tâm của vấn đề là đánh giá quá trình vận hành lâu dài trên hệ thống điện của cách điện composite. Hiện tại, trên thế giới vẫn chưa có những tiêu chuẩn cho việc thử nghiệm tăng tốc độ lão hóa cách điện polymer hoặc vật liệu cách điện polymer mặc dù một vài nước, hoặc các trung tâm nghiên cứu đang tiến hành xây dựng những tiêu chuẩn như vậy; chẳng hạn như IEEE, IEC, CIGRE, American National Standards Institute (ANSI), National Electric Manufacturers Association (NEMA). 54 Tuy nhiên, phương pháp đánh giá có hiệu quả nhất vẫn là theo dõi vận hành của các cách điện composite trên hê thống điện qua nhiều năm. Một trong những vấn đề cần phải quan tâm, đó là sự lão hóa bề mặt lõi cách điện làm cho nước ngấm vào lõi sợi thủy tinh cách điện của cách điện composite. Thêm nữa đó là sự lão hóa bề mặt cao su silicone có liên quan tới độ phục hồi đặc tính không dinh nước trên bề mặt của chúng. Vào năm 1974, hai nhà nghiên cứu Niemi and Orbeck đã đưa ra giả thuyết rằng sự phá hủy cách điện polymer là do kết quả của quá trình rạn nứt gây nên bởi các phóng điện trực tiếp xuất phát từ các dòng rò giá trị cao và đánh lửa tại các nơi đọng khô bề mặt cách điện (dry band arcing). Giả thuyết này được tiếp tục phát triển bởi các nhà nghiên cứu trên thế giới. Họ đã chỉ ra rằng sự lão hóa của bề mặt cách điện cao su silicone ở ngòai hiện trường bắt đầu với sự mất đặc tính không dính nước gây ra bởi đánh lửa tại các điểm đọng khô (dry band arcing). Đánh lửa tại các nơi đọng khô bề mặt cách điện đã phá hủy bề mặt cách điện bằng cách phân hủy chuỗi polymer và làm đóng vón các phần tử độn trong polymer (filler), kết cục là gây ra hiện tượng rạn nứt và mất đặc tính cách điện. Tuy nhiên, đánh lửa tại các điểm đọng khô (dry band arcing) chỉ có thể phát sinh khi khả năng không dính nước của cao su silicone bị suy giảm, bởi bề mặt có tính kỵ nước (không dính nước) thì sẽ không có dòng rò. Và như vậy, có thể nói rằng phóng điện vầng quang – conrona trên bề mặt cao su silicone – có đặc tính không dính nước – là cơ chế gây ra quá trình lão hóa cách điện. Phóng điện vầng quang và đánh lửa các điểm đọng khô là hai hiện tượng có bản chất rất khác nhau bởi vầng quang sinh ra do điện trường cao trong khi đánh lửa lại có liên quan tới dòng rò. Điện trường cao vượt quá ngưỡng ion hóa không khí có thể phát sinh bởi trường không đồng nhất tại nơi giọt nước 55 (vầng quang gây ra bởi gịot nước đọng) hoặc tại các khiếm khuyết về mặt hình dạng của cách điện do thiết kế. Các hậu quả của hiệu ứng vầng quang đã được kiểm chứng với sự quan sát bề mặt bị lão hóa của cách điện cao su silicone trước khi phát hiện bất cứ dòng rò nào có giá trị vượt quá 0.5mA. Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự phá hủy bề mặt cách điện có thể tránh được nếu bề mặt song song với trường điện không phải chịu cường độ trường lớn hơn 0.4 – 0.6 kV/mm. Điều này có thể thực hiện được bằng cách thay đổi sự phân bố trường – tức thay đổi về mặt hình dạng cách điện – bằng các vòng triệt tiêu vầng quang (corona rings). Nếu như đặc tính không dính nước của bề mặt bị mất đi do vầng quang, nước đọng sẽ tạo thành màng dẫn điện bằng cách hòa tan trong nó các thành phần nhiễm bẩn có trong môi trường, tiếp theo là đọng khô cục bộ rồi dẫn đến đánh lửa các điểm đọng khô - dry band arcing. Điều này sẽ dẫn tới sự phá hủy bề mặt cách điện cao su silicone. Quá trình này xảy ra trong thời kỳ ẩm ướt, sau đó ngừng lại ở thời kỳ khô. Sự phục hồi đặc tính không dính nước khi đó sẽ xảy ra. Chu trình này sẽ được lặp lại ở thời kỳ ẩm ướt và cuối cùng có thể sẽ xảy ra phóng điện ở cách điện. Các nhà nghiên cứu (Shah et al. ) đã đề xuất ra một cơ chế phóng điện khởi nguồn từ sự tương tác giữa các giọt nước và các chất nhiễm bẩn trên bề mặt cách điện tạo thành khu vực ngậm nước (hydrophilic) có tính dẫn điện. Những dòng rò nhỏ này sẽ gây hiệu ứng nhiệt trên bề mặt giữa các khu vực đó và tạo thành vùng dẫn điện lớn hơn với các kênh dẫn (filaments). Các phóng điện cục bộ (phóng điện tự dập tắt - self-quenching discharges) giữa các kênh dẫn được phát sinh từ những nơi trường không đồng nhất. Cuối cùng, cách điện bị phá hủy khi có phóng điện dọc theo các kênh dẫn bị ướt. Cơ chế này được thể hình 2.3a. Mẫu cách điện cao su silicone bị lão hóa với 56 đặc tính không dính nước không đồng nhất (inhomogeneous hydrophobicity) – do lão hóa được thể hiện ở hình 2.3b. Mẫu này được sử dụng trên hệ thống điện hơn 20 năm. Hình 2.3. Mẫu cách điện cao su silicone bị lão hóa 57 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHỤC HỒI ĐẶC TÍNH KHÔNG DÍNH NƯỚC CỦA CAO SU SILICONE SAU KHI CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA VẦNG QUANG/PLASMA 3.1. Vật liệu Vật liệu được dùng cho các nghiên cứu ở đây là cao su silicone nền PDMS với một số tính chất khác nhau. 3.2. Các điều kiện thử nghiệm trong quá trình chịu tác động của các phóng điện 3.2.1 Các phóng điện vầng quang Hệ thống thử nghiệm được thiết lập gồm hai điện cực tròn gắn kết trong một hộp thủy tinh đóng kín. Dạng hình học của điện cực trên đã được thiết kế để đạt được sự đồng nhất điện trường trên vật thử. Hệ thống thử nghiệm và các điện cực được thể hiện trên các hình 3.1 và 3.2. Điện cực tròn phía trên có đường kính 87mm. Chiều dài của 7 kim phía trong cùng là 12mm, 12 kim nằm giữa là 11mm và 12 kim nằm ngòai là 9mm. Đầu các kim này được vuốt tròn với bán kính 56 µm ±4.2. Điện cực tròn phía dưới có đường kính 140mm và được nối đất. Điện áp thử nghiệm đặt vào có giá trị 20kV/50Hz. Việc truyền các điện tích vầng quang được thực hiện qua các điện cực (thể hiện bằng Watts) và được gọi là công suất của điện cực. Đối với thí nghiệm này, có hai dạng cấu hình hê thống thử nghiệm được thực hiện. Các màng mỏng PDMS hoặc là được đặt trực tiếp lên điện cực dưới, tạo công suất điện cực khỏang 1.5W; hoặc được đặt lên một đĩa thủy tinh (dày 3mm, đường kính 120mm). Dạng thử nghiệm thứ hai cho công suất điện cực vào khoảng 2.6W. Và dạng này được dùng cho thí nghiệm và phân tích các kết quả thu 58 được (trừ khi có hiệu ứng đặc biệt từ sơ đồ thử nghiệm với công suất điện cực 1.5W). Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống thí nghiệm Hình 3.2. Vị trí của các kim trên điện cực nhìn từ phía dưới lên Tất cả hệ thống được đặt trong một công-te-nơ kín nhằm điều chỉnh được nhiệt độ ổn định tại 22±2 °C. 3.2.2 Plasma tần số radio (RF) 59 Tác động của plasma tần số radio được tiến hành trong buồng phản ứng dạng LCD-1200-400A hãng Shimadzu, Japan với dung tích khỏang 75x10-3 m3. Tác động được thực hiện với áp suất 26.6 Pa từ luồng ô-xy tinh khiết với tốc độ thổi 4.37x10-6 m3 s-1. Tần số là 13.56 MHz và công suất là 40W. Đĩa điện cực được quay nhằm tạo tính đồng nhất cho tác động của plasma lên vật thử nghiệm. 3.2.3 Plasma vi sóng (MW) Tác động của vi sóng (Microwave treatments) được thực hiện trong buồng phản ứng V15-G với tần số vi sóng. Các thông số khác như sau: áp suất 27Pa với khí ô-xy tinh khiết hoặc không khí khô thổi với tốc độ 8.3x10-7 m3 s-1. Tần số 2.45 GHz và công suất 40 hoặc 100W. 3.3. Các phương tiện, thiết bị sử dụng để đo đạc xác định các đặc tính của vật thử nghiệm 3.3.1 Đo góc tiếp xúc - Contact angle measurements Ramé Hart goniometer được sử dụng để đo góc tiếp xúc của giọt nước với bề mặt cách điện. Các phép đo được thực hiện với cây kim vẫn được giữ nguyên trong giọt nước. 3.3.2. Cân bằng Wilhelmy Góc tiếp xúc động được đo bằng Tensiometer Sigma 70 (KSV Instruments, Finland) với điều khiển tự động hòan tòan qua máy tính. 3.3.3 Hệ thống máy quang phổ và hiển vi điện tử được sử dụng trong thực nghiệm: - Reflection infrared spectroscopy (IR) - X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) - Scanning Electron Microscopy (SEM) 60 - Atomic Force Microscopy (AFM) 3.3.4 Các phép đo phản xạ neutron - Neutron reflectivity measurements 3.3.5 Kính hiển vi quang học - Optical microscopy Hình 3.3. Kính hiển vi quang học 3.3.6 Size exclusion chromatography (SEC) 3.3.7 Gas chromatography – mass spectrometry (GC-MS) Các phần phân tử gam thấp được phân tích bằng GC-MS, bằng cách sử dụng sắc ký khí Finnigan GCQ khí chromatograph / mass spectrometer (chế độ EI) 3.4. Các kết quả thực nghiệm 3.4.1. Sự mất mát và phục hồi tính kỵ nước: các phóng điện Sự mất đi và phục hồi lại đặc tính kỵ nước – tính không dính nước do bị phóng điện bề mặt (vầng quang hay plasma) đã được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới phân tích, đánh giá. Đó là những quá trình diễn ra rất phức tạp bởi cao su silicone đồng thời cùng một lúc bị tác động của một loạt các hiệu ứng: bức xạ, ion, điện tử, ozzone, tia cực tím.v.v...Thêm vào đó, các hiệu 61 ứng đó còn phụ thuộc vào bản chất cấu trúc vật liệu và các thành phân có trong vật liệu. Có thể nhận định một cách tổng quát về tác động của vầng quang/plasma lên cao su silicone như sau: (1) làm tăng lượng oxy trên bề mặt do sự hình thành các nhóm silanol và carbonyl; (2) tạo các liên kết ôxy hóa bắc cầu (oxidative crosslinking); (3) lão hóa tổng thể cấu trúc vật liệu. Năm mẫu PDMS đã được chuẩn bị cho nghiên cứu mức độ phục hồi tính kị nước, đồng thời các tính chất cơ học của lớp bề mặt giống thuỷ tinh silica cũng được nghiên cứu. Cái chữ viết tắt được sử dụng cho PDMS , chỉ khác nhau trong mật độ liên kết (/ MC) như sau: P0.7: MC = 700 g mol-1; P8: MC = 7500 g-mol -1; P12 MC = 11 600 g mol-1; P17: MC = 16 500 g mol-1 và P38: MC = 38 300 g mol-1. Các vật liệu đã bị phóng điện vầng quang hoặc plasma không khí. Phóng điện -plasma không khí đã được sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của phóng điện bề mặt với một cường độ cao (100W) trên mức độ oxi hoá bề mặt và sự phục hồi tính kị nước sau đó. Chi tiết được trình bày tiếp tại các phần tiếp theo. 3.4. 2 Sự mất đi đặc tính không dính nước Đặc tính bề mặt không dính nước của cao su silicone đã bị mất đi một cách tạn thời do bị oxy hóa bề mặt trong khi bị bị tác động của vầng quang trong không khí, sóng rađio (RF), microwave hoặc xử lý bằng plasma. Quá trình ôxy hóa đã tạo ra các kết cấu phi hữu cơ như SiOx và các nhóm silanol phân cực trên bề mặt cách điện. Quá trình được thể hiện qua những phản ứng sau đây: 62 Sự hình thành nhóm hydroxyl (Si-CH2OH) và peroxides (Si-CH2OOH) bởi phản ứng giữa nguyên tử oxy bị kích thích và cao su silicone theo phương trình 1và 2 (Scheme 1 &2): Hình 3.4. Các phản ứng oxy hóa 63 Hình 3.5. Sự ngưng tụ các nhóm silanol, tạo thành nhóm bắc cầu oxygen Các nghiên cứu về cao su silicone sau khi bị tác động của các thí nghiệm với sương muối (salt-fog) dưới điện trường cao với quan sát bằng quang phổ hồng ngoại và quang phổ tia X đã cho thấy rằng sự tác động trong thí nghiệm đã làm giảm lượng carbon từ 51% xuống còn 44% đồng thời lượng oxy tăng từ 23% lên 33%. các nhóm SiOx đã hình thành thành một lớp trên bề mặt cách điện. Khi cao su silicone bị tác động của oxygen-plasma hoặc vầng quang thì các hiệu ứng tương tự cũng xảy ra và tạo thành các nhóm silanol (Phương trình 3, Hình 3.4). Các nguyên tử silicon dương cực sẽ phản ứng với các nguyên tử oxy âm cực mạnh hơn là phản ứng với các nguyên tử carbon có tính âm cực yếu hơn. Như vậy, các nguyên tử Si sẽ tạo thành nhóm bắc cầu Si-O-Si (crosslinks SiOx). Sự ngưng tụ của các nhóm silanol cũng sẽ gây nên sự hình thành SiOx. Quá trình này được thể hiện trên hình 3.5. Thêm vào đó, các phóng điện vầng quang sẽ làm sinh ra các sản phẩm như NOx, HNO2 và HNO3 và chúng sẽ hòa tan vào nước hiện diện trên bề mặt 64 của cao su silicone. Nước mang tính axit này có thể sẽ ảnh hưởng tới quá trình điện ly các chuỗi polymer trên bề mặt cách điện. 3.4.3. Sự phục hồi đặc tính kỵ nước ( không dính nước) Cũng với các mẫu thử nghiệm mô tả tại phần 3.4.1, mô phỏng mức độ phục hồi tính kị nước sau khi bị phóng điện vầng quang đã được nghiên cứu bằng cách phóng điện vầng quang ba mẫu khác nhau của P17 tới 1h. Các mẫu bị phóng điện theo 3 cách khác nhau. Góc tiếp xúc đo đựơc thường ở trong khoảng tin cậy của khuôn khổ góc tiếp xúc. Vật liệu sau đó bị phóng điện vầng quang trong thời gian 0,5 h, 1 h hoặc 3 h để nghiên cứu ảnh hưởng của các mật độ liên kết ngang đến khả năng phục hồi tính kị nước sau đó. Quan sát chỉ ra rằng sự phục hồi đã được khôi phục độc lập với mật độ liên kết ngang của các vật liệu bị phóng điện vầng quang 0,5 h. Đối với các vật liệu bị phóng điện vầng quang 1 h, tỷ lệ phục hồi tăng với tăng mật độ liên kết ngang .Mức độ phục hồi của vật liệu bị phóng điện vầng quang trong 3 h tương tự với vật liệu bị phóng điện 1 h, tức là tỷ lệ phục hồi tăng với tăng mật độ liên kết . Sự phân tán trong số liệu góc tiếp xúc tuy nhiên rộng hơn sau khi phóng điện vầng quang 3 h . Độ trễ trực tiếp chỉ là 2-5 ° sau khi phóng điện vầng quang và nó sẽ tăng dần với thời gian phục hồi ~ 10 °. Hiện tượng trễ nhỏ trong mẫu mới bị phóng điện phản sự di chuyển theo khối chậm của lớp bề mặt đã bị oxy hoá. Sự phục hồi tính kị nước của các vật liệu bị phóng điện không khí-plasma cường độ cao hơn so với vầng quang cho thấy không có sự phụ thuộc hệ thống vào mật độ liên kết ngang của vật liệu tại bất kỳ liều lượng được sử dụng nào (30-720 s airplasma). Thời gian để phục hồi lại tính kị nước ban đầu đối với các mẫu bị phóng điện không khí-plasma ngắn hơn là các mẫu 65 bị phóng điện vầng quang. Hơn nữa sự khác biệt trong thời gian phục hồi giữa nguyên vật liệu khác nhau tăng nhanh chóng với việc tăng liều phóng điện không khí-plasma. Hiện tượng trễ góc tiếp xúc là 2-5° trực tiếp sau khi bị phóng điện không khí-plasma và tăng dần dần với thời gian phục hồi để cuối cùng đạt đến 25°. Sự phụ thuộc nhiệt độ : Sự phụ thuộc nhiệt độ của việc phục hồi tính kị nước đã được nghiên cứu bằng sự lão hóa của vật liệu bị phóng điện tại bốn nhiệt độ khác nhau (từ 22- 114° C). Việc phục hồi tính kị nước của tất cả các vật liệu bị phóng điện Corona cho thấy một sự phụ thuộc nhiệt độ Arrhenius. Sơ đồ Arrhenius biểu diễn trong Hình 3.6 thu được bởi các logarithm của thời gian tương hỗ để đạt r = 70 ° so với nhiệt độ tương hỗ. Số liệu mức phục hồi cho một loạt các vật liệu bị phóng điện Corona 1 h được biểu diễn. Hình 3.6: Quan hệ tương hỗ của logarithm thời gian để tiến tới góc tiếp xúc sau ở 70 ° sau 1h phóng điện Corona: P0.7 (), P8 (?), P12 (∆) P17 (?) và P12 biến dạng đến 15% sau khi bị phong điện() 66 Các mẫu đã bị biến dạng đến 15% căng để gây ra một fragmentation lớp bề mặt cho thấy sự tăng mức phục hồi gần 2 order biên độ (Hình 3.6). Năng lượng hoạt hoá có dải giữa 30 và 60 kJ mol-1 với mức trung bình là 42 kJ mol-1 và một dung sai tiêu chuẩn là 10 kJ mol-1..Năng lượng hoạt hoá độc lập với mật độ liên kết chéo (trung bình gồm tất cả các lần phóng điện): P0.7: 43 kJ mol-1; P8: 45 kJ mol-1; P12: 41 kJ mol-1; P17: 41 kJ mol-1; P38: 35 kJ mol-1) và thời gian bị phóng điện Corona (trung bình ± dung sai tiêu chuẩn): 40 ± 8 kJ mol-1 (0,5 h); 49 ± 10 kJ mol-1 (1 h); 42 ± 13 kJ mol-1 (3 h). Các mẫu biến dạng đến 15% sức căng cho thấy năng lượng hoạt hoá tương tự, trung bình dung sai ± theo tiêu chuẩn: 38 ± 8 kJ mol-1. Điều này chỉ ra rằng cùng một cơ chế đã thống trị, mặc dù các vết đứt gãy đã được khởi tạo trong lớp giống silic. Các mẫu bị phóng điện không khí-plasma cho thấy sự sai khác rất rõ rệt so với luật Arrhenius. Hình 3.7: Quan hệ tương hỗ của logarithm thời gian để tiến tới góc tiếp xúc sau ở 70 ° sau 180 s phóng điện không khí-plasma. Vật liệu: P8. Tất cả các dữ liệu đều phù hợp với dạng đường cong thể hiện ở hình 3.7 với độ dốc nghiêng ở nhiệt độ thấp và một đường thẳng phẳng tại nhiệt độ cao hơn. 67 Sự phục hồi đặc tính không dính nước của cao su silicone xảy ra sau khi bị tác động của vầng quang/plasma. Quá trình phục hồi này cũng rất đa dạng và phức tạp liên quan tới một loạt quá trình điện hóa. Một số quá trình có thể được trình bày như sau: 1. Quá trình định hướng lại các nhóm phân cực tại bề mặt cách điện thành một búi. 2. Sự ngưng tụ các nhóm silanol tại bề mặt 3. Sự nhiễm bẩn bề mặt ngoài cách điện 4. Sự thay đổi độ sần sùi bề mặt cách điện 5. Sự mất đi các thành phần giàu oxy vào không khí 6. Sự dịch chuyển các nhóm có trọng lượng phân tử thấp thành một búi và ra bề mặt cách điện. Tính mềm dẻo của cao su silicone không bị oxy hóa hoặc bị oxy hóa nhẹ đã tạo ra sự định hướng lại rất nhanh của các nhóm phân cực. Lực tác động ở đây đối với sự hồi phục tính chất không dính nước là sự giảm thiểu năng lượng bề mặt. Tuy nhiên, các nghiên cứu cho thấy rằng nhiễm bẩn bên ngòai bề mặt cách điện không gây nên sự phục hồi khả năng kỵ nước của cao su silicone. Chính sự dịch chuyển của một lượng cao su silicone với trọng lượng phân tử thấp từ các búi ra ngòai bề mặt là cơ chế chính của sự hồi phục tính kỵ nước (không dính nước) của cách điện cao su silicone PDMS. Quá trình phục hồi đặc tính không dính nước được tổng kết ở hình 3.8. Một lớp giống như silica có tính ngậm nước đã được hình thành trên bề mặt trong quá trình bị tác động của vầng quang/plasma. Lớp phủ này ngăn ngừa sự khuyếch tán những lượng PDMS (silicone) có trong lượng phân tử thấp ra 68 ngòai bề mặt, và kết quả là gây ra tốc độ phục hồi thấp cho đặc tính kỵ nước vốn có của cao su silicone. Tuy nhiên, sự phá vỡ lớp phủ bề mặt SiOx sẽ làm tăng tốc độ hồi phục đặc tính không dính nước. Hình 3.8. Mô tả quá trình dịch chuyển của các siloxan trọng lượng phân tử thấp qua (a) lớp SiOx bị phá vỡ (b) bề mặt lớp phủ SiOx 3.4.4. Sự lão hóa nhiệt của cao su silicone PDMS Các hiện tượng xảy ra với cách điện cao su silicone như nhiệt phát sinh tử các phóng điện, vầng quang là tương đối giống nhau. Chúng gây ra các hiện tượng phá vỡ kết cấu chuỗi polymer. 69 Hình 3.9. Những quá trình phản ứng cắt đứt chuỗi liên kết polymer 3.4.5. Ảnh hưởng yếu tố môi trường tới đặc tính kỵ nước - hydrophobicity Trong quá trình vận hành, cao su silicone chịu sự tác động của nước dưới dạng mưa, sương, của các tia cực tím từ ánh nắng mặt trời. Sựu ảnh hư