C₆F₁₂O混合气体与三元乙丙橡胶的相容性研究

摘要

C₆F₁₂O作为一种新型环保绝缘气体，与缓冲气体混合后具有作为绝缘介质运用于中低压电气设备的潜力。然而，环保气体绝缘设备内的密封材料是否与C₆F₁₂O长期兼容还有待深入研究。为此，本文研究了C₆F₁₂O/CO₂混合气体与气体绝缘设备中常用的三元乙丙橡胶（EPDM）的相容性和O₂对C₆F₁₂O/CO₂混合气体与EPDM相容性的影响。本文搭建了气固相容性实验平台，并结合实际运行温度进行不同温度下C₆F₁₂O混合气体与EPDM的相容性实验，测试了实验后EPDM的表面形貌、表面元素、力学性能和气体成分的变化，以确定C₆F₁₂O混合气体与EPDM的长期相容性。同时，构建了C₆F₁₂O混合气体与EPDM分子链的仿真模型，基于分子动力学（MD）理论计算了C₆F₁₂O、CO₂与EPDM之间的扩散系数、相互作用参数和混合能。结果表明：在110℃热加速实验后EPDM表面产生鳞状结构，并在EPDM表面检测到C—F键、有机氟化物和金属氟化物，EPDM的力学性能降低，实验后主要气体产物为C₃F₆和C₃F₇H。加入O₂后，EPDM在90℃时表面出现凸起，并且有大量O、F元素积累在表面，EPDM力学性能下降，气体产物增多。理论计算也表明升高温度和加入O₂会加速C₆F₁₂O混合气体在EPDM中的扩散，导致气体分子与EPDM相容性变差。本文的研究成果将为C₆F₁₂O气体绝缘设备的设计和制造过程提供参考。

关键词

C₆F₁₂O混合气体 / 三元乙丙橡胶 / 相容性 / 分子动力学模拟

基金资助

国家自然科学基金项目（52107145）; 湖北省自然科学基金项目（2021CFA025）