为了研究在极端低温和油介质共同作用下丁腈橡胶(NBR)密封件的可靠性,对极寒地区服役高压变压器中的密封圈进行力学性能和微观结构的研究。通过拉伸实验、微米压痕、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、差示扫描热量分析(DSC),测试极寒环境中服役1年后密封圈的力学性能、形貌变化、化学结构特性及热响应特性。结果表明:在极寒环境中服役的NBR密封圈的弹性模量和硬度均发生下降,进而导致密封作用丧失。这是由于在低温和油介质共同作用下,密封圈表面发生了溶胀,出现了微裂纹。油介质浸入NBR使其分子链间距增大,NBR分子主链柔顺性提高,同时NBR中的氰基发生水解反应,分子结构发生变化。

为了研究低温环境下变压器密封圈的失效机理,收集了极寒地区变压器中失效的橡胶密封圈试样,并进行了微观结构和力学性能研究:利用扫描电子显微镜表征由于低温和机械应力共同作用导致的微观形貌变化,利用傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热仪表征橡胶试样分子链结构和热运动的变化,通过无损微米压痕测试表征橡胶试样微米压痕硬度和简约杨氏模量的变化。结果表明:由于低温、绝缘油和机械压力的长期共同作用,丁腈橡胶(NBR)的分子链结构和排布均发生了变化,导致橡胶的微米压痕硬度和简约杨氏模量下降明显,密封作用丧失。