硅橡胶复合绝缘子以其优异的防污闪性能在电力系统中得到了广泛应用。随着年限的增加,老化问题越来越多地引起电力工作者的关注。运行复合绝缘子伞裙材料力学性能、电气性能、憎水性、污闪特性等宏观性能研究工作已经进行得相对较为充分,而对微观结构及老化特性的系统研究还较少,发展和完善复合绝缘子老化特性的试验方法及诊断监测新技术对于提高复合绝缘子运行可靠性意义重大。本文对复合绝缘子硅橡胶材料开展了射频容性耦合辉光等离子体老化和针板电极电晕老化试验研究,主要进展如下：正交试验设计确定了复合绝缘子硅橡胶基本配方,以此为基础制备了白炭黑含量分别为10、20、30、40和50phr的硅橡胶试样,以及氢氧化铝(ATH)含量分别为70、90、110、130和150phr的硅橡胶试样,测试了硬度、体积电阻率、拉伸强度、拉断伸长率、憎水性、阻燃性和击穿强度等参数,发现邵氏硬度随白炭黑或ATH含量的增加逐渐变大,拉断伸长率在白炭黑或ATH含量最大时最小。不同原材料来源试样宏观性能比较,性能差别不大。宏观性能参数测试不能灵敏分辨组分差异及原材料来源造成的影响。采用正电子寿命谱研究了不同白炭黑含量及ATH含量对硅橡胶自由体积特性的影响,发现了硅橡胶体内含有两种尺寸的自由体积孔洞,对应的自由体积半径分别约为2.12A和4.05A。随着ATH和白炭黑含量增加,两种自由体积的尺寸基本不变,但数量减少,特别是大尺寸孔洞的数量锐减。结合宏观性能测试结果,揭示了白炭黑含量及氢氧化铝在硅橡胶材料中的调控机制。开展了射频容性耦合辉光等离子体对硅橡胶老化试验,功率为30W时等离子处理1min后,大部分硅橡胶表面完全丧失了憎水性,得到了10类不同ATH和白炭黑含量的硅橡胶憎水恢复曲线,等离子处理后硅橡胶表面的憎水角恢复不到初始水平,在此基础上推荐了射频容性耦合辉光等离子体用于硅橡胶老化的方法。采用扫描电镜、傅立叶红外光谱、X射线能谱、慢正电子束研究了等离子体老化后硅橡胶微观性能,SEM结果表明等离子体处理后材料表面随处理时间增加逐渐被破坏,填料逐步暴露在表面的形貌形成过程。傅里叶红外光谱结果表明等离子体对硅橡胶的影响深度在nm级。XPS结果表明硅橡胶表面逐渐有SiOx (x=3-4)无机层生成。慢正电子束测量发现无机层厚度约为几十nm。基于以上结果,提出了硅橡胶等离子老化影响硅橡胶分层老化结构模型—“无机层-断链层-体层”。开展了硅橡胶8kV/6mm针板电极电晕老化试验,发现电晕老化后硅橡胶表面表现为明显的分区色变及破坏现象,电晕中心为灰白色,紧邻为黑色环形区域,最外层为半径更大的晕环。黑色环形区域具有吸水性,黑色环形区域和晕环半径随电晕老化时间增加而增大。电晕老化超过24h后,中心灰白区憎水角约为100°,恢复稳定后可达到130°,超过了原始样的水平。SEM结果表明硅橡胶表面逐渐被破坏、光滑平整表面逐渐出现孔洞、局部出现缺陷和粉化层、裂纹由小变大、表面分裂成块状、孔洞和缺陷逐渐扩大的电晕老化破坏过程,由表面向内层及纵深方向逐步发展。傅里叶红外光谱结果表明Si-CH3峰、C-H峰逐渐减弱甚至消失,-OH峰逐渐形成大峰。XPS结果表明材料表面C元素含量逐渐变少,O元素含量逐渐增多。Si2p元素精细分析表明硅橡胶表面电晕老化后SiOx(x=3,4)成分逐渐增多,硅橡胶表面逐渐产生了无机硅氧层。显微红外光谱纵向深度Si-CH3峰面积分布结果表明,硅橡胶电晕老化24、72、96、144、168h时对硅橡胶的影响深度分别约为20、40、50、90和160μm。基于以上结果,提出了电晕老化影响的硅橡胶老化的不均匀区域三层结构模型—“无机层-断链层-体层”,区别于等离子体老化分层模型,电晕老化无机层厚度达μm级,且靠近中心点破损严重。在硅橡胶分层老化结构模型的基础上,根据杨氏方程及其扩展方程以及Fick定律,推导了硅橡胶老化分层结构的表面憎水恢复数学模型,憎水恢复角可由恢复时间、无机层厚度及小分子扩散速率等数学模型表达。根据憎水恢复数学模型求解了等离子老化3min和5min后小分子的扩散系数。研究结果表明,等离子体及电晕放电会显著影响硅橡胶材料憎水性丧失恢复的时间过程和物理过程,微观表征技术灵敏地反映了材料结构的变化,提出的硅橡胶“无机层-断链层-体层”三层老化模型,对于认识硅橡胶材料老化机理和复合绝缘子老化诊断新技术具有重要意义。