发明内容
为保证复合绝缘子在高原地区的使用,本发明提出一种耐光老化复合绝缘子用混炼胶及其制备方法,这种复合绝缘子用混炼胶具有好的耐光老化性能。
本发明的目的可通过以下技术方案来实现:
一种耐光老化复合绝缘子用混炼胶,包括下述重量份比例的原料经混炼而成:
硅橡胶生胶 100份,
活性氧化锌 3~10份,
改性气相二氧化硅 18~40份,
乙烯基硅油 0~5份,
硅烷偶联剂 1~10份,
羟基硅油 1~6份,
活性氢氧化铝粉 90~180份,
含氢硅油 0.2~2份,
其中,硅烷偶联剂是A-151硅烷偶联剂、A-171硅烷偶联剂其中之一或两者混合,硅橡胶生胶为甲基乙烯基硅橡胶,乙烯基含量为0.04~0.35%,其特征在于:原料中还包括0.1~1份的紫外线吸收剂UV-531。
按上述比例的原料制备耐光老化复合绝缘子用混炼胶的方法,包括以下步骤:
步骤A1、向捏合机内一次性投入活性氧化锌、紫外线吸收剂UV-531和20~40份硅橡胶生胶,并捏合成团。
步骤A2、再向捏合机内投入改性气相二氧化硅、乙烯基硅油、硅烷偶联剂、羟基硅油和适量的含氢硅油,并与步骤A1的成团料捏合成团。
步骤A3、向捏合机内通入氮气,捏合机加热到100~120℃时开始抽真空进行真空捏合,当捏合机内的真空度为-0.04~-0.09MPa,温度为160~180℃时,持续捏合90~120min。
步骤A4、出料,割胶后在开炼机上进行3~5次薄通,冷却至室温得到混炼胶A备用。
步骤B1、向捏合机内投入其余的硅橡胶生胶,再向捏合机内投入活性氢氧化铝粉和其余的含氢硅油,并将投料捏合成团。
步骤B2、向捏合机内通入氮气,捏合机加热到100~120℃时开始抽真空进行真空捏合,使捏合机内真空度为-0.04~-0.09MPa,温度为160~180℃,持续真空捏合90~120min。
步骤B3、出料,割胶后在开炼机上进行3~5次薄通,冷却至室温得到混炼胶B备用。
步骤C、将混炼胶A和混炼胶B在捏合机内捏合60~80min后,出料返炼打卷并冷却至室温,先后经过28目以上和150目以上的不锈钢滤网过滤后,制得耐光老化复合绝缘子用混炼胶。
优化方案有:还包括有步骤D,将紫外线吸收剂UV-531进行预处理,方法是:将硅橡胶生胶和紫外线吸收剂UV-531按100:40~80的比例在捏合机内捏合60~80min后,出料,使用开炼机薄通后得到膏状紫外线吸收剂UV-531,薄通时开炼机的辊距为0.2~0.5mm,步骤A1是以膏状紫外线吸收剂UV-531方式加入的紫外线吸收剂UV-531。
步骤A2中较佳的投料方法是:将改性气相二氧化硅、乙烯基硅油、硅烷偶联剂和羟基硅油分2~5次投入捏合机内,每次投料与先前捏合机内的捏合料捏合成团后,最后一次投料的同时加入含氢硅油。
步骤B1中较佳的投料方法是:将活性氢氧化铝粉和含氢硅油分2~5次投入捏合机内,每次投料与先前捏合机内的捏合料捏合成团。
本发明中,为提高复合绝缘子用混炼胶对紫外线的耐老化性能,添加紫外线吸收剂UV-531,该物质的化学名称是2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮,分子式是C
21H
26O
3,化学式为
,熔点在47.5~49.5℃,浅黄色或白色结晶粉末,耐水溶性好,迁移性小,能够强烈吸收紫外线,尤其是波长范围在270~340nm的光,这种混炼胶能减少由紫外线引起的高温和强辐射效应。
本发明突出的实质性特点和显著的进步在于:在硅橡胶混炼胶中均匀的添加适量的紫外线吸收剂UV-531,这种混炼胶具有良好的抗紫外线老化性能, 适合于高海拔地区的硅橡胶复合绝缘子使用。
具体实施方式
实施例1
参考图1和表1,表1列出本实施例的原料比例(重量份),其中硅橡胶生胶为甲基乙烯基硅橡胶,其乙烯基含量为0.04~0.12%。按表1的原料比例制备耐光老化复合绝缘子用混炼胶的方法包括以下步骤:
步骤D、紫外线吸收剂UV-531的预处理,其方法是:向捏合机内投入硅橡胶生胶、紫外线吸收剂UV-531和甲基硅油,硅橡胶生胶和紫外线吸收剂UV-531的比例为100:40,甲基硅油少量,捏合60~80min后,出料,通过开炼机薄通3~5次后得到膏状紫外线吸收剂UV-531,薄通时开炼机的辊距为0.2~0.5mm。甲基硅油作为脱模剂,可避免硅橡胶生胶和紫外线吸收剂UV531在捏合过程中粘附与捏合机内壁上,保证捏合均匀。
步骤A1、向捏合机内一次性投入硅橡胶生胶40份、活性氧化锌3份和0.35份经步骤D预处理后的膏状紫外线吸收剂UV-531(其中含有0.1份紫外线吸收剂UV-531)并捏合成团,膏状紫外线吸收剂UV-531中的硅橡胶生胶不计算在硅橡胶生胶的配方比例内(以下实施例同)。
步骤A2、再向步骤A1的捏合机内投入改性气相二氧化硅18份、乙烯基硅油5份、A-151硅烷偶联剂1份、羟基硅油1份和含氢硅油0.15份并捏合成团,具体分3次投料,方法是:留出1/3(即6份)改性气相二氧化硅和含氢硅油作为第3次投料,第1次和第2次每次将改性气相二氧化硅6份、乙烯基硅油2.5份、A-151硅烷偶联剂0.5份和羟基硅油0.5份投入捏合机内与先前的捏合料捏合成团,第3次将留出的改性气相二氧化硅6份和含氢硅油0.15份投入捏合机内与先前的捏合料捏合成团。
步骤A3、向捏合机内通入氮气,捏合机加热到100~120℃时开始抽真空进行真空捏合,使捏合机内的真空度为-0.04~-0.09MPa,温度为160~180℃,持续真空捏合90~120min。
步骤A4、出料,割胶后在开炼机上进行3~5次薄通,冷却至室温得到混炼胶A备用。
步骤B1、向捏合机内一次投入硅橡胶生胶60份后,再向捏合机内分2次投入活性氢氧化铝粉90份和含氢硅油0.05份,并将投料捏合成团,每次将活性氢氧化铝粉45份和含氢硅油0.025份一起投入捏合机内与先前捏合机内的捏合料捏合成团。
步骤B2、向捏合机内通入氮气,捏合机加热到100~120℃时开始抽真空进行真空捏合,使捏合机内真空度为-0.04~-0.09MPa,温度为160~180℃时,持续真空捏合90~120min。
步骤B3、出料,割胶后在开炼机上进行3~5次薄通,冷却至室温得到混炼胶B备用。
步骤C、将混炼胶A和混炼胶B在捏合机内捏合60~80min后,出料返炼打卷并冷却至室温,先后经过28目以上和150目以上的不锈钢滤网过滤后,制得耐光老化复合绝缘子用混炼胶。
表1
实施例2
参考图1和表2,表2列出本实施例的原料比例(重量份),其中硅橡胶生胶为甲基乙烯基硅橡胶,其乙烯基含量为0.13~0.20%。按表2的原料比例制备耐光老化复合绝缘子用混炼胶的方法,其各步骤与实施例1相同,区别在于各步骤投入的原料重量份不同,具体区别是:
步骤D:预处理紫外线吸收剂UV-531,向捏合机内投入硅橡胶生胶、紫外线吸收剂UV-531和甲基硅油,其中硅橡胶生胶与紫外线吸收剂UV-531的比例为100:50,少量甲基硅油,捏合60~80min后,出料,通过开炼机薄通3~5次后得到膏状紫外线吸收剂UV-531,薄通时开炼机的辊距为0.2~0.5mm。
步骤A1、向捏合机内一次性投入硅橡胶生胶35份、活性氧化锌5份和0.6份经步骤D预处理的膏状紫外线吸收剂UV-531(其中含有0.2份紫外线吸收剂UV-531)并捏合成团。
步骤A2、再向步骤A1的捏合机内投入改性气相二氧化硅24份、乙烯基硅油4份、A-151硅烷偶联剂2份、A-171硅烷偶联剂2份、羟基硅油4份和含氢硅油0.4份并捏合成团,具体分3次投料,方法是:先留出8份改性气相二氧化硅和含氢硅油作为第3次投料,前2次每次向捏合机内投入改性气相二氧化硅8份、乙烯基硅油2份、A-151硅烷偶联剂1份、A-171硅烷偶联剂1份和羟基硅油2份,并捏合成团,第3次再将含氢硅油0.4份和留出的8份改性气相二氧化硅一起投入捏合机内与先前捏合机内的捏合料捏合成团。
步骤B1、向捏合机内一次投入硅橡胶生胶65份后,再向捏合机内分3次投入活性氢氧化铝粉105份和含氢硅油0.15份,并将投料捏合成团,每次活性氢氧化铝粉35份和含氢硅油0.05份。
表2
。
实施例3
参考图1和表3,表3列出本实施例的原料比例(重量份),其中硅橡胶生胶为甲基乙烯基硅橡胶,其乙烯基含量为0.21~0.24%。按表3的原料比例制备耐光老化复合绝缘子用混炼胶的方法,其各步骤与实施例1相同,区别在于各步骤投入的原料重量份不同,具体区别是:
步骤D:预处理紫外线吸收剂UV-531,向捏合机内投入硅橡胶生胶、紫外线吸收剂UV-531和甲基硅油,其中硅橡胶生胶与紫外线吸收剂UV-531的比例的100:60,少量甲基硅油,捏合60~80min后,出料,通过开炼机薄通3~5次后得到膏状紫外线吸收剂UV-531,薄通时开炼机的辊距为0.2~0.5mm。
步骤A1、向捏合机内一次性投入硅橡胶生胶30份、活性氧化锌8份和1.5份经步骤D预处理后的膏状紫外线吸收剂UV-531(其中含有0.5份紫外线吸收剂UV-531)并捏合成团。
步骤A2、再向步骤A2的捏合机内投入改性气相二氧化硅30份、乙烯基硅油3份、A-151硅烷偶联剂4份、A-171硅烷偶联剂3份、羟基硅油5份和含氢硅油0.8份并捏合成团,具体分4次投料,方法是:先留出7.5份改性气相二氧化硅和含氢硅油作为第4次投料,前3次每次向捏合机内投入改性气相二氧化硅7.5份、乙烯基硅油1份、A-151硅烷偶联剂1.3份、A-171硅烷偶联剂1份和羟基硅油1.7份,并捏合成团,再将含氢硅油0.8份和留出的7.5份改性气相二氧化硅一起投入捏合机内与先前捏合机内的捏合料捏合成团。
步骤B1、向捏合机内一次投入硅橡胶生胶70份后,再向捏合机内分2次投入活性氢氧化铝粉125份和含氢硅油0.28份,并将投料捏合成团,每次投入活性氢氧化铝粉62.5份和含氢硅油0.14份。
表3
实施例4
参考图1和表4,表4列出本实施例的原料比例(重量份),其中硅橡胶生胶为甲基乙烯基硅橡胶,其乙烯基含量为0.21~0.24%。按表4的原料比例制备耐光老化复合绝缘子用混炼胶的方法,其各步骤与实施例1相同,区别在于各步骤投入的原料重量份不同,具体区别是:
步骤D:预处理紫外线吸收剂UV-531,向捏合机内投入硅橡胶生胶、紫外线吸收剂UV-531和甲基硅油,其中硅橡胶生胶与紫外线吸收剂UV-531的比例的100:70,少量甲基硅油,捏合60~80min后,出料,通过开炼机薄通3~5次后得到膏状紫外线吸收剂UV-531,薄通时开炼机的辊距为0.2~0.5mm。
步骤A1、向捏合机内一次性投入硅橡胶生胶25份、活性氧化锌9份和2份经步骤D预处理后的膏状紫外线吸收剂UV-531(其中含有0.7份紫外线吸收剂UV-531)并捏合成团。
步骤A2、再向步骤A2的捏合机内投入改性气相二氧化硅35份、乙烯基硅油1份、A-151硅烷偶联剂4.5份、A-171硅烷偶联剂4份、羟基硅油5.5份和含氢硅油1.2份并捏合成团,具体分4次投料,方法是:先留出8份改性气相二氧化硅和含氢硅油作为第4次投料,前3次每次向捏合机内投入改性气相二氧化硅9份、乙烯基硅油0.3份、A-151硅烷偶联剂1.5份、A-171硅烷偶联剂1.3份和羟基硅油1.8份,并捏合成团,第4次将含氢硅油1.2份和留出的8份改性气相二氧化硅一起投入捏合机内与先前捏合机内的捏合料捏合成团。
步骤B1、向捏合机内一次投入硅橡胶生胶75份后,再向捏合机内分4次投入活性氢氧化铝粉150份和含氢硅油0.4份,并将投料捏合成团,每次投入活性氢氧化铝粉37.5份和含氢硅油0.1份。
表4
实施例5
参考图1和表5,表5列出本实施例的原料比例(重量份),其中硅橡胶生胶为甲基乙烯基硅橡胶,其乙烯基含量为0.25~0.35%。按表5的原料比例制备耐光老化复合绝缘子用混炼胶的方法,其各步骤与实施例1相同,区别在于各步骤投入的原料重量份不同,具体区别是:
步骤D、预处理紫外线吸收剂UV-531,向捏合机内投入硅橡胶生胶、紫外线吸收剂UV-531和甲基硅油,其中硅橡胶生胶与紫外线吸收剂UV-531的比例的100:80,少量甲基硅油,捏合60~80min后,出料,通过开炼机薄通3~5次后得到膏状紫外线吸收剂UV-531,薄通时开炼机的辊距为0.2~0.5mm。
步骤A1、向捏合机内一次性投入硅橡胶生胶20份、活性氧化锌10份和2.5份经步骤D预处理后的紫外线吸收剂UV-531(其中含有1.0份紫外线吸收剂UV-531),并捏合成团。
步骤A2、再向步骤A2的捏合机内投入改性气相二氧化硅40份、A-171硅烷偶联剂10份、羟基硅油6份和含氢硅油1.5份并捏合成团,具体分5次投料,方法是:先留出8份改性气相二氧化硅和含氢硅油作为第5次投料,前4次每次向捏合机内投入改性气相二氧化硅8份、A-171硅烷偶联剂2.5份和羟基硅油1.5份,并捏合成团,第5次将含氢硅油1.5份和留出的8份改性气相二氧化硅一起投入捏合机内与先前捏合机内的捏合料捏合成团。
步骤B1、向捏合机内一次投入硅橡胶生胶80份后,再向捏合机内分5次投入活性氢氧化铝粉180份和含氢硅油0.5份,并将投料捏合成团,每次投入活性氢氧化铝粉36份和含氢硅油0.1份。
表5
耐光老化复合绝缘子用混炼胶的原料来源:
本实施例1~实施例5的所有原料都通过市场直接购买得到,其中改性气相二氧化硅和活性氢氧化铝粉还可以通过以下方法自行制备,以降低成本:
改性气相二氧化硅的制备方法为:将气相二氧化硅、六甲基二硅氮烷和陶瓷球按100:10~20:5~10的比例投入高速搅拌机后,开启高速搅拌机,先常温运转0.5h后,开始加热运转,当温度升至100~110℃时恒温运转30~40min,之后停止加热,继续运转0.5h后出料,得到改性气相二氧化硅。
活性氢氧化铝粉的制备方法为:将氢氧化铝粉和氢氧化铝粉偶联剂按100:1的比例投入高速搅拌机后,氢氧化铝粉偶联剂可以是A-171硅烷偶联剂或者A-171硅烷偶联剂与A-174硅烷偶联剂按4:1的混合物,启动高速搅拌机,在运转速度为460r/min,温度为110~120℃的条件下,捏合20~30min后出料,得到活性氢氧化铝粉。
本发明的混炼胶的耐光老化性能评价
为了评价本发明的混炼胶效果,我们制备了实施例1~5的对比混炼胶1~5,各对比混炼胶的原料除不添加紫外线吸收剂UV-531外其它原料及原料比例与其对应的实施例完全相同,制备混炼胶的方法也与其对应的实施例完全相同。
分别对各实施例的混炼胶以及各对比混炼胶进行憎水性能测试,将实施例的混炼胶与其相对应的对比混炼胶的测试结果进行对比,衡量实施例的混炼胶的耐光老化性能,具体方法是:
1. 制备样品,将各实施例的混炼胶及各对比混炼胶分别在170℃温度下硫化5min后制成1.0±0.2cm的圆形胶片为样品,各实施例的混炼胶及各对比混炼胶的样品都分有空白组和处理组,每组3个平行;
2. 对处理组的样品参照国标GB/T 16422.3-1997进行人工光老化,将处理组的样品放入紫外线耐气候老化试验箱内,使用UV-A340荧光紫外线为光源,保持样品和光源的间距为50mm,循环在黑标准温度60±3℃下辐照暴露8h后,再在黑标准温度50±3℃下无辐照冷凝暴露4h,直至暴露时间达到5000h,其中辐照强度为2000~2600μW/cm2·s;
3. 对经过上述人工光老化的处理后的处理组样品参照我国电力行业标准DLT 376-2010采用静态接触角法测定憎水性能,测定结果见表6;
4. 对空白组进行空白试验,即空白组样品不经过人工光老化处理,直接采用静态接触角法测定憎水性能,测定结果见表6;
5. 计算处理组相对于空白组的静态接触角变化率,静态接触角变化率=(处理组静态接触角-空白组静态接触角)×100%/空白组静态接触角,计算结果见表6。
表6
将实施例的混炼胶和相应的对比混炼胶的憎水性能测试结果作对比可见,在人工光老化处理后,实施例的混炼胶及对比混炼胶的静态接触角均减少,说明长时间光照后,实施例的混炼胶及对比混炼胶的憎水性均下降,但是实施例的混炼胶的静态接触角变化率明显低于相应的对比混炼胶,说明实施例的混炼胶的憎水性下降幅度小,相应的对比混炼胶的憎水性下降幅度大,由此证明添加的紫外线吸收剂UV-531能够显著提高混炼胶的耐光老化性能。
评价本发明的混炼胶除憎水性外的其他常规性能
制备样品,将实施例1~5的混炼胶分别在170℃温度下硫化5min后制成1.0±0.2cm的圆形胶片为样品,参照我国电力行业标准DLT 376-2010对样品进行常规性能参数测试,测试项目及结果见表7。
表7
检测结果证明,各实施例的混炼胶的主要性能参数均符合复合绝缘子的生产标准要求,紫外线吸收剂UV-531不会破坏混炼胶的主要性能。进一步证明,本发明在保证混炼胶各项性能的基础上,有效提高了耐光老化性能。