CN103366909B - 一种高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法，采用特制的陶瓷芯棒表面釉料和特制的高温硫化改性硅橡胶，依次通过陶瓷芯棒半成品表面污染物清理工序、预烘工序、清洗和烘干工序、刷涂偶联剂并预烘工序、高温高压注射偶联工序即完成陶瓷芯棒与高温硫化改性硅橡胶的界面粘接。采用本发明后能提高硅橡胶与陶瓷釉界面粘接质量，确保瓷复合绝缘子整体电气性能优异，使二者界面粘接力大于硅橡胶机械撕裂强度7kN/m，产品整支在盐水中水煮42h后通过正负25次陡度不小于1500kV/μs的陡波冲击。

Description

一种高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法

技术领域

本发明涉及绝缘子制造工艺，主要发明一种瓷复合绝缘子橡胶与陶瓷界面偶联工艺，具体为高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉料的界面偶联工艺。

背景技术

电气化铁路用棒式瓷复合绝缘子是采用添加改性基体的高温硫化硅橡胶作外绝缘伞裙护套，采用精细工业氧化铝高强度陶瓷作内绝缘芯棒，采用变振工艺用高强度硅酸盐胶装端部附件的一种新型混合绝缘子。针对这种新型混合绝缘子，宏观界面的质量决定绝缘子的整体机电性能，即金属附件与硅酸盐胶合剂和陶瓷芯棒与硅酸盐胶合剂的界面质量决定瓷复合绝缘子的机械性能，陶瓷芯棒与高温硫化改性硅橡胶的界面质量决定瓷复合绝缘子的电气性能。

棒式瓷复合绝缘子的生产制作和试验检测均未见报道，为生产制造质量优异的棒式瓷复合绝缘子必须保证上述宏观界面的粘接质量。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法，该方法包括如下步骤：

1）清理陶瓷芯棒半成品表面污染物；

2）将步骤1）清理干净的陶瓷芯棒半成品放入温度160℃±5℃的通风常压烘箱中预烘12h以上，主要作用是蒸发两端硅酸盐胶合剂中的可气化水分，确保在注射保压偶联过程胶装端部无水气析出；

3）取出预烘达到时间要求的半成品用质量分数95%以上的乙醇彻底擦洗半成品表面（这里的表面包括陶瓷釉表面和端部附件包胶表面）；擦洗干净后放入温度100℃±5℃的通风常压烘箱中烘干1h以上，使半成品表面干净干燥；

4）使用清洁的毛刷在半成品表面（这里的表面包括陶瓷釉表面和端部包胶附件表面）均匀刷涂经过特殊配置的偶联剂，使刷涂表面均全部湿润；刷涂完成后放入温度65℃±5℃的通风常压烘箱中预烘1h～2h，使偶联剂活性增强，取出后即刻使用；

5）按步骤4）用偶联剂处理后得到的半成品取出后放入橡胶注射模具中，采用金具附件外径与合模后模腔内径紧密切合的方式定位，通过螺杆匀速旋转均匀挤出高温硫化改性硅橡胶，使得高温硫化改性硅橡胶充满模腔空隙与陶瓷芯棒釉面充分接触，期间通过四次合模力的简谐波动，排除模腔热空气，使高温硫化改性硅橡胶完全并密实的充满模腔空隙。这样就能使高温硫化改性硅橡胶和陶瓷釉料两者宏观界面紧密契合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用本发明，能提高高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面粘接质量，确保瓷复合绝缘子整体电气性能优异，使二者界面粘接力大于硅橡胶机械撕裂强度7kN/m，产品整支在盐水中水煮42h后通过正负25次陡度不小于1500kV/μs的陡波冲击。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

1、陶瓷芯棒表面釉料制备：

陶瓷芯棒表面釉料的配方是发明名称为“一种高强度电瓷灰釉配方及其制备方法”（申请号：201210309567.8，申请日：2012-08-28）中实施例1中的白釉基料配方，即：白釉基料包括以下组分且各组分的重量份数为：钾长石25份、石英27份、新会粉9份、水洗高岭土5份、星子高岭土6份、滑石8份、石灰石5份、左云土4份、硅酸锆3份、氧化铝8份。

制备时，首先按照上述白釉基料配方进行称取各原料，然后加入白釉基料总重量30%的水搅拌得到浆料，将浆料球磨至细度达到325目筛余0.01%；然后再采用整体掺混法在浆料中加入乙烯基三甲氧基硅烷混合均匀，静置30min后得到陶瓷釉料，其中乙烯基三甲氧基硅烷的添加量为浆料重量的0.3%。

2、高温硫化改性硅橡胶制备

本发明所用的高温硫化改性硅橡胶的配方如下：它包括如下基材和其他原料，其中基材包括110-1：110-2：110-3的重量比为1：3：2。110-1、110-2、110-3的分子量均在60万以上。其中110-1、110-2、110-3是甲基乙烯基硅橡胶的三种规格。

其他原料包括：气相法二氧化硅、氢氧化铝微粉、γ-三氟丙基甲基聚硅氧烷、硅油、硅烷、色母胶、氧化锌、三乙醇胺和双二五硫化剂；其中，

气相法二氧化硅的添加量为基材总重量的35%；所述气相法二氧化硅采用的是美国卡博特公司进口的高比表面积气相法二氧化硅mM-5型号，然后用六甲基二硅氮烷喷洒在上述气相法二氧化硅上，搅拌均匀，这样就能使气相法二氧化硅表面上的大部分羟基转变为三甲硅氧烷基。

氢氧化铝微粉的添加量为基材总重量的115%；所述氢氧化铝微粉为纳米级的、并在纳米级的氢氧化铝微粉表面喷洒二甲基硅油。

γ-三氟丙基甲基聚硅氧烷的添加量为基材总重量的3.5%；所述γ-三氟丙基甲基聚硅氧烷的分子量约为55万；加入γ-三氟丙基甲基聚硅氧烷能改进高温硫化改性硅橡胶耐酸性能。

硅油的添加量为基材总重量的12%；所述硅油包括羟基硅油、乙烯基硅油、含氢硅油和二甲基硅油，其中羟基硅油、乙烯基硅油、含氢硅油和二甲基硅油的重量比为5:1:1:5。

硅烷的添加量为基材总重量的2.03%；所述硅烷包括KH-560【γ―(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷】、A-151【乙烯基三乙氧基硅烷】、DL-602三种规格；其中KH-560、A-151、DL-602的重量比为0.3:1.33:0.4。

氧化锌的添加量为基材总重量的5%；

三乙醇胺的添加量为基材总重量的0.89%；

双二五硫化剂的添加量为基材总重量的1.15%。

所述色母胶的添加量为基材总重量的1.35%；它是一种以丁苯橡胶为载体、并在载体中加入氧化铁红颜料和紫外线添加剂UV-531的色母胶。氧化铁红颜料为基材总重量的1%；紫外线添加剂UV-531的添加量为丁苯橡胶载体重量的0.15%，改进耐紫外线性能。

上述高温硫化改性硅橡胶的生产方法，该方法包括如下步骤：

1）首先按照上述高温硫化改性硅橡胶要求称取各基材和原料；将气相法二氧化硅和氢氧化铝微粉分别平均分成两份，备用；

2）密炼：常温常压下，将三种规格的甲基乙烯基硅橡胶基体加入密炼机，密炼大约3分钟，使其各规格基体橡胶混合均匀；然后加入称量好的一份气相法二氧化硅、一份氢氧化铝微粉和各规格硅烷常压密炼6分钟；最后将剩下的一份气相法二氧化硅、一份氢氧化铝微粉、以及各规格硅油、γ-三氟丙基甲基聚硅氧烷、氧化锌、三乙醇胺和色母胶顺序加入，常压密炼10分钟，然后在0.6MPa压力下密炼8分钟，取出混炼胶；

2）真空捏合：将密炼后的混炼胶整体放入捏合机中，每次捏合混炼胶重量不超过120kg；开启抽真空设备，使捏合机真空度不大于-0.06MPa，在负压下密闭捏合110分钟，控制捏合机温度不大于120℃；

3）开炼：从捏合机中取出的混炼胶，按每块12kg切块分割，在开炼机上薄通1次并打辊，辊间距设置15mm，开炼过程辊温不大于50℃；

4）停放及停放后开炼：将薄通打辊的混炼胶放置在胶料架上停放48小时左右，然后取下在开炼机上薄通3次并打辊，每辊12kg，辊间距8mm，薄通过程辊温不大于50℃；

5）停放及停放后加硫：经过二次薄通的混炼胶放置在胶料架上停放24小时左右，然后取下在开炼机上薄通加硫化剂，加硫过程薄通不少于3次，目测硫化剂分散均匀为止；辊间距5mm，加硫过程辊温不大于50℃；

6）停放及停放后返炼：加硫后的混炼胶放置在胶料架上停放24小时左右，然后取下在开炼机上薄通返炼，目测混炼胶光洁、平整、无气泡则返炼完成，辊间距5mm，返炼过程辊温不大于50℃；返炼后的胶料在6小时内用完。

经检测，本实施例的高温硫化改性硅橡胶性能如下表所示：

3、高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉料的界面偶联

按上述要求制备的高温硫化改性硅橡胶和陶瓷芯棒表面釉料通过下面的步骤在高温高压的模具中完成界面偶联。

本实施例所用的高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉面粘接用偶联剂，主要由如下重量份数的原料制成：乙烯基三乙酰基硅烷1份、丁二烯基三乙氧基硅烷5份、乙烯基硅油0.1份、稀释剂35份、活性剂0.05份。其中乙烯基三乙酰基硅烷和丁二烯基三乙氧基硅烷的重量比为1：5；稀释剂为无水乙醇，无水乙醇的体积百分含量不小于99.5%；活性剂为二丁基二月桂酸锡。

上述高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉面粘接用偶联剂的配制方法，该方法包括如下步骤：

1）按各原料的重量份数要求称取各原料，备用；

2）将无水乙醇置于1000ml容量瓶中，然后将乙烯基硅油置于容量瓶，晃动使二者混合；

3）将乙烯基三乙酰基硅烷和丁二烯基三乙氧基硅烷并置于步骤2）的容量瓶中，晃动使其相互混合；

4）将二丁基二月桂酸锡并置于步骤3）的容量瓶中，晃动使其相互混合；

5）将经过步骤4）的容量瓶置于50Hz左右的超声波震动仪中25℃常压下震动25-35min，使各原料分散均匀；即得到所述偶联剂。将制得的偶联剂盛在密闭的遮光瓶中25℃常压下保存。保存好的偶联剂需在6小时内用完。

上述步骤1）至步骤5）需在1h内完成。

3.1陶瓷芯棒表面处理

经高温烧制，按上述要求制备的表面釉料可靠附着在陶瓷芯棒表面得到陶瓷芯棒半成品。因转运和储藏过程的外界污染，使用前需对表面进行处理。可见的物理污染和灰尘用碎布擦拭干净，附着牢固的物理污染用80目砂纸打磨干净，使芯棒表面也即陶瓷釉表面无肉眼可见的物理污染；对于可见的化学油污污染和采用上述方法不能去除的污染物，使用工业丙酮局部清洗干净并通风凉干。

3.2半成品预烘

将清理干净的两端已胶装金属附件的半成品放入温度160℃±5℃的通风常压烘箱中预烘12h以上，主要作用是蒸发两端硅酸盐胶合剂中的可气化水分，确保在注射保压偶联过程胶装端部无水气析出。

3.3半成品清洗和烘干

取出预烘达到时间要求的半成品用质量分数95%以上的乙醇彻底擦洗表面，包括陶瓷芯棒釉表面和端部附件包胶表面。擦洗干净后放入温度100℃±5℃的通风常压烘箱中烘干1h以上，使半成品表面干净干燥。

3.4刷涂偶联剂并预烘

使用清洁的毛刷在半成品表面（陶瓷釉表面和端部包胶附件表面）均匀刷涂经过特殊配置的偶联剂，使刷涂表面均全部湿润。刷涂完成后放入温度65℃±5℃的通风常压烘箱中预烘1h～2h，使偶联剂活性增强，取出后即刻使用。

3.5高温高压注射偶联

按上述步骤3.4处理后得到的半成品取出后放入橡胶注射模具中，采用金具附件外径与合模后模腔内径紧密切合的方式定位，通过螺杆匀速旋转均匀挤出高温硫化改性硅橡胶。高温硫化改性硅橡胶充满模腔空隙与陶瓷芯棒釉料充分接触，期间通过四次合模力的简谐波动，排除模腔热空气，使高温硫化改性硅橡胶完全并密实的充满模腔空隙。高温硫化改性硅橡胶和电工陶瓷釉料两者宏观界面紧密契合，在130℃和100bar锁模力作用下恒温600秒，使伞裙护套和端部密封一次硫化成型，完成高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉料的界面偶联。

按照上述方法进行偶联，经检测，两者的界面粘接力大于硅橡胶机械撕裂强度7kN/m，产品整支盐水煮42h后可通过正负25次陡度不小于1500kV/μs的陡波冲击，界面偶联质量优异，产品整体电气性能卓越。

Claims (8)

1.一种高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1）清理陶瓷芯棒半成品表面污染物；

2）将步骤1）清理干净的陶瓷芯棒半成品放入温度160±5℃的通风常压烘箱中预烘12h以上；

3）取出预烘后的半成品，然后用质量分数95%以上的乙醇彻底擦洗半成品表面；擦洗干净后放入温度100±5℃的通风常压烘箱中烘干1h以上，使半成品表面干净干燥；

4）使用清洁的毛刷在半成品表面均匀刷涂粘接用偶联剂，粘接用偶联剂主要由如下重量份数的原料制成：乙烯基三乙酰基硅烷1份、丁二烯基三乙氧基硅烷5份、乙烯基硅油0.1份、稀释剂35份、活性剂0.05份；使刷涂表面均全部湿润；刷涂完成后放入温度65±5℃的通风常压烘箱中预烘1h～2h，使偶联剂活性增强，取出后即刻使用；

5）按步骤4）用偶联剂处理后得到的半成品取出后放入橡胶注射模具中，采用金具附件外径与合模后模腔内径紧密切合的方式定位，通过螺杆匀速旋转均匀挤出高温硫化改性硅橡胶，使得高温硫化改性硅橡胶充满模腔空隙与陶瓷芯棒半成品上的釉表面充分接触，期间通过四次合模力的简谐波动，排除模腔热空气，使高温硫化改性硅橡胶完全并密实的充满模腔空隙。

2.根据权利要求1所述的高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法，其特征在于，在步骤1）之前在陶瓷芯棒表面高温烧制陶瓷釉料，即得到陶瓷芯棒半成品。

3.根据权利要求2所述的高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法，其特征在于，所述陶瓷釉料的制备方法为：在白釉基料中加入重量为白釉基料总重量30%的水搅拌得到浆料，将浆料球磨至细度达到325目筛余0.01%；然后再采用整体掺混法在浆料中加入乙烯基三甲氧基硅烷混合均匀，静置30min后得到陶瓷釉料，其中乙烯基三甲氧基硅烷的添加量为浆料重量的0.3%。

4.根据权利要求3所述的高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法，其特征在于，所述陶瓷釉料需在1h内使用完。

5.根据权利要求1所述的高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法，其特征在于，在步骤1）中，对于陶瓷芯棒半成品表面可见的物理污染用碎布擦拭干净，附着牢固的物理污染用80目砂纸打磨干净，使陶瓷芯棒半成品表面无肉眼可见的物理污染；对于可见的化学油污污染和采用上述方法不能去除的污染物，使用工业丙酮局部清洗干净并通风凉干。

6.根据权利要求1所述的高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法，其特征在于，步骤4）中，所述的偶联剂是以乙烯基三乙酰基硅烷和丁二烯基三乙氧基硅烷按重量比1：5配料做主材制成的。

7.根据权利要求1所述的高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法，其特征在于，步骤5）中，所述高温硫化改性硅橡胶主要是以110-1、110-2、110-3三种分子量60万以上的甲基乙烯基硅橡胶为基材制成的，其中110-1、110-2、110-3三者的重量比为1：3：2，三者混合后乙烯基含量为0.14%～0.19%。

8.根据权利要求7所述的高温硫化改性硅橡胶与陶瓷釉界面偶联方法，其特征在于，所述高温硫化改性硅橡胶需在6h内使用完。