CN104130580A - 一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶及其制备方法，该硅橡胶包括以下原料：甲基乙烯基硅橡胶A、甲基乙烯基硅橡胶B、气相白炭黑、氢氧化铝、硼酸锌、三氧化二铝、硅烷偶联剂、结构控制剂、含氢硅油、乙烯基硅油、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸盐、三乙醇胺、四氟乙烯粉、紫外线吸收剂、色母胶、硫化剂；本发明还提供了一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶的制备方法。本发明的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，在满足绝缘子硅橡胶标准要求的力学性能、憎水性、耐候性的同时，具有较高的阻燃性、耐漏电起痕性能和耐电蚀损性；能够保证复合绝缘子的长期正常运行，并提高其使用寿命及运行安全性。本发明的制备方法工艺简单，成本较低，适合大规模工业化应用。

Description

一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶及其制备方法

技术领域

本发明属于高压绝缘材料技术领域，具体涉及一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶及其制备方法。

背景技术

目前，在输变电设备中，绝缘子具有重要的作用。复合绝缘子为最近几十年发展起来一种绝缘子，因具有重量轻、体积小、强度高、耐污秽、制作工艺简单、易维护等优点，比瓷绝缘子及玻璃绝缘子具有一定的优势。在国内，经过二十多年的发展，复合绝缘子得到了大面积的使用。复合绝缘子由玻璃纤维增强树脂芯棒、硅橡胶伞裙、上下法兰等构成，伞裙包裹于芯棒外面，起着承受外部高电场及户外严酷的自然环境的共同作用。因此，复合绝缘子用硅橡胶要求具备较高的耐漏电起痕性能、耐电蚀损性、耐候性、阻燃性及一定的力学性能要求。

一般硅橡胶由生胶、补强体系、结构控制剂、硫化体系及其它添加剂等组分构成。对性能要求不同，配比差异较大。绝缘子用硅橡胶要求硅橡胶具有较好的电学性能及力学性能；同时，长时间的通电，会对绝缘子表面硅橡胶造成电蚀损。近年来，随着电压等级的逐渐提高，对硅橡胶的电蚀损也相应增加，但是目前市场上的硅橡胶只能满足绝缘子硅橡胶标准要求的力学性能、憎水性和耐候性，不能兼具良好的阻燃性、耐漏电起痕性能和耐电蚀损性。

发明内容

本发明的目的是提供一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，在保持良好的力学性能、憎水性、耐候性的同时，具有较高的阻燃性、耐漏电起痕性能和耐电蚀损性。

本发明的另一个目的是提供一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，由以下重量份数的原料组成：

所述甲基乙烯基硅橡胶A的分子量为55～65万，其乙烯基摩尔分数为0.06%～0.20%。

所述甲基乙烯基硅橡胶B的分子量为60～70万，其乙烯基摩尔分数为0.80%～1.00%。

所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、A151中的任意一种或组合。

所述结构控制剂为羟基硅油203、羟基硅油208、六甲基二硅氮烷中的任意一种或组合。

所述乙烯基硅油的分子结构为甲基封端，支链含乙烯基，且乙烯基摩尔分数为6%～14%。乙烯基硅油的作用在于提高硅橡胶抗撕裂性能及硬度。

所述硬脂酸盐为硬脂酸锌、硬脂酸钙中的任意一种或组合。硬脂酸盐的作用在于提高硅橡胶的脱模和力学性能。

所述紫外吸收剂为2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的任意一种或组合。紫外吸收剂的作用在于提高硅橡胶的耐候性及抗老化性。

所述硫化剂为过氧化二异丙苯、2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷中的任意一种或组合。硫化剂在这里用作交联剂。

一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶的制备方法，包括下列步骤：

1）在40～60℃条件下，先将甲基乙烯基硅橡胶A70～95重量份、甲基乙烯基硅橡胶B5～30重量份和四氟乙烯粉0.5～3重量份加入捏合机中，再将气相白炭黑20～40重量份、结构控制剂1～6重量份和硅烷偶联剂2～3重量份混合后制成混合物1，将该混合物1分三批加入捏合机中，加入量依次为混合物1总重量的50%、30%、20%，第一批加入后混炼20～30min，再加入第二批混炼15～20min，后加入第三批混炼至混合均匀后得混合物2，将混合物2从捏合机取出，静置12～14小时；

2）将步骤1）中静置后的混合物2加入捏合机中，将捏合机升温至60～80℃，再将氢氧化铝90～135重量份和硅烷偶联剂3～5重量份混合后制成混合物3，将该混合物3分二批加入捏合机中，第一批加入混合物3总重量的50%，后加入三氧化二铝1～5重量份、硼酸锌5～20重量份，混炼均匀后加入第二批混合物3，混炼至均匀得混合物4；

3）在步骤2）所得混合物4中依次加入乙烯基硅油0.5～2重量份、氧化锌1～6重量份、硬脂酸0.2～1重量份、硬脂酸盐0.1～0.5重量份、三乙醇胺0.5～4重量份、紫外吸收剂0.2～2重量份，混炼30～60min后得混合物5；

4）将步骤3）所得混合物5边混炼边升温至110～130℃后持续混炼10～15min，后抽真空到-0.05MPa～-0.08MPa，继续混炼15～20min，后取出静置12～24小时；

5）将步骤4）中静置后的混合物5转移至开炼机上开炼，并依次加入含氢硅油0.2～2重量份、硫化剂0.4～1重量份、色母胶0.5～2重量份，开炼均匀后薄通出片，即得。

上述制备方法的步骤2）中，加入的三氧化二铝优选事先采用硅烷偶联剂处理过的三氧化二铝，用来处理三氧化二铝的硅烷偶联剂的质量为三氧化二铝质量的2%。

本发明的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶的原料中，优选：气相白炭黑比表面积为150～300m²/g；氢氧化铝的粒径为D50为1μm；硼酸锌的粒径为D50≤10μm；三氧化二铝的粒径为D50≤10μm；氧化锌粒径为D50≤10μm，纯度≥99%；四氟乙烯粉粒径D50≤10μm；含氢硅油含氢量为摩尔分数0.2%～0.6%；色母胶采用目前绝缘子常用颜色，为灰色或者红色。以上D50指累计分布百分数达到50%时所对应的粒径值。

本发明的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，在满足绝缘子硅橡胶标准要求的力学性能、憎水性、耐候性的同时，具有较高的阻燃性、耐漏电起痕性能和耐电蚀损性；能够保证复合绝缘子的长期正常运行，并提高其使用寿命及运行安全性。本发明的制备方法工艺简单，成本较低，适合大规模工业化应用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，由以下重量份数的原料组成：

其中：甲基乙烯基硅橡胶A的分子量55万，乙烯基摩尔分数0.10%；甲基乙烯基硅橡胶B的分子量65万，乙烯基摩尔分数1.00%；乙烯基硅油的分子结构为甲基封端，支链含乙烯基，且乙烯基摩尔分数为6%。

本实施例的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶的原料中，气相白炭黑比表面积为150m²/g；氢氧化铝的粒径为D50为1μm；硼酸锌的粒径为D50≤10μm；三氧化二铝的粒径为D50≤10μm；氧化锌粒径为D50≤10μm，纯度≥99%；四氟乙烯粉粒径D50≤10μm；含氢硅油含氢量为摩尔分数0.2%。

本实施例的绝缘子用高耐电蚀性硅橡胶的制备方法，包括下列步骤：

1）在40℃条件下，先将甲基乙烯基硅橡胶A85重量份、甲基乙烯基硅橡胶B15重量份和四氟乙烯粉1重量份加入捏合机中，再将气相白炭黑30重量份、6重量份的羟基硅油203和2重量份的KH550混合后制成混合物1，将该混合物1分三批加入捏合机中，加入量依次为混合物1总重量的50%、30%、20%，第一批加入后混炼25min，再加入第二批混炼115min，后加入第三批混炼至混合均匀后得混合物2，将混合物2从捏合机取出，静置14小时；

2）将步骤1）中静置后的混合物2加入捏合机中，将捏合机升温至70℃，再将氢氧化铝135重量份和4重量份的A151混合后制成混合物3，将该混合物3分二批加入捏合机中，第一批加入混合物3总重量的50%，后加入三氧化二铝5重量份、硼酸锌20重量份，混炼均匀后加入第二批混合物3，混炼至均匀得混合物4；

3）在步骤2）所得混合物4中依次加入乙烯基硅油0.5重量份、氧化锌2重量份、硬脂酸1重量份、硬脂酸锌0.2重量份、三乙醇胺4重量份、2，4-二羟基二苯甲酮剂0.5重量份，混炼50min后得混合物5；

4）将步骤3）所得混合物5边混炼边升温至130℃后持续混炼10min，后抽真空到-0.07MPa，继续混炼15min，后取出静置24小时；

5）将步骤4）中静置后的混合物5转移至开炼机上开炼，并依次加入含氢硅油0.2重量份、2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷0.6重量份、色母胶0.5重量份，开炼均匀后薄通出片，即得。

实施例2

本实施例的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，由以下重量份数的原料组成：

其中：甲基乙烯基硅橡胶A的分子量60万，乙烯基摩尔分数0.06%；甲基乙烯基硅橡胶B的分子量70万，乙烯基摩尔分数0.95%；乙烯基硅油的分子结构为甲基封端，支链含乙烯基，且乙烯基摩尔分数为9%。

本实施例的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶的原料中，气相白炭黑比表面积为300m²/g；氢氧化铝的粒径为D50为1μm；硼酸锌的粒径为D50≤10μm；三氧化二铝的粒径为D50≤10μm；氧化锌粒径为D50≤10μm，纯度≥99%；四氟乙烯粉粒径D50≤10μm；含氢硅油含氢量为摩尔分数0.3%。

本实施例的绝缘子用高耐电蚀性硅橡胶的制备方法，包括下列步骤：

1）在50℃条件下，先将甲基乙烯基硅橡胶A95重量份、甲基乙烯基硅橡胶B5重量份和四氟乙烯粉2重量份加入捏合机中，再将气相白炭黑40重量份、2重量份的羟基硅油208、3重量份的六甲基二硅氮烷和3重量份的KH560混合后制成混合物1，将该混合物1分三批加入捏合机中，加入量依次为混合物1总重量的50%、30%、20%，第一批加入后混炼20min，再加入第二批混炼20min，后加入第三批混炼至混合均匀后得混合物2，将混合物2从捏合机取出，静置12小时；

2）将步骤1）中静置后的混合物2加入捏合机中，将捏合机升温至60℃，再将氢氧化铝120重量份和5重量份的KH560混合后制成混合物3，将该混合物3分二批加入捏合机中，第一批加入混合物3总重量的50%，后加入三氧化二铝2重量份、硼酸锌5重量份，混炼均匀后加入第二批混合物3，混炼至均匀得混合物4；

3）在步骤2）所得混合物4中依次加入乙烯基硅油2重量份、氧化锌1重量份、硬脂酸0.7重量份、硬脂酸钙0.1重量份、三乙醇胺0.5重量份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮0.2重量份，混炼40min后得混合物5；

4）将步骤3）所得混合物5边混炼边升温至120℃后持续混炼15min，后抽真空到-0.06MPa，继续混炼15min，后取出静置20小时；

5）将步骤4）中静置后的混合物5转移至开炼机上开炼，并依次加入含氢硅油1重量份、过氧化二异丙苯0.4重量份、2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷0.4重量份、色母胶2重量份，开炼均匀后薄通出片，即得。

实施例3

本实施例的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，由以下重量份数的原料组成：

其中：甲基乙烯基硅橡胶A的分子量65万，乙烯基摩尔分数0.15%；甲基乙烯基硅橡胶B的分子量60万，乙烯基摩尔分数0.90%；乙烯基硅油的分子结构为甲基封端，支链含乙烯基，且乙烯基摩尔分数为12%。

本实施例的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶的原料中，气相白炭黑比表面积为200m²/g；氢氧化铝的粒径为D50为1μm；硼酸锌的粒径为D50≤10μm；三氧化二铝的粒径为D50≤10μm；氧化锌粒径为D50≤10μm，纯度≥99%；四氟乙烯粉粒径D50≤10μm；含氢硅油含氢量为摩尔分数0.5%。

本实施例的绝缘子用高耐电蚀性硅橡胶的制备方法，包括下列步骤：

1）在55℃条件下，先将甲基乙烯基硅橡胶A80重量份、甲基乙烯基硅橡胶B20重量份和四氟乙烯粉0.5重量份加入捏合机中，再将气相白炭黑20重量份、3重量份的羟基硅油203和2重量份的A151混合后制成混合物1，将该混合物1分三批加入捏合机中，加入量依次为混合物1总重量的50%、30%、20%，第一批加入后混炼30min，再加入第二批混炼20min，后加入第三批混炼至混合均匀后得混合物2，将混合物2从捏合机取出，静置13小时；

2）将步骤1）中静置后的混合物2加入捏合机中，将捏合机升温至80℃，再将氢氧化铝100重量份和3重量份的A151混合后制成混合物3，将该混合物3分二批加入捏合机中，第一批加入混合物3总重量的50%，后加入三氧化二铝1重量份、硼酸锌10重量份，混炼均匀后加入第二批混合物3，混炼至均匀得混合物4；

3）在步骤2）所得混合物4中依次加入乙烯基硅油1.5重量份、氧化锌6重量份、硬脂酸0.5重量份、硬脂酸锌0.2重量份、硬脂酸钙0.2重量份、三乙醇胺1重量份、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮2重量份，混炼30min后得混合物5；

4）将步骤3）所得混合物5边混炼边升温至110℃后持续混炼15min，后抽真空到-0.08MPa，继续混炼20min，后取出静置15小时；

5）将步骤4）中静置后的混合物5转移至开炼机上开炼，并依次加入含氢硅油2重量份、过氧化二异丙苯1.5重量份、色母胶1重量份，开炼均匀后薄通出片，即得。

上述制备方法的步骤2）中，加入的三氧化二铝为事先采用硅烷偶联剂A151处理过的三氧化二铝，用来处理三氧化二铝的硅烷偶联剂A151的质量为三氧化二铝质量的2%。

实施例4

本实施例的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，由以下重量份数的原料组成：

其中：甲基乙烯基硅橡胶A的分子量63万，乙烯基摩尔分数0.20%；甲基乙烯基硅橡胶B的分子量67万，乙烯基摩尔分数0.8%；乙烯基硅油的分子结构为甲基封端，支链含乙烯基，且乙烯基摩尔分数为14%。

本实施例的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶的原料中，气相白炭黑比表面积为250m²/g；氢氧化铝的粒径为D50为1μm；硼酸锌的粒径为D50≤10μm；三氧化二铝的粒径为D50≤10μm；氧化锌粒径为D50≤10μm，纯度≥99%；四氟乙烯粉粒径D50≤10μm；含氢硅油含氢量为摩尔分数0.6%。

本实施例的绝缘子用高耐电蚀性硅橡胶的制备方法，包括下列步骤：

1）在60℃条件下，先将甲基乙烯基硅橡胶A70重量份、甲基乙烯基硅橡胶B30重量份和四氟乙烯粉3重量份加入捏合机中，再将气相白炭黑35重量份、六甲基二硅氮烷1重量份和3重量份的KH550混合后制成混合物1，将该混合物1分三批加入捏合机中，加入量依次为混合物1总重量的50%、30%、20%，第一批加入后混炼25min，再加入第二批混炼15min，后加入第三批混炼至混合均匀后得混合物2，将混合物2从捏合机取出，静置13小时；

2）将步骤1）中静置后的混合物2加入捏合机中，将捏合机升温至75℃，再将氢氧化铝90重量份和4重量份的KH550后制成混合物3，将该混合物3分二批加入捏合机中，第一批加入混合物3总重量的50%，后加入三氧化二铝4重量份、硼酸锌15重量份，混炼均匀后加入第二批混合物3，混炼至均匀得混合物4；

3）在步骤2）所得混合物4中依次加入乙烯基硅油1重量份、氧化锌4重量份、硬脂酸0.2重量份、硬脂酸钙0.5重量份、三乙醇胺3重量份、2，4-二羟基二苯甲酮0.5重量份、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.5重量份，混炼60min后得混合物5；

4）将步骤3）所得混合物5边混炼边升温至125℃后持续混炼10min，后抽真空到-0.05MPa，继续混炼20min，后取出静置12小时；

5）将步骤4）中静置后的混合物5转移至开炼机上开炼，并依次加入含氢硅油1.5重量份、2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷1重量份、色母胶1.5重量份，开炼均匀后薄通出片，即得。

实验例

本实验例将实施例1～4所得绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶进行性能测试，结果如表1所示：

表1实施例1～4制备的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶性能测试结果

从表1的性能测试结果可以看出，实施例1～4所得绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，拉伸强度≥4.4MPa，撕裂强度≥10.9kN.m^-1，扯断伸长率≥187%，硬度高于65，各项机械性能均高于行业相关标准（DL/T376-2010）；体积电阻率、表面电阻率等电学性能要求高于行业标准，介电常数及介质损耗角正切值较低；静态接触角高于102度，具备较好的憎水性；在此基础条件下，该配方的耐电痕化及电蚀损明显高于行业标准要求（4.5kV电压6h，电蚀损低于2mm），最高时，达到经受6.0kV电压10h，电蚀损低于1mm，最低时达到经受6.0kV电压6h，电蚀损低于1.5mm；高于TMA4.5级，可见，本发明的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶满足复合绝缘子用硅橡胶的要求，并具备较高的耐电痕化及电蚀损；本发明的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶在满足绝缘子硅橡胶标准要求的力学性能、憎水性、耐候性的同时，具有较高的阻燃性、耐漏电起痕性能和耐电蚀损性。

Claims (10)

1.一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，其特征在于：由以下重量份数的原料组成：

2.根据权利要求1所述的一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，其特征在于：所述甲基乙烯基硅橡胶A的分子量为55～65万，其乙烯基摩尔分数为0.06%～0.20%。

3.根据权利要求1所述的一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，其特征在于：所述甲基乙烯基硅橡胶B的分子量为60～70万，其乙烯基摩尔分数为0.80%～1.00%。

4.根据权利要求1所述的一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、A151中的任意一种或组合。

5.根据权利要求1所述的一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，其特征在于：所述结构控制剂为羟基硅油203、羟基硅油208、六甲基二硅氮烷中的任意一种或组合。

6.根据权利要求1所述的一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，其特征在于：所述乙烯基硅油的分子结构为甲基封端，支链含乙烯基，且乙烯基摩尔分数为6%～14%。

7.根据权利要求1所述的一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，其特征在于：所述硬脂酸盐为硬脂酸锌、硬脂酸钙中的任意一种或组合。

8.根据权利要求1所述的一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，其特征在于：所述紫外吸收剂为2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的任意一种或组合。

9.根据权利要求1所述的一种绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶，其特征在于：所述硫化剂为过氧化二异丙苯、2，5-二甲基-2，5二叔丁基过氧化己烷中的任意一种或组合。

10.一种如权利要求1所述的绝缘子用高耐电蚀损硅橡胶的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：

1）在40～60℃条件下，先将甲基乙烯基硅橡胶A70～95重量份、甲基乙烯基硅橡胶B5～30重量份和四氟乙烯粉0.5～3重量份加入捏合机中，再将气相白炭黑20～40重量份、结构控制剂1～6重量份和硅烷偶联剂2～3重量份混合后制成混合物1，将该混合物1分三批加入捏合机中，加入量依次为混合物1总重量的50%、30%、20%，第一批加入后混炼20～30min，再加入第二批混炼15～20min，后加入第三批混炼至混合均匀后得混合物2，将混合物2从捏合机取出，静置12～14小时；

2）将步骤1）中静置后的混合物2加入捏合机中，将捏合机升温至60～80℃，再将氢氧化铝90～135重量份和硅烷偶联剂3～5重量份混合后制成混合物3，将该混合物3分二批加入捏合机中，第一批加入混合物3总重量的50%，后加入三氧化二铝1～5重量份、硼酸锌5～20重量份，混炼均匀后加入第二批混合物3，混炼至均匀得混合物4；

3）在步骤2）所得混合物4中依次加入乙烯基硅油0.5～2重量份、氧化锌1～6重量份、硬脂酸0.2～1重量份、硬脂酸盐0.1～0.5重量份、三乙醇胺0.5～4重量份、紫外吸收剂0.2～2重量份，混炼30～60min后得混合物5；

4）将步骤3）所得混合物5边混炼边升温至110～130℃后持续混炼10～15min，后抽真空到-0.05MPa～-0.08MPa，继续混炼15～20min，后取出静置12～24小时；

5）将步骤4）中静置后的混合物5转移至开炼机上开炼，并依次加入含氢硅油0.2～2重量份、硫化剂0.4～1重量份、色母胶0.5～2重量份，开炼均匀后薄通出片，即得。