CN104845378B - 一种复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物，所述组合物由按质量份计的以下原料制成：甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、金属氧化物纳米颗粒4‑6份、氢氧化铝90‑130份、气相法白炭黑40‑60份、交联剂1.5‑6份、结构化控制剂3‑12份、硫化剂1‑2份。本发明的原料易得，成型工艺简单，所制得的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物具有更高的耐高压电蚀能力，同时保留了良好的力学性能。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种硅橡胶组合物，具体讲涉及一种复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物。
【背景技术】
复合绝缘子具有重量轻、机械强度高、憎水性和憎水迁移性强、耐污闪电压高等诸多优点，在国内外被广泛推广应用。随着我国超高压及特高压建设的快速发展，运行线路电压等级不断提升，目前已出现1000kV甚至更高等级的线路，这对复合绝缘子的耐电性能提出了更高要求。
复合绝缘子的伞裙由硅橡胶材料制成，高温硫化硅橡胶具有优异的耐热性、耐寒性、介电性、耐臭氧和耐大气老化等性能，且使用温度宽广。添加氢氧化铝粉末可使硅橡胶的升压法耐电痕化等级达到最高级，同时可以提高硅橡胶的电绝缘性能，满足高电压电绝缘体的要求。但是，大量添加氢氧化铝粉末会导致硅橡胶材料加工性能变差，硫化后的机械强度也随之降低。因此，需要提供一种复合绝缘子用硅橡胶材料的配方和成型工艺以满足电力系统的需要。
【发明内容】
鉴于现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物，通过添加导热金属氧化物纳米颗粒，提高了复合绝缘子用硅橡胶组合物的耐电蚀等级而不降低其他使用性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物，所述组合物由按质量份计的以下原料制成：甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、金属氧化物纳米颗粒4-6份、氢氧化铝90-130份、气相法白炭黑40-60份、交联剂1.5-6份、结构化控制剂3-12份、硫化剂1-2份。
优选的，所述甲基乙烯基硅橡胶生胶的摩尔质量为7×105～7.5×105克/摩尔。
优选的，所述金属氧化物纳米颗粒由三氧化二铁、二氧化铈、二氧化钛、氢氧化镁、二氧化锰中的一种或几种混合组成。
优选的，所述氢氧化铝为纳米级氢氧化铝或改性氢氧化铝中的一种或两种混合组成，所述改性氢氧化铝为采用硅烷偶联剂和金属有机酸酯进行改性的氢氧化铝。采用硅烷偶联剂和金属有机酸酯对氢氧化铝进行改性，可提高失水温度，降低粒径。
优选的，所述交联剂由多乙烯基硅油或甲基含氢硅油中的一种或两种混合组成。
优选的，所述结构化控制剂由环硅氮烷、六甲基二硅氮烷或二苯基硅二醇中的一种或几种混合组成。
优选的，所述硫化剂由过氧化苯甲酸叔丁基、过氧化二叔丁基、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一种或几种混合组成。
优选的，所述原料还包括脱模剂。更优选的，所述脱模剂由有机硅蜡、液体石蜡、硅油中的一种或几种组成。
优选的，所述组合物的原料中金属氧化物纳米颗粒为4.5-5质量份，结构化控制机为6-9重量份。
所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物的制备方法，包括下列步骤：
(1)于捏合机中加入100质量份甲基乙烯基硅橡胶生胶；
(2)再于其中分4-5次加入金属氧化物纳米颗粒与氢氧化铝混合物后，再依次加入气相法白炭黑、交联剂、结构化控制剂和脱模剂；
(3)在150-170℃及0.15～0.25MPa下捏合1-2h；
(4)将步骤(3)制得的胶料放入开炼机中，包辊2-3次，开炼至胶料光滑，得到混炼胶；
(5)将混炼胶在开炼机上包辊，加入硫化剂，薄通3～5次，出片；
(6)在平板硫化机上硫化成型，于160-180℃下一次硫化5分钟，于200℃下二次硫化4小时。
和最接近的现有技术比，本发明具有以下优异效果：
本发明的原料易得，成型工艺简单，所制得的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物具有更高的耐高压电蚀能力，同时保留了良好的力学性能。添加导热金属氧化物纳米颗粒，加强了硅橡胶的散热能力，使电蚀产生的热量能更迅速地传导出去，提高了复合绝缘子用硅橡胶的耐高压电蚀能力。此外，在挂网运行老化过程中，添加的金属氧化物纳米颗粒填料在伞裙表面形成粉化层不会板结，有益于小分子析出，在不降低复合绝缘子伞裙憎水性的同时也可降低闪络电压。金属氧化物纳米及颗粒改性氢氧化铝的添加，使失水温度提高，粒径减小，提高了比表面积即作用面积，降低了填料用量，保持了材料的力学性能，降低了加工的难度。
【具体实施方式】
下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1：
按下质量份数的原料制备本发明所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物：
甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、三氧化二铁纳米颗粒2份、纳米氢氧化镁1份、纳米二氧化铈1份、纳米二氧化钛1份、氢氧化铝60份、纳米级氢氧化铝10份、改性氢氧化铝20份、气相法白炭黑60份、多乙烯基硅油2.0份，甲基含氢硅油1.5份，环硅氮烷9份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷2份。
所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物制备方法如下：
(1)将100份甲基乙烯基硅橡胶生胶加入捏合机中；
(2)将金属氧化物纳米颗粒与氢氧化铝混匀，分4次加入捏合机中，然后加入气相法白炭黑、交联剂、结构化控制剂、脱模剂；
(3)全部物料加完后，在160摄氏度及0.2MPa下捏合1h，出料；
(4)将热处理后的胶料放入开炼机中，包辊2次，开炼至胶料光滑，得到混炼胶；
(5)将混炼胶在开炼机上包辊，加入硫化剂，薄通5次，出片；
(6)在平板硫化机上硫化成型，于180℃，15MPa压力下硫化5分钟，于200℃下二次硫化4小时。
实施例2：
按下质量份数的原料制备本发明所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物：
甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、三氧化二铁纳米颗粒1份、纳米二氧化铈1.5份、纳米二氧化钛2份、氢氧化铝90份、纳米改性氢氧化铝10份、气相法白炭黑40份、多乙烯基硅油1.5份，环硅氮烷6份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷1份。
所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物制备方法如下：
(1)将100份甲基乙烯基硅橡胶生胶加入捏合机中；
(2)将金属氧化物纳米颗粒与氢氧化铝混匀，分5次加入捏合机中，然后加入气相法白炭黑、交联剂、结构化控制剂、脱模剂；
(3)全部物料加完后，在150摄氏度及0.2MPa下捏合1-2h，出料；
(4)将热处理后的胶料放入开炼机中，包辊3次，开炼至胶料光滑，得到混炼胶；
(5)将混炼胶在开炼机上包辊，加入硫化剂，薄通3次，出片；
(6)在平板硫化机上硫化成型，于160℃，15MPa压力下一次硫化5分钟，于200℃下二次硫化4小时。
实施例3：
按下质量份数的原料制备本发明所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物：
甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、三氧化二铁纳米颗粒3份、纳米二氧化锰1份、氢氧化铝80份、纳米改性氢氧化铝10份、气相法白炭黑50份、多乙烯基硅油2.0份，环硅氮烷8份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷2份。
实施例1-3所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物制备方法如下：
(1)将100份甲基乙烯基硅橡胶生胶加入捏合机中；
(2)将金属氧化物纳米颗粒与氢氧化铝混匀，分5次加入捏合机中，然后加入气相法白炭黑、交联剂、结构化控制剂、脱模剂；
(3)全部物料加完后，在170摄氏度及0.2MPa下捏合1.5h，出料；
(4)将热处理后的胶料放入开炼机中，包辊3次，开炼至胶料光滑，得到混炼胶；
(5)将混炼胶在开炼机上包辊，加入硫化剂，薄通4次，出片；
(6)在平板硫化机上硫化成型，于170℃，15MPa压力下一次硫化5分钟，于200℃下二次硫化4小时。
实施例4：
对比例1，一种硅橡胶组合物，由如下质量份数的原料制成：甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、三氧化二铁6份、氢氧化铝130份、气相法白炭黑50份、多乙烯基硅油2.0份，环硅氮烷8份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷2份。按照普通硅橡胶的制备方法制造。
实施例5：
对比例2，一种硅橡胶组合物，由如下质量份数的原料制成：甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、三氧化二铁6份、氢氧化铝100份、气相法白炭黑50份、多乙烯基硅油2.0份，环硅氮烷8份、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷2份。按照普通硅橡胶的制备方法制造。
按照我国国标对实施例1-5加工得到的复合绝缘子用硅橡胶组合物进行性能测试，表征结果如下表所示：
表1复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物的性能测试
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 |
| 耐电痕化/级 | 1A4.5 | 1A4.5 | 1A4.5 | 1A4.5 | 1A4.0 |
| 垂直燃烧等级/级 | FV-0 | FV-0 | FV-0 | FV-0 | FV-0 |
| 邵尔A硬度/度 | 62 | 64 | 67 | 72 | 68 |
| 拉伸强度/MPa | 5.55 | 5.36 | 5.66 | 5.06 | 5.26 |
| 扯断伸长率/％ | 140 | 128 | 138 | 108 | 118 |
| 撕裂强度/kN·m<sup>-1</sup> | 14.3 | 15.8 | 16.1 | 11.1 | 13.1 |
| 憎水性等级 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
| 憎水恢复性 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 | HC1 |
| 憎水迁移性 | HC2 | HC2 | HC2 | HC2 | HC2 |
| 电气强度 | 20.5MV/m | 21.9MV/m | 22.1MV/m | 21.1MV/m | 20.1MV/m |
| 体积电阻率 | 5.07*10<sup>14</sup> | 4.98*10<sup>14</sup> | 5.14*10<sup>14</sup> | 4.84*10<sup>14</sup> | 5.04*10<sup>14</sup> |
由上表可以看出，按照本发明的所得到的复合绝缘子用硅橡胶组合物具有更高的耐高压电蚀能力，同时保留了良好的力学性能。
上述内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步说明，并不是说明本发明的具体实施办法仅局限于这些说明，在本发明所属的技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及各原料配比的变化以及辅助材料的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (6)
1.一种复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物，其特征在于：所述组合物由按质量份计的以下原料制成：甲基乙烯基硅橡胶生胶100份、金属氧化物纳米颗粒4-6份、氢氧化铝90-130份、气相法白炭黑40-60份、交联剂1.5-6份、结构化控制剂3-12份、硫化剂1-2份；
所述原料还包括脱模剂，所述脱模剂由有机硅蜡、液体石蜡、硅油中的一种或几种组成；
所述金属氧化物纳米颗粒由三氧化二铁、二氧化铈、二氧化钛、氢氧化镁混合组成；或
所述金属氧化物纳米颗粒由三氧化二铁、二氧化铈、二氧化钛混合组成；或
所述金属氧化物纳米颗粒由三氧化二铁、二氧化锰混合组成；
所述氢氧化铝为纳米级氢氧化铝或改性氢氧化铝中的一种或两种混合组成，所述改性氢氧化铝为采用硅烷偶联剂和金属有机酸酯进行改性的氢氧化铝；
所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物由包括下列步骤的制备方法制备而成：
(1)于捏合机中加入100质量份甲基乙烯基硅橡胶生胶；
(2)再于其中分4-5次加入金属氧化物纳米颗粒与氢氧化铝混合物后，再依次加入气相法白炭黑、交联剂、结构化控制剂和脱模剂；
(3)在150-170℃及0.15～0.25MPa下捏合1-2h；
(4)将步骤(3)制得的胶料放入开炼机中，开炼至胶料光滑，得到混炼胶；
(5)将混炼胶在开炼机上包辊，加入硫化剂，薄通3～5次，出片；
(6)在平板硫化机上硫化成型，于160-180℃下一次硫化5分钟，于200℃下二次硫化4小时。
2.如权利要求1所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物，其特征在于，所述甲基乙烯基硅橡胶生胶的摩尔质量为7×105～7.5×105克/摩尔。
3.如权利要求1所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物，其特征在于，所述交联剂由多乙烯基硅油或甲基含氢硅油中的一种或两种混合组成。
4.如权利要求1所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物，其特征在于，所述结构化控制剂由环硅氮烷、六甲基二硅氮烷或二苯基硅二醇中的一种或几种混合组成。
5.如权利要求1所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物，其特征在于，所述硫化剂由过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二叔丁酯、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一种或几种混合组成。
6.如权利要求1所述的复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物，其特征在于，所述组合物的原料中金属氧化物纳米颗粒为4.5-5质量份，结构化控制剂为6-9重量份。
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