CN105924975A - 一种直流超高压交联电缆预制中间接头硅橡胶及制备方法 - Google Patents

一种直流超高压交联电缆预制中间接头硅橡胶及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直流超高压交联电缆预制中间接头的硅橡胶，包括聚硅氧烷、白炭黑、铂催化剂、热稳定剂、交联剂、反应抑制剂和纳米级导电因子，各组分之间的重量比为80‑100:5‑20:1‑5:1‑10:1‑5:0.5‑5:1‑10。一种直流超高压交联电缆预制中间接头的硅橡胶制备方法，包括以下步骤：步骤1：将重量比为80‑100:10‑18:1‑2:2‑6的聚硅氧烷、白炭黑、铂催化剂、热稳定剂混合后得到A组分硅橡胶；步骤2：将重量比为80‑100:6‑12:1‑3:0.5‑1的聚硅氧烷、白炭黑、交联剂、反应抑制剂混合后得到B组分硅橡胶。步骤3：将A、B组分硅橡胶按1:1重量或体积混合并搅拌均匀后，加入纳米级导电因子，最后制得硅橡胶。本发明导电率高，放电速度更快，强度高，热稳定性更好，成本较低，经济性更好。

Description

一种直流超高压交联电缆预制中间接头硅橡胶及制备方法
技术领域
本发明涉及电力行业中电缆附件领域，特别是一种直流超高压交联电缆硅橡胶预制中间接头及硅橡胶的制备方法。
背景技术
目前国内城市及海底输电工程大部分采用交联聚乙烯绝缘电缆输电。输电线路大规模采用电缆输送，其中直流超高压交联电缆硅橡胶预制中间接头是用于大长度直流电缆输电系统中的重要连接部件。
现有的制作直流超高压交联电缆预制中间接头的硅橡胶材料一直都不是很理想，例如：CN200610063395一种交联电缆复合绝缘套户外终端；CN201220164634一种110kV纯干式GIS交联电缆终端；CN200620016822.X全冷缩型高压交联电缆终端。
硅橡胶材料之所以不是很理想，关键是放电不及时，电荷容易积聚在材料中，例如：CN201110455403.一种热缩应力管及其生产工艺，虽然解决了目前应力管的材料和工艺极易出现吸潮的问题，但并未解决应力管材料的放电不及时，电荷容易积聚在材料中的问题。而且加工工艺复杂，耗能、成本高。
要是在高压直流电场的作用下，会使上述性能的硅橡胶材料绝缘内部电场发生畸变，导致电缆附件局部放电，导致绝缘损伤，很容易击穿中间接头，所以这种硅橡胶直流料一直是一个难题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种直流超高压交联电缆预制中间接头的硅橡胶制备方法，该方法制备出的硅橡胶能够增加机械强度，使中间接头不容易被击穿，具体的技术方案如下：
一种直流超高压交联电缆预制中间接头的硅橡胶，包括聚硅氧烷、白炭黑、铂催化剂、热稳定剂、交联剂、反应抑制剂和纳米级导电因子，各组分之间的重量比为80-100:5-20:1-5:1-10:1-5:0.5-5:1-10。
进一步，所述铂催化剂为氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷。
进一步，所述白炭黑为气相法白炭黑SiO2。
进一步，所述交联剂为聚甲基氢硅氧烷。
进一步，所述反应抑制剂为1-己炔或含胺、锡或磷化合物。
进一步，所述热稳定剂为三氧化二铁或锰、锌、镍、铜的氧化物。
一种直流超高压交联电缆预制中间接头的硅橡胶制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将重量比为80-100:10-18:1-2:2-6的聚硅氧烷、白炭黑、铂催化剂、热稳定剂混合后在50-70℃的环境下，搅拌2-4h，然后置于密闭容器中抽真空0.5-3kPa，维持3-5min，得到A组分硅橡胶；
步骤2：将重量比为80-100:6-12:1-3:0.5-1的聚硅氧烷、白炭黑、交联剂、反应抑制剂混合后在40-60℃的环境下，搅拌0.5-3h，然后置于密闭容器中抽真空0.5-3kPa，维持3-5min，得到B组分硅橡胶。
步骤3：将A、B组分硅橡胶按1:1重量或体积混合并搅拌均匀后，加入1-10质量份的纳米级导电因子，在20-40℃环境下，继续搅拌1h，然后置于密闭容器中抽真空1-5kPa，维持10-20min，最后制得硅橡胶。
进一步，所述导电因子为镍包铜粉、玻璃镀银粉或铝镀银粉。
进一步，在进行所述步骤3之前，所述A、B组分硅橡胶要排除气泡。
进一步，所述步骤3制得硅橡胶，要排除气泡。
本发明的有益效果为：
本发明导电率高，放电速度更快，强度高，热稳定性更好，成本较低，经济性更好。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做详细的说明，需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本发明，而非对本发明的限定性解释。
直流超高压预制中间接头为中空的圆柱体，位于中间接头中心部分屏蔽管和两端的碗状应力锥由绝缘层包覆，绝缘层外包裹绝缘屏蔽层，绝缘层的材料为硅橡胶。
一种直流超高压交联电缆预制中间接头的硅橡胶，包括聚硅氧烷、白炭黑、铂催化剂、 热稳定剂、交联剂、反应抑制剂和纳米级导电因子，各组分之间的重量比为80-100:5-20:1-5:1-10:1-5:0.5-5:1-10。
硅橡胶具体成分包括：官能度为2或2以上的含乙烯基端基聚硅氧烷、白炭黑填充剂-气相法白炭黑SiO2、铂催化剂-氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷、交联剂-聚甲基氢硅氧烷、纳米级导电因子-镍包铜粉、C3HgO Si·(CH4O Si)n·C3HgSi、反应抑制剂1-己炔、热稳定剂-三氧化二铁Fe2O3。
乙烯基端基聚硅氧烷的结构式为：
直流超高压预制中间接头的硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将聚硅氧烷、气相法白炭黑SiO2、氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷、三氧化二铁或锰、锌、镍、铜的氧化物混合后，在50-70℃的环境下搅拌2-4h，然后置于密闭容器中抽真空0.5-3kPa，维持3-5min，以排除气泡，得到A组分硅橡胶；聚硅氧烷、气相法白炭黑、氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷、三氧化二铁或锰、锌、镍、铜的氧化物重量比为80-100:10-18:1-2:2-6。
步骤2：将聚硅氧烷、气相法白炭黑、聚甲基氢硅氧烷、1-己炔或含胺、锡或磷化合物混合后，在40-60℃的环境下搅拌0.5-3h，然后置于密闭容器中抽真空0.5-3kPa，维持3-5min，以排除气泡，得到B组分硅橡胶；聚硅氧烷、气相法白炭黑、聚甲基氢硅氧烷、1-己炔或含胺、锡或磷化合物重量比为80-100:6-12:1-3:0.5-1。
步骤3：将A、B组分硅橡胶按1:1重量或体积混合并搅拌均匀后，加入1-10质量分的纳米级导电因子镍包铜粉、银粉、玻璃镀银粉或铝镀银粉，在20-40℃环境下，继续搅拌1h，然后置于密闭容器中抽真空1-5kPa，维持10-20min，以排除气泡，最后加热硫化制得硅橡胶。
聚硅氧烷中乙烯基质量份为0.16，因为乙烯基含量太低，交联密度小，性能差，反之，胶变脆，伸长率，耐老化性不好。铂催化剂为氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷，使胶料硫化时间快，安全操作时间短。白炭黑为气相法白炭黑SiO2，由它补强的胶料，其硫化胶的机 械强度高，电性能好。交联剂为聚甲基氢硅氧烷，它与乙烯基基团发生加成反应，形成交联结构，而使胶料固化，并且只有与乙烯基配比合适，才能得到性能最佳的硫化胶。反应抑制剂为1-己炔，能够抑制反应物的先期固化，调整活性期，延长储存稳定性，也可用含胺、锡、磷等化合物。热稳定剂为三氧化二铁Fe2O3，能够增加热稳定性，其它如锰、锌、镍和铜的氧化物也有类似效果。镍包铜粉、银粉、玻璃镀银粉或铝镀银粉能够增加导电率，使放电速度更快，减少空间电荷。
实施例1
A1、B1组分硅胶的配制。
A1组分硅橡胶的配制：
取80质量份的聚硅氧烷,加入10质量份的气相法白炭黑SiO2和1质量份的氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷以及2质量份的三氧化二铁，混合均匀后在50℃的环境下，搅拌2h，然后置于密闭容器中抽真空0.5kPa，维持3分钟，排除气泡，得到A1组分硅橡胶。
B1组分硅橡胶的配制：
取80质量份的聚硅氧烷,加入6质量份的气相法白炭黑SiO2和1质量份的聚甲基氢硅氧烷以及0.5质量份的1-己炔，混合均匀后在60℃的环境下，搅拌3h，然后置于密闭容器中抽真空0.5kPa，维持3分钟，排除气泡，得到B1组分硅橡胶。
取80质量份的A1组分硅橡胶，80质量份的B1组分硅橡胶混合均匀后，加入1质量分的纳米级导电因子镍包铜粉，在40℃环境下继续搅拌1h，然后置于密闭容器中抽真空5kPa，维持10min，以排除气泡，最后制得试样1。
实施例2：A2、B2组分硅胶的配制。
A2组分硅橡胶的配制：
取100质量份的聚硅氧烷,加入11质量份的气相法白炭黑SiO2和1.2质量份的氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷以及2.5质量份的三氧化二铁，混合均匀后在60℃的环境下，搅拌4h，然后置于密闭容器中抽真空1kPa，维持5分钟，排除气泡，得到A2组分硅橡胶。
B2组分硅橡胶的配制：
取100质量份的聚硅氧烷,加入7质量份的气相法白炭黑SiO2和1.5质量份的聚甲基氢硅氧烷以及0.8质量份的反应抑制剂，混合均匀后在60℃的环境下，搅拌2h，然后置于密闭容器中抽真空1.5kPa，维持4分钟，排除气泡，得到B2组分硅橡胶。
取100质量份的A2组分硅橡胶，100质量份的B2组分硅橡胶混合均匀后，加入6质量 分的玻璃镀银粉，在40℃环境下，继续搅拌1h，然后置于密闭容器中抽真空4.5kPa，维持18min，以排除气泡，最后制得试样2。
实施例3：A3、B3组分硅胶的配制。
A3组分硅橡胶的配制
取100质量份的聚硅氧烷,加入18质量份的气相法白炭黑SiO2和2质量份的氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷以及5质量份的热稳定剂，混合均匀后在70℃的环境下，搅拌4h，然后置于密闭容器中抽真空2.5kPa，维持5分钟，排除气泡，得到A3组分硅橡胶。
B3组分硅橡胶的配制
取100质量份的聚硅氧烷,加入12质量份的气相法白炭黑SiO2和2.5质量份的聚甲基氢硅氧烷以及0.8质量份的反应抑制剂，混合均匀后在60℃的环境下，搅拌2h，然后置于密闭容器中抽真空2.5kPa，维持5分钟，排除气泡，得到B3组分硅橡胶。
取100质量份的A3组分硅橡胶，100质量份的B3组分硅橡胶混合均匀后，加入6质量份的纳米级导电因子铝镀银粉，在40℃环境下，继续搅拌1h，然后置于密闭容器中抽真空4.5kPa，维持18min，以排除气泡，最后制得试样3。
实施例4：A4、B4组分硅胶的配制。
A4组分硅橡胶的配制
取100质量份的聚硅氧烷,加入18质量份的气相法白炭黑SiO2和2质量份的氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷以及5质量份的热稳定剂，混合均匀后在70℃的环境下，搅拌4h，然后置于密闭容器中抽真空2.5kPa，维持5分钟，排除气泡，得到A4组分硅橡胶。
B4组分硅橡胶的配制
取100质量份的聚硅氧烷,加入12质量份的气相法白炭黑SiO2和2.5质量份的聚甲基氢硅氧烷以及0.8质量份的反应抑制剂，混合均匀后在60℃的环境下，搅拌2h，然后置于密闭容器中抽真空2.5kPa，维持5分钟，排除气泡，得到B4组分硅橡胶。
取100质量份的A4组分硅橡胶，100质量份的B4组分硅橡胶混合均匀后，加入10质量份的纳米级导电因子镍包铜粉，在40℃环境下，继续搅拌1h，然后置于密闭容器中抽真空5kPa，维持20min，以排除气泡，最后制得试样4。
检测：
取试样1-4硅橡胶，对其的抗拉强度、抗撕裂强度、开始分解温度和导电率等进行检测， 具体检测结果如下：
样品序号 抗拉强度(MPa) 抗撕裂强度(kN/m) 开始分解温度(℃) 导电率(S/m)
试样1 3 15 150 0.3-13
试样2 4.5 18 180 1e-13
试样3 5 20 210 3e-13
试样4 7 24 250 5e-13
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流超高压交联电缆预制中间接头的硅橡胶，其特征在于，包括聚硅氧烷、白炭黑、铂催化剂、热稳定剂、交联剂、反应抑制剂和纳米级导电因子，各组分之间的重量比为80-100:5-20:1-5:1-10:1-5:0.5-5:1-10。
2.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述铂催化剂为氯铂酸-二乙烯基四甲基二硅氧烷。
3.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述白炭黑为气相法白炭黑SiO2。
4.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述交联剂为聚甲基氢硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述反应抑制剂为1-己炔或含胺、锡或磷化合物。
6.根据权利要求1所述的硅橡胶，其特征在于，所述热稳定剂为三氧化二铁或锰、锌、镍、铜的氧化物。
7.一种直流超高压交联电缆预制中间接头的硅橡胶制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将重量比为80-100:10-18:1-2:2-6的聚硅氧烷、白炭黑、铂催化剂、热稳定剂混合后在50-70℃的环境下，搅拌2-4h，然后置于密闭容器中抽真空0.5-3kPa，维持3-5min，得到A组分硅橡胶；
步骤2：将重量比为80-100:6-12:1-3:0.5-1的聚硅氧烷、白炭黑、交联剂、反应抑制剂混合后在40-60℃的环境下，搅拌0.5-3h，然后置于密闭容器中抽真空0.5-3kPa，维持3-5min，得到B组分硅橡胶。
步骤3：将A、B组分硅橡胶按1:1重量或体积混合并搅拌均匀后，加入1-10质量份的纳米级导电因子，在20-40℃环境下，继续搅拌1h，然后置于密闭容器中抽真空1-5kPa，维持10-20min，最后制得硅橡胶。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电因子为镍包铜粉、玻璃镀银粉或铝镀银粉。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行所述步骤3之前，所述A、B组分硅橡胶要排除气泡。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3制得硅橡胶，要排除气泡。
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