CN106751911A - 低硬度高强度绝缘硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

低硬度高强度绝缘硅橡胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低硬度高强度绝缘硅橡胶，包括下述质量份的组分：硅橡胶，100份；气相法白炭黑，20～50份；羟基硅油，3～7份；硅烷偶联剂，1～4份；增塑剂，4～20份；硫化剂，0.5～2份。采用该配方及方法所制备的硅橡胶的拉伸强度为＞8MPa、断裂伸长率＞400％，邵A硬度≤50，撕裂强度≥18kN/m，体积电阻率＞1×1014Ω.cm，介电常数(1MHz)≤3.3，介质损耗(1MHz)＜0.01，击穿场强＞18kV/mm，因此所得硅橡胶具有较好的绝缘性能、力学性能和较低的硬度。

Description

低硬度高强度绝缘硅橡胶及其制备方法
技术领域
本发明属于高温硫化硅橡胶材料制造领域，具体涉及一种低硬度高强度绝缘硅橡胶及其制备方法。
背景技术
硅橡胶主要是由高摩尔质量的线型聚硅氧烷组成。由于-Si-O-Si-键是其构成的基本键型，硅原子主要连接甲基，侧链上引入极少量的不饱和基团，分子间作用力小，分子呈螺旋状结构，甲基朝外排列并可自由旋转，因此硅橡胶硫化后具有优异的耐高低温、耐候、憎水、憎水迁移、电气绝缘性好、耐电晕、压缩变形率低等特点，因此硅橡胶非常适合用作电气电工行业的有机绝缘材料，近年来已在电气绝缘系统中得到越来越广泛的应用。
硅橡胶除了用作绝缘子、电缆绝缘外，在其他电力配件系统中也得到了大量的应用，例如用作母线连接器、室室连接器等的绝缘材料，以及用作绝缘堵头、密封器件等。在这些领域，要求硅橡胶除了具有良好的绝缘性外，还需具有比较低的硬度，可以方便绝缘硅橡胶器件的安装使用，同时可以提高硅橡胶绝缘密封器件的密封性；在此基础上，还要求硅橡胶具有比较高的强度，可以提高绝缘硅橡胶器件的使用性能以及延长其使用寿命，因此研究低硬度高强度绝缘硅橡胶具有十分积极的意义。
一般情况下，对于绝缘硅橡胶来说，降低硬度和提高强度是相互矛盾的。目前，绝缘硅橡胶多用于绝缘子以及绝缘电缆等，申请号为CN200810196196.0、CN201010591839.9、CN201410325992.5等，但是这些绝缘硅橡胶产品满足不了同时具有比较低的硬度(邵A≤50)，又具有比较高的强度(拉伸强度≥8MPa)。因此，还需要采取一些新的配方和方法来开发一种低硬度高强度的绝缘硅橡胶。
发明内容
本发明的目的是提供一种低硬度高强度绝缘硅橡胶及其制备方法。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种低硬度高强度绝缘硅橡胶，包括下述质量份的组分：
硅橡胶，100份；
气相法白炭黑，20～50份；
羟基硅油，3～7份；
硅烷偶联剂，1～4份；
增塑剂，4～20份；
硫化剂，0.5～2份。
进一步的技术方案是，所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，分子量为35～70万，其中乙烯基含量为0.07％～5％。
进一步的技术方案是，所述的气相法白炭黑的比表面积为100～400m2/g。
进一步的技术方案是，所述的羟基硅油为α,ω-二羟基聚二甲硅氧烷，动力粘度为30～50mPa.s。
进一步的技术方案是，所述的硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(KH570)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)、乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)的一种或几种。
进一步的技术方案是，所述的增塑剂选自运动粘度为2000～10000cs的端乙烯基硅油、运动粘度为100～1000cs的二甲基硅油中的一种或两种。
进一步的技术方案是，所述的硫化剂为2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷(双2,5)、过氧化二(2,4-二氯苯甲酰)(双2,4)中的一种。
本发明还提供了所述的低硬度高强度绝缘硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤A：将硅橡胶、羟基硅油、增塑剂在捏合机中搅拌2～5分钟；
步骤B：将气相法白炭黑分多批次加入，每次加入后充分搅拌均匀；
步骤C：升温至150～180℃，抽真空，搅拌1～2小时，出胶得到硅橡胶混炼胶；
步骤D：待硅橡胶混炼胶冷却至室温，在开炼机上加入硫化剂、硅烷偶联剂，薄通4～6次，下胶冷却至室温，放置超过16小时；接着进行模压成型，其条件如下：温度160～180℃、时间5～20分钟、压力15～20MPa；随后，放入烘箱中进行二段硫化，其条件如下：温度200℃、时间4个小时。
根据上述方法获得的低硬度高强度绝缘硅橡胶，其拉伸强度为＞8MPa、断裂伸长率＞400％，邵A硬度≤50，撕裂强度≥18kN/m，体积电阻率＞1×1014Ω.cm，介电常数≤3.3，介质损耗＜0.01，击穿场强＞18kV/mm。
下面对本发明作进一步的解释和说明。
在本发明中，硅橡胶为分子量为35～70万的甲基乙烯基硅橡胶，其中乙烯基含量为0.07％～5％。乙烯基含量太低，会影响硅橡胶硫化速度和交联度，乙烯基含量太高会影响硅橡胶的热稳定性。
在本发明中，为了保证硅橡胶的绝缘性能，同时能够提高硅橡胶的力学性能，因此我们选用的白炭黑为气相法白炭黑。
在本发明中，硅烷偶联剂选自KH570、KH560以及A-171中的一种或几种。硅烷偶联剂能够改善白炭黑与硅橡胶的浸润作用，促进白炭黑在硅橡胶中的均匀分散，从而提高硅橡胶的力学性能，一般情况下，白炭黑的用量越多，硅烷偶联剂的量越大。另外一方面，硅烷偶联剂还具有反应活性中心，能够参与硅橡胶的交联反应，调整硅橡胶的交联密度，从而提高硅橡胶的力学性能，因此在白炭黑用量比较少的情况下，可以通过调节硅烷偶联剂的种类、配比及用量来调整硅橡胶的强度。因此，综合以上方面的因素，来选择硅烷偶联剂的种类、配比及用量。
在本发明中，选用不同粘度的增塑剂进行配比，调整增塑剂的运动粘度，一方面可以降低硅橡胶的硬度，另一方面不影响硅橡胶的力学性能。由于白炭黑用量越大，增塑剂的用量越大，要保证硅橡胶力学性能不受大的影响，就要调节增塑剂的粘度，我们用不同粘度的增塑剂进行配比，就是为了调整增塑剂的粘度。
本发明针对绝缘硅橡胶体系，选取合适的硅烷偶联剂，优化硅烷偶联剂与白炭黑的配比，保证白炭黑在硅橡胶中均匀分散，改善白炭黑与硅橡胶的浸润作用，同时硅烷偶联剂上有反应活性中心，参与硅橡胶的交联反应，调整硅橡胶的交联密度，协同提高硅橡胶的强度，并通过恰当的混炼工艺实现硅烷偶联剂与白炭黑补强效果的最大发挥；并且选取合适的增塑剂，在降低硅橡胶硬度的同时，不影响白炭黑的补强效果，得到的硅橡胶具有较好的绝缘性能、力学性能和较低的硬度。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
本发明解决了硅橡胶的低硬度与高强度之间的矛盾问题，同时还具有较好的绝缘性能。采用该配方及方法所制备的硅橡胶的拉伸强度为＞8MPa、断裂伸长率＞400％，邵A硬度≤50，撕裂强度≥18kN/m，体积电阻率＞1×1014Ω.cm，介电常数(1MHz)≤3.3，介质损耗(1MHz)＜0.01，击穿场强＞18kV/mm，因此所得硅橡胶具有较好的绝缘性能、力学性能和较低的硬度。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
低硬度高强度绝缘硅橡胶的制备方法如下：
步骤A：将硅橡胶、羟基硅油、增塑剂在捏合机中搅拌2～5分钟；
步骤B：将气相法白炭黑分多批次加入，每次加入后充分搅拌均匀；
步骤C：升温至150～180℃，抽真空，搅拌1～2小时，出胶得到硅橡胶混炼胶；
步骤D：待硅橡胶混炼胶冷却至室温，在开炼机上加入硫化剂、硅烷偶联剂，薄通4～6次，下胶冷却至室温，放置超过16小时；接着进行模压成型，其条件如下：温度160℃、时间10分钟、压力15～20MPa；随后，放入烘箱中进行二段硫化，其条件如下：温度200℃、时间4个小时。
实施例1-4按照上述方法制备，其组分组成如表1所示：
表1：实施例1～4组分及质量份
注：上述表格中实施例2中硅橡胶的分子量为“70万：35万＝9:1”表示的含义为分子量为70万的硅橡胶与分子量为35万的硅橡胶的摩尔比为9:1。
上述表格中实施例2中硅橡胶的乙烯基含量为“0.16％：5％＝9:1”表示的含义为乙烯基含量为0.16％的硅橡胶与乙烯基含量为5％的硅橡胶的摩尔比为9:1。
上述表格中实施例4中硅橡胶的乙烯基含量为“0.16％：0.07％＝8:2”表示的含义为乙烯基含量为0.16％的硅橡胶与乙烯基含量为0.07％的硅橡胶的摩尔比为8:2。
采用相关标准对实施例1～4的硅橡胶进行测试，其测试结果如表2所示：
表2实施例1～4硅橡胶相关测试结果
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (9)

1.一种低硬度高强度绝缘硅橡胶，其特征在于包括下述质量份的组分：
硅橡胶，100份；
气相法白炭黑，20～50份；
羟基硅油，3～7份；
硅烷偶联剂，1～4份；
增塑剂，4～20份；
硫化剂，0.5～2份。
2.根据权利要求1所述的低硬度高强度绝缘硅橡胶，其特征在于所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶，分子量为35～70万，其中乙烯基含量为0.07％～5％。
3.根据权利要求1所述的低硬度高强度绝缘硅橡胶，其特征在于所述的气相法白炭黑的比表面积为100～400m2/g。
4.根据权利要求1所述的低硬度高强度绝缘硅橡胶，其特征在于所述的羟基硅油为α,ω-二羟基聚二甲硅氧烷，动力粘度为30～50mPa.s。
5.根据权利要求1所述的低硬度高强度绝缘硅橡胶，其特征在于所述的硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的低硬度高强度绝缘硅橡胶，其特征在于所述的增塑剂选自运动粘度为2000～10000cs的端乙烯基硅油、运动粘度为100～1000cs的二甲基硅油中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的低硬度高强度绝缘硅橡胶，其特征在于所述的硫化剂为2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、过氧化二(2,4-二氯苯甲酰)中的一种。
8.权利要求1～7任一项所述的低硬度高强度绝缘硅橡胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤A：将硅橡胶、羟基硅油、增塑剂在捏合机中搅拌2～5分钟；
步骤B：将气相法白炭黑分多批次加入，每次加入后充分搅拌均匀；
步骤C：升温至150～180℃，抽真空，搅拌1～2小时，出胶得到硅橡胶混炼胶；
步骤D：待硅橡胶混炼胶冷却至室温，在开炼机上加入硫化剂、硅烷偶联剂，薄通4～6次，下胶冷却至室温，放置超过16小时；接着进行模压成型，其条件如下：温度160～180℃、时间6～20分钟、压力15～20MPa；随后，放入烘箱中进行二段硫化，其条件如下：温度200℃、时间4个小时。
9.根据权利要求8所述的低硬度高强度绝缘硅橡胶的制备方法制备而得的低硬度高强度绝缘硅橡胶，其特征在于所述的绝缘硅橡胶的拉伸强度为＞8MPa、断裂伸长率＞400％，邵A硬度≤50，撕裂强度≥18kN/m，体积电阻率＞1×1014Ω.cm，介电常数≤3.3，介质损耗＜0.01，击穿场强＞18kV/mm。
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