CN108102577A - 一种高介电胶带及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高介电胶带及其制备方法，该高介电胶带包括胶带基材和胶层，所述胶层包括以下质量份数的成分：橡胶140份～190份、填料65份～90份、抗氧剂10份～15份、增粘剂10份～40份、偶联剂10份～15份，其中，所述填料表面包覆绝缘层，所述填料包括至少两种不同的粒径。本发明的高介电胶带具有较高的介电常数、较低的介电损耗以及较高击穿强度，表面光洁，具有高弹性、高抗撕、高强度的物理机械性、高介电常数与高电阻率等良好特性的配合，而且与绝缘硅橡胶的粘合性好，可以有效防护电路，疏散传输线路中电场应力。本高介电胶带生产原料来源广泛，成本低廉，生产效率高，工艺简单，并且生产过程中不产生污染。
Description
技术领域
本发明涉及电工胶带领域，尤其涉及一种高介电胶带及其制备方法。
背景技术
随着我国国民经济生活水平在的不断提高，绿色环保的理念深受重视，人们对生活水平的要求也越来越高。由于全国范围内能源资源分布不均，各个领域的用电量不断的增大，合理有效的调配电力资源对于电力运输行业也是一个严峻的挑战，各种电力设备和输送线路所处地形环境不同，气候条件多变。对于新型高介电材料、耐高压材料的需求日益增大。因此，电力运输线路和电网的日常维护显得非常重要，亟待重视。
电工胶带是一种日常生活中常见产品，应用与各类电气设备和输电网络，又有人称之为电工绝缘胶带或绝缘胶带，专指电工使用的用于防止漏电，起绝缘作用的胶带。由基带和压敏胶层组成，基带一般采用棉布、合成纤维织物和塑料薄膜等，胶层由橡胶加增黏树脂等配合剂制成，黏性好，绝缘性能优良。一般电工绝缘胶布有3种，一种是绝缘黑胶布，第二种是PVC电气阻燃胶带，第三种是高压自粘带，三种各有功能。绝缘黑胶布，只有绝缘功能，但不阻燃也不防水，现在已经逐渐淘汰了，只有在一些民用建筑电气上还有人在用。PVC电气阻燃胶带，它具有绝缘、阻燃、和防水三种功能，但由于它是PVC材质，所以延展性较差，不能把接头包裹的很严密，防水性不是很理想，但它现在已经被广泛应用。高压自粘带，一般用在等级较高的电压上，由于它的延展性好，在防水上要比第二种更出色，所以人们也把它应用在低压的领域，但由于它的强度不如PVC电气阻燃胶带，通常这两种配合使用。但这些胶带现有的性能远远满足不了在电缆中对于胶带所提出的介电性能的要求。
电力运输中对于电工胶带的综合物理性能提出了较高的要求，例如高介电和电阻率的配合、耐压性能、粘合性、抗老化等。高介电胶带可用于紧包电缆终端和中间接头处，在电缆屏蔽末端形成一定的特性阻抗，起到电应力控制和密封粘接作用，用于变压器、输电线路的层间绝缘和捆扎、元器件的固定和线路破损处的接连。但是现有技术提供的胶带的耐高压效果不好，与绝缘硅橡胶的粘合性不好，由于长期处于高压电作用下，温度远高于外界温度，使得胶带的粘性降低，易发生漏电，表面不光洁，弹性不高、抗撕性不强，高介电常数与高电阻率的配合不好，电场应力集中等问题，严重影响电网系统的合理安全使用。因此，开发一种可应用于复杂环境条件下的高压电缆中的高介电胶带显得极为重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的提供了一种高介电胶带及其制备方法，该胶带具有较高的介电常数、较低的介电损耗以及较高击穿强度。
一种高介电胶带，包括胶带基材和胶层，所述胶层包括以下质量份数的成分：橡胶140份～190份、填料65份～90份、抗氧剂10份～15份、增粘剂10份～40份、偶联剂10份～15份，其中，所述填料表面包覆绝缘层，所述填料包括至少两种不同的粒径。
优选地，所述橡胶为丁基橡胶(如德国朗盛生产的1045、1240、2030、301#，燕山石化生产的IIR1751、IIR1751F、IIR0745等)、丁腈橡胶(如台湾南帝生产的1031、1041、1051、1051M50、1032、1052M43、1052M30等)、丁苯橡胶(如齐鲁石化生产的SBR1502、SBR1712、兰州石化生产的SBR1502E、SBR1500E、SBR1712等)、顺丁橡胶(如燕山石化生产的BR9000、高桥石化生产的BR35R、BRA50RE、BR35AE、BRA55AE等)、氯丁橡胶(如德国朗盛生产的CR100、CR110、CR116、CR126、CR210、CR215等)以及聚氨酯橡胶中的至少一种。
优选地，所述填料为钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶钡、锆钛酸铅、二氧化钛、氧化锌、硫化锌、碳化硅、氮化硼以及氧化铝中的至少一种。
优选地，所述抗氧剂为胺类抗氧剂(如Ethyl hitec 4720N,N′-二仲丁基对苯二胺，Ethyl hitec 4721N,N′-双(1,4-二甲基戊基)-对苯二胺，Crompton Naugalube410N-苯基-N′-异丙基对苯二胺，Crompton Naugalube 420N-苯基-N′-烷基对苯二胺、双辛基二苯胺、丁辛基二苯胺、二壬基二苯胺、二烷基二苯胺、烷基化的N-苯基-α-萘胺等、硫化二苯胺)，酚类抗氧剂(如2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2,6-二叔丁基对甲酚、2,6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、四[β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)以及亚磷酸酯类抗氧剂(如三辛酯、三癸酯、三(十二碳醇)酯和三(十六碳醇)酯)中的至少一种。
优选地，所述增粘剂为松香树脂(如氢化松香树脂、歧化松香树脂、聚合松香树脂、马来松香树脂、水白松香树脂等)、石油树脂(如脂肪族树脂(C5)、脂环族树脂(DCPD)、芳香族树脂(C9)、脂肪族/芳香族共聚树脂(C5/C9)及加氢石油树脂等)和烷基酚醛树脂中的至少一种。
优选地，所述偶联剂为有机铬络合物类、硅烷类、钛酸酯类和铝酸化合物中的至少一种。
其中，偶联剂包括γ-氯丙基三氯硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、Β-(3,4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-脲基丙基三乙氧基硅烷、γ-(3,2环氧丙氧基)甲基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-(乙二胺基)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、双-[3-(三乙氧基)硅丙基]四硫化物、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、γ-乙二胺基三乙氧基硅烷、Α-(乙二胺基)甲基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三乙氧基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化碳、环己基甲基二甲氧基硅烷等。
钛酸酯类，如异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯、四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯。
优选地，所述胶带基材为纸类、塑料薄膜类、布类、金属箔类以及发泡体中的至少一种。
优选地，所述高介电胶带的介电常数大于10，介电损耗小于0.1，抗击穿强度大于5kV/cm。
所述填料的所述两种不同的粒径分别为：50nm～300nm和500nm～1000nm，通过调整填料的比例提高填充密度，获得高介电常数。
本发明还提供了一种所述的高介电胶带的制备方法，包括如下步骤：
S1、将以下质量份数的成分：橡胶140份～190份、填料65份～90份、抗氧剂10份～15份、增粘剂10份～40份、偶联剂10份～15份加入密炼机均匀混合，升温至110℃～130℃搅拌30min～45min，形成混炼胶；
S2、利用挤出机将所述混炼胶挤出至基材；
S3、将所述基材和所述混炼胶压延成形，得到高介电胶带。
优选地，所述步骤S2中，所述混炼胶在90℃挤出。
有益效果：
本发明的高介电胶带具有较高的介电常数、较低的介电损耗以及较高击穿强度，表面光洁，具有高弹性、高抗撕、高强度的物理机械性、高介电常数与高电阻率等良好特性的配合，而且与绝缘硅橡胶的粘合性好，可以有效防护电路，疏散传输线路中电场应力。本高介电胶带生产原料来源广泛，成本低廉，生产效率高，工艺简单，并且生产过程中不产生污染。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的高介电胶带的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示，一种应用于高压线缆的高介电胶带，包括胶带基材1和胶层(介电层)2，其中，基材1采用牛皮纸，胶层2包括以下质量份数的成分：丁腈橡胶1051M50 160份，钛酸钡颗粒5 90份、双辛基二苯胺18份、氢化松香树脂15份和乙烯基三甲氧基硅烷20份，其中，钛酸钡颗粒包括至少两种粒径：颗粒3和颗粒4，钛酸钡颗粒3和4的表面包覆二氧化硅5。
上述高介电胶带的制备方法，包括如下步骤。
S1、首先利用溶胶凝胶法对钛酸钡颗粒进行表面包覆处理。
用1mol/L的HCl将0.2mol/L的水玻璃溶液的pH调至10，形成硅溶液。然后加入颗粒尺寸分为100nm和500nm的钛酸钡颗粒，使钛酸钡的质量分数为25％(在整个溶液中的比例)，控制两种颗粒的体积比例为4:1，SiO2的质量为BaTiO3的质量的约2％，恒温下机械搅拌140min，随后过滤洗涤去除Na+、Cl-，于80℃中干燥4h，获得表面具有SiO2包覆的钛酸钡颗粒。
S2、将以下质量份数的成分：丁腈橡胶1051M50 160份，钛酸钡颗粒90份、双辛基二苯胺18份、氢化松香树脂15份和乙烯基三甲氧基硅烷20份依次加入密炼机，在100℃～150℃下混合30min～45min，混合均匀形成混炼胶。
S3、利用配有口模螺杆的挤出机将S2制得的混炼胶在90℃下挤出至牛皮纸基材上，然后将基材和混炼胶压延成形，从而得到厚度为0.3cm的高介电胶带，然后室温下冷却。
S4、最后切割该高介电胶带，包装后制成成品。
本实施例中，高介电胶带的介电常数为22，损耗0.05，击穿强度8kV/cm。
实施例2：
一种应于高压线缆的高介电胶带，包括胶带基材和胶层，其中，基材采用PVC，胶层包括以下质量份数的成分：丁基橡胶IIR1751 150份，钛酸锶钡颗粒90份、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚15份、C9石油树脂5份和偶联剂γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷15份，其中，钛酸锶钡颗粒至少包括两种粒径，钛酸锶钡颗粒的表面包覆二氧化硅。
上述高介电胶带的制备方法，包括如下步骤。
S1、首先利用溶胶凝胶法对钛酸锶钡颗粒进行表面包覆处理。
用1mol/L的HCl将0.2mol/L的水玻璃溶液pH调至10，形成硅溶液。然后加入颗粒尺寸分为100nm和500nm的钛酸锶钡颗粒，使钛酸锶钡的质量分数为25％(在整个溶液中的比例)，控制两种颗粒的体积比例为4:1，SiO2的质量为BaSrTiO3的质量的约2％，恒温下机械搅拌140min，随后过滤洗涤去除Na+、Cl-，于80℃中干燥4h，获得表面具有SiO2包覆的钛酸锶钡颗粒。
S2、将以下质量份数的成分：丁基橡胶IIR1751 150份，钛酸锶钡90份、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚15份、C9石油树脂5份和偶联剂γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷15份，依次加入密炼机，在100℃～150℃混合30min～45min，混合均匀形成混炼胶。
S3、利用配有口模螺杆的挤出机将混炼胶在90℃下挤出至PVC基材上，然后将基材和混炼胶压延成形，从而得到厚度为0.4cm的高介电胶带，然后室温下冷却。
S4、最后切割高介电胶带，包装后制成成品。
本实施例中，胶带的介电常数30，损耗0.6，击穿强度10kV/cm。
实施例3：
一种应于高压线缆的高介电胶带，包括胶带基材和胶层，其中，基材采用PE，胶层包括以下质量份数的成分：顺丁橡胶BR9000 150份、钛酸钡颗粒85份、二烷基二苯胺18份、马来松香树脂15份和环己基甲基二甲氧基硅烷15份，其中，钛酸钡颗粒至少包括两种粒径，钛酸钡颗粒的表面包覆二氧化硅。
S1、首先利用溶胶凝胶法对钛酸钡颗粒进行表面包覆处理。
用1mol/L的HCl将0.2mol/L的水玻璃溶液pH调至10，形成硅溶液。然后加入颗粒尺寸分为100nm和500nm的钛酸钡颗粒，使钛酸钡的质量分数为25％(在整个溶液中的比例)，控制两种颗粒的体积比例为4:1，SiO2的质量为BaTiO3的质量的约2％，恒温下机械搅拌140min，随后过滤洗涤去除Na+、Cl-，于80℃中干燥4h，获得表面具有SiO2包覆的钛酸钡颗粒。
S2、将以下质量份数的成分：顺丁橡胶BR9000 150份、钛酸钡颗粒85份、二烷基二苯胺18份、马来松香树脂15份和环己基甲基二甲氧基硅烷15份，依次加入密炼机，在100℃～150℃下混合30min～45min，混合均匀形成混炼胶。
S3、利用配有口模螺杆的挤出机将混炼胶在90℃下挤出至PE基材，然后将PE基材和混炼胶压延成形，从而得到厚度为0.2cm的高介电胶带，然后室温下冷却。
S4、最后切割高介电胶带，包装后制成成品。
本实施例中，胶带的介电常数30，损耗0.04，击穿强度6kV/cm。
Claims (10)
1.一种高介电胶带，包括胶带基材和胶层，其特征是，
所述胶层包括以下质量份数的成分：橡胶140份～190份、填料65份～90份、抗氧剂10份～15份、增粘剂10份～40份、偶联剂10份～15份，其中，所述填料表面包覆绝缘层，所述填料包括至少两种不同的粒径。
2.如权利要求1所述的高介电胶带，其特征是，所述橡胶为丁基橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶以及聚氨酯橡胶中的至少一种。
3.如权利要求1所述的高介电胶带，其特征是，所述填料为钛酸钡、钛酸锶、钛酸锶钡、锆钛酸铅、二氧化钛、氧化锌、硫化锌、碳化硅、氮化硼以及氧化铝中的至少一种。
4.如权利要求1所述的高介电胶带，其特征是，所述抗氧剂为胺类抗氧剂、酚类抗氧剂以及亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
5.如权利要求1所述的高介电胶带，其特征是，所述增粘剂为松香树脂、石油树脂和烷基酚醛树脂中的至少一种。
6.如权利要求1所述的高介电胶带，其特征是，所述偶联剂为有机铬络合物类、硅烷类、钛酸酯类和铝酸化合物中的至少一种。
7.如权利要求1所述的高介电胶带，其特征是，所述胶带基材为纸类、塑料薄膜类、布类、金属箔类以及发泡体中的至少一种。
8.如权利要求1所述的高介电胶带，其特征是，所述高介电胶带的介电常数大于10，介电损耗小于0.1，抗击穿强度大于5kV/cm。
9.如权利要求1所述的高介电胶带，其特征是，所述填料的所述两种不同的粒径分别为：50nm～300nm和500nm～1000nm。
10.一种如权利要求1所述的高介电胶带的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
S1、将以下质量份数的成分：橡胶140份～190份、填料65份～90份、抗氧剂10份～15份、增粘剂10份～40份、偶联剂10份～15份加入密炼机，升温至110℃～130℃搅拌30min～45min，形成混炼胶；
S2、利用挤出机将所述混炼胶挤出至基材；
S3、将所述基材和所述混炼胶压延成形，切割包装后得到高介电胶带。
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