CN108129851B - 一种低介质损耗氟硅混炼胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低介质损耗氟硅混炼胶及其制备方法，该混炼胶包括如下质量份原料组成：氟硅生胶100份、羟基氟硅油1～30份、补强填料30～80份、耐热添加剂1～30份和交联剂0.5～4份。氟硅生胶中低聚物/环体含量控制在0.5％以内，羟基氟硅油中环体含量控制在5％以内。本发明的产品具有优异的耐低温性、耐高温性、耐油性以及优异的低介质损耗，能在苛刻的绝缘油环境中进行长时间使用，可以更好地应用于工矿企业与民用建筑供配电系统油中浸油式变压器、浸油式开关、电容器以及通信等相关领域。

Description

一种低介质损耗氟硅混炼胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种氟硅混炼胶，具体地，涉及一种应用于电绝缘油领域的低介质损耗的氟硅混炼胶及其制备方法。
背景技术
作为电绝缘应用领域的电器设备电介质的电绝缘油，主要涉及变压器油、油开关油、电容器油和电缆油等，通常在实际应用中，一方面，电器绝缘油多为低倾点润滑油，电设备在低温下运转时对材料有一定的耐低温要求；另一方面，由于电器绝缘油长时间受到在电场影响下的热与氧的作用，极其容易引起氧化作用，进而引起橡胶材料的交联老化，导致橡胶材料的变硬龟裂。例如：丁腈橡胶中含有不饱和双键，在高温的容器油及变压器油环境中，极其容易受到氧、臭氧等的氧化作用，引发橡胶分子间的进一步交联，而使材料龟裂老化，失去密封功能，进而造成绝缘油的泄露，影响到电力系统的正常运行。
中国专利文件CN 105219101 A公开了一种变压器用密封圈，由以下重量分的原料制成：氟硅橡胶生胶100份、白炭黑1-80份、硅油0.5-15份、氧化铝0.5-50份、硫化剂0.1-5份。还公开了一种变压器用密封圈的制备方法，包括以下步骤：(1)、将密炼机加热至100-120℃，加入氟硅橡胶生胶、白炭黑、硅油、氧化铝，混炼3-5min；然后降温至50-60℃，加入硫化剂，混炼3-5min，出混炼胶；(2)、将混炼胶置于模具中，用平板硫化机在130-175℃下加压硫化5-45min，成型脱模后，于150-190℃下进行二段硫化0.5-12h，硫化完成后制品经检验合格、修整毛边后即为成品。该方法制备的变压器油密封圈具有较好的耐油性、耐溶剂性以及优良的的抗热氧化性、压缩变形性等优点，可见氟硅橡胶是极好的应用于绝缘油中的橡胶材料。但是，该变压器用密封圈不足之处在于未顾及电绝缘油的另一重要指标——介质损耗。由于氟硅生胶为三氟丙基甲基环三硅氧烷(以下简称：D3F)经阴离子开环聚合制备而成，在聚合过程中不可避免会生成低分子聚合物及存在未反应完全的D3F环体，甚至由于可逆反应生成的三氟丙基甲基环四硅氧烷(以下简称：D4F)，这些低分子聚合物及环体在氟硅橡胶制件与绝缘油的接触过程中，极易溶于绝缘油中，在交流电场作用下产生定向移动形成电泳，进而增加绝缘油的电导和极化率，致使介质损耗增大，不仅引起能量损耗，还极易造成电极之间的短路现象，甚至导致电器设备的损坏。因此如何降低氟硅混炼胶的介质损耗，提高能量的利用率成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，尤其是现有的氟硅橡胶介质损耗严重的问题，本发明提供一种低介质损耗氟硅混炼胶及其制备方法，该氟硅混炼胶具有较低的介质损耗。
本发明的技术方案如下：
一种低介质损耗氟硅混炼胶，包括如下质量份原料组成：
氟硅生胶100份、羟基氟硅油1～30份、补强填料30～80份、耐热添加剂1～30份和交联剂0.5～4份。
根据本发明，优选的，所述的氟硅生胶的分子量为40×104～160×104g/mol，乙烯基含量为0.1～1.2mol％。
根据本发明，优选的，所述的氟硅生胶的低聚物及环体的总质量含量≤0.5％。
根据本发明，优选的，所述的羟基氟硅油中环体的质量含量≤5％。
本发明上述低聚物是指在聚合反应过程中不可避免生成的具有较少重复单元的低分子聚合物(数均分子量≤2000)，上述环体是指未反应完全的原料D3F环体，甚至由于可逆反应生成的D4F环体。
根据本发明，优选的，所述的补强填料为气相法白炭黑、沉淀法白炭黑中的一种或两种的混合物。
根据本发明，优选的，所述的耐热添加剂为氧化铁、氧化铈、氧化锡、氧化锌、氧化镁、二氧化钛中的一种或两种以上的混合物。
根据本发明，优选的，所述的硫化剂为过氧化苯甲酰、2，4-二氯过氧化苯甲酰、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷、过氧化二异丙苯中的一种或两种及两种以上的混合物。
根据本发明，优选的，所述的低介质损耗氟硅混炼胶，包括如下质量份原料组成：
氟硅生胶100份、羟基氟硅油8～15份、补强填料30～65份、耐热添加剂1～5份和交联剂0.6～2份。
根据本发明，优选的，所述的低介质损耗氟硅混炼胶，包括如下质量份原料组成：
低聚物/环体质量含量0.1～0.4％的氟硅生胶100份、环体质量含量≤5％羟基氟硅油10～12份、比表面积200～250m2/g的气相法白炭黑35～55份、氧化铈或氧化铁1～3份和2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷、过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯0.5～1份。
根据本发明，上述低介质损耗氟硅混炼胶的制备方法，包括步骤如下：
(1)按组成质量份将氟硅生胶、羟基氟硅油、补强填料依次加入到橡胶混炼设备中进行混合；
(2)在氮气保护或者抽真空的条件下对混合好的胶料进行热处理，热处理温度为120～200℃，时间为1～10h；
(3)温度降至50℃以下，按组成质量份向上述混炼胶中添加耐热添加剂混炼至均匀；
(4)按组成质量份向步骤(3)获得的胶料中添加交联剂，即得低介质损耗氟硅混炼胶。
根据本发明的制备方法，优选的，步骤(2)所述的热处理温度为140～180℃，处理时间为2～6h。
本发明的有益效果如下：
本发明的低介质损耗氟硅混炼胶具有优异的耐低温性、耐高温性、耐油性以及优异的低介质损耗，介质损耗tanδ可降低至0.4以下。其制造的氟硅橡胶制件可在苛刻的绝缘油环境中进行长时间使用，可以更好地应用于工矿企业与民用建筑供配电系统油中浸油式变压器、浸油式开关、电容器以及通信等相关领域。
具体实施方法
为了更好体现本发明的优越性，通过以下具体实例对本发明做进一步说明，但不限于此。实施例中所用原料均为常规原料，市购产品，所用设备均为常规设备。
实施例1：
取低聚物/环体含量0.3％氟硅生胶100份，在开炼机中加入分批次加入12份环体含量4％羟基氟硅油、50份比表面积250m2/g的气相法白炭黑，混合均匀后进行抽真空及150℃×2h热处理，温度降至50℃，添加1份氧化铈，在开炼机中加入0.8份2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷(以下简称：双二五)，薄通、下片，进行条件为170℃×15min的一段硫化及200℃×4h的二段硫化制备试验片，测试基本性能、耐油性及介质损耗。
实施例2：
取低聚物/环体含量0.3％氟硅生胶100份，在开炼机中加入分批次加入12份环体含量1％羟基氟硅油、50份比表面积250m2/g的气相法白炭黑，混合均匀后进行抽真空及150℃×2h热处理，温度降至50℃，添加3份氧化铁，在开炼机中加入0.8份双二五，薄通、下片，进行条件为170℃×15min的一段硫化及200℃×4h的二段硫化制备试验片，测试基本性能、耐油性及介质损耗。
实施例3：
取低聚物/环体含量0.4％氟硅生胶100份，在开炼机中加入分批次加入10份环体含量1％羟基氟硅油、47份比表面积200m2/g的气相法白炭黑，混合均匀后进行抽真空及150℃×2h热处理，温度降至50℃，添加3份氧化铁，在开炼机中加入0.8份双二五，薄通、下片，进行条件为170℃×15min的一段硫化及200℃×4h的二段硫化制备试验片，测试基本性能、耐油性及介质损耗。
实施例4：
取低聚物/环体含量0.2％氟硅生胶100份，在开炼机中加入分批次加入10份环体含量4％羟基氟硅油、42份比表面积200m2/g的气相法白炭黑、10份云母粉，混合均匀后进行抽真空及150℃×2h热处理，温度降至50℃，添加3份氧化铁，在开炼机中加入0.8份双二五，薄通、下片，进行条件为170℃×15min的一段硫化及200℃×4h的二段硫化制备试验片，测试基本性能、耐油性及介质损耗。
实施例5
取低聚物/环体含量0.3％氟硅生胶100份，在开炼机中加入分批次加入8份环体含量2％羟基氟硅油、35份比表面积250m2/g的气相法白炭黑，10份云母粉，混合均匀后进行抽真空及150℃×2h热处理，温度降至50℃，添加3份氧化铁，在开炼机中加入1份过氧化苯甲酰，薄通、下片，进行条件为120℃×15min的一段硫化及200℃×4h的二段硫化制备试验片。
实施例6
取低聚物/环体含量0.2％氟硅生胶100份，在开炼机中加入分批次加入25份环体含量1％羟基氟硅油、55份比表面积250m2/g的气相法白炭黑，20份滑石粉，混合均匀后进行抽真空及150℃×2h热处理，温度降至50℃，添加3份氧化铁，在开炼机中加入0.7份过氧化二异丙苯，薄通、下片，进行条件为160℃×15min的一段硫化及200℃×4h的二段硫化制备试验片。
对比例1：
取低聚物/环体含量0.4％氟硅生胶100份，在开炼机中加入分批次加入12份环体含量7％羟基氟硅油、50份比表面积250m2/g的气相法白炭黑，混合均匀后进行抽真空及150℃×2h热处理，温度降至50℃，添加1份氧化铈，在开炼机中加入0.8份双二五，薄通、下片，进行条件为170℃×15min的一段硫化及200℃×4h的二段硫化制备试验片，测试基本性能、耐油性及介质损耗。
对比例2：
取低聚物/环体含量0.7％氟硅生胶100份，在开炼机中加入分批次加入12份环体含量3％羟基氟硅油、50份比表面积250m2/g的气相法白炭黑，混合均匀后进行抽真空及150℃×2h热处理，降温至50℃，添加3份氧化铁，在开炼机中加入0.8份双二五，薄通、下片，进行条件为170℃×15min的一段硫化及200℃×4h的二段硫化制备试验片，测试基本性能、耐油性及介质损耗。
对比例3：
取低聚物/环体含量0.6％氟硅生胶100份，在开炼机中加入分批次加入10份环体含量10％羟基氟硅油、42份比表面积200m2/g的气相法白炭黑、10份云母粉，混合均匀后进行抽真空及150℃×2h热处理，降温至50℃，添加3份氧化铁，在开炼机中加入0.8份双二五，薄通、下片，进行条件为170℃×15min的一段硫化及200℃×4h的二段硫化制备试验片，测试基本性能、耐油性及介质损耗测试。
试验例
测试实施例1～6与对比例1～3的性能数据如表1所示。
表1实施例1～6与对比例1～3性能数据
Figure BDA0001520171930000081
备注：以上实施例及对比例选择25#变压器油作为电器绝缘油进行介质损耗对比测试，测试条件100℃×168h
由表1可知，本发明制得的低介质损耗氟硅混炼胶具有优异的耐油性能和很低的介质损耗。
以上实施例用以说明本发明，但本发明并不仅仅局限于以上举例，且本领域的技术人员对本发明所涉及的内容做出的修改、添加及替换，同样属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种低介质损耗氟硅混炼胶，其特征在于，该混炼胶包括如下质量份原料组成：
氟硅生胶100份、羟基氟硅油1~30份、补强填料30~80份、耐热添加剂1~30份和交联剂0.5~4份；
所述的氟硅生胶的分子量为40×104~160×104g/mol，乙烯基含量为0.1~1.2mol%；所述的氟硅生胶的低聚物及环体的总质量含量≤0.5%，所述的羟基氟硅油中环体的质量含量≤5%；
低聚物是指在聚合反应过程中不可避免生成的具有较少重复单元的低分子聚合物，数均分子量≤2000；环体是指未反应完全的原料D3F环体以及由于可逆反应生成的D4F环体；
所述的补强填料为气相法白炭黑、沉淀法白炭黑中的一种或两种的混合物；
所述的耐热添加剂为氧化铁、氧化铈、氧化锡、氧化锌、氧化镁、二氧化钛中的一种或两种以上的混合物；
所述的交联剂为过氧化苯甲酰、2，4-二氯过氧化苯甲酰、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷、过氧化二异丙苯中的一种或两种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的低介质损耗氟硅混炼胶，其特征在于，所述的低介质损耗氟硅混炼胶，包括如下质量份原料组成：
氟硅生胶100份、羟基氟硅油8~15份、补强填料30~65份、耐热添加剂1~5份和交联剂0.6~2份。
3.根据权利要求1所述的低介质损耗氟硅混炼胶，其特征在于，所述的低介质损耗氟硅混炼胶，包括如下质量份原料组成：
低聚物/环体质量含量0.1~0.4%的氟硅生胶100份、环体质量含量≤5%羟基氟硅油10~12份、比表面积200~250m2/g的气相法白炭黑35~55份、氧化铈或氧化铁1~3份和2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷、过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯0.5~1份。
4.权利要求1-3任一项所述的低介质损耗氟硅混炼胶的制备方法，包括步骤如下：
（1）按组成质量份将氟硅生胶、羟基氟硅油、补强填料依次加入到橡胶混炼设备中进行混合；
（2）在氮气保护或者抽真空的条件下对混合好的胶料进行热处理， 热处理温度为120~200℃，时间为1~10h；
（3）温度降至50℃以下，按组成质量份向上述混炼胶中添加耐热添加剂混炼至均匀；
（4） 按组成质量份向步骤（3）获得的胶料中添加交联剂，即得低介质损耗氟硅混炼胶。
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