CN108962426A - 一种硅橡胶绝缘复合材料、其制备方法和用途 - Google Patents

一种硅橡胶绝缘复合材料、其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种硅橡胶绝缘复合材料、其制备方法和用途。所述硅橡胶绝缘复合材料包括如下重量份数的原料组分：硅橡胶100‑120份、层状无机颗粒20‑40份、纳米硅球0.5‑20份、乙烯基硅烷偶联剂1‑3份、硫化剂0.5‑2份和助剂5‑10份。所述硅橡胶绝缘复合材料是通过先将配方量的硅橡胶、纳米硅球和乙烯基硅烷偶联剂混炼，然后加入剩余的原料混炼，最后硫化的方法制备的得到。本发明提供的硅橡胶绝缘复合材料具有高抗击穿性、高耐电弧性、低介电损耗的优点，且机械性能良好，可用作直流输电线路复合绝缘子的材料，特别适合用作直流套管中复合绝缘子的材料。

Description

一种硅橡胶绝缘复合材料、其制备方法和用途
技术领域
本发明属于绝缘材料技术领域，具体涉及一种硅橡胶绝缘复合材料、其制备方法和用途。
背景技术
绝缘子是安装在不同电位的导体之间或导体与地电位构件之间的器件，通常用于输电线路中，对导线起到支撑、电绝缘的作用，可以架空输电线路。硅橡胶复合绝缘子是目前较常用的一种绝缘子，其与传统的陶瓷或玻璃绝缘子相比，具有强度高、质量轻、耐污闪电压高、不易破碎、维护方便等优点，在电网输电线路中得到广泛应用。
但是，在直流输电线路中，以高分子聚合物为基体的硅橡胶绝缘子会长期处于直流电场放电环境下，其表面容易因电弧放电及引起的高温而发生分解烧蚀，从而造成绝缘材料失效。此外，硅橡胶复合绝缘子的界面击穿是直流电场下一个比较严重的问题，绝缘子一旦被击穿，就意味着电绝缘能力的丧失。在直流电场条件下硅橡胶绝缘子同时需要低介电损耗，以提高抗热击穿性能。
目前，绝缘子用硅橡胶材料主要是通过硅橡胶、填料及硫化剂混合热硫化而成。例如，CN 101747630A公开了一种耐电痕和耐蚀损性的室温硫化硅橡胶组合物，包括聚有机硅氧烷、补强填料、耐电蚀稳定剂、助剂和稀释剂。CN 104845378A公开了一种复合绝缘子用耐高压电蚀的硅橡胶组合物，包括甲基乙烯基硅橡胶生胶、金属氧化物纳米颗粒、氢氧化铝、气相法白炭黑、交联剂、结构化控制剂和硫化剂。CN 102286212A公开了一种抗撕裂绝缘子用硅橡胶的配方，包括：生胶、氢氧化铝粉、气相炭黑、聚四氟乙烯粉、三氧化二锑、钛白粉、滑石粉、白云母粉、硅微粉、硬脂酸锌、甲基硅油、羟基硅油和硅烷偶联剂。CN 107033602A公开了一种复合绝缘子用高强度硅橡胶绝缘材料，包括甲基乙烯基硅橡胶生胶、气相法白炭黑、纳米氢氧化铝、氧化石墨烯、纳米BN、硅微粉、羟基硅油、乙基硅油和硅烷偶联剂。上述研究虽然分别针对绝缘子用硅橡胶材料的耐电蚀性和机械性能进行了改进，但是并未提高硅橡胶材料的耐电弧性和抗击穿性等电气性能，且电气性能与机械性能也无法兼顾。
因此，在保证硅橡胶复合绝缘子的机械性能和加工性能的前提下，提高复合绝缘子的耐电弧性、抗击穿性能，同时降低介电损耗，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种硅橡胶绝缘复合材料、其制备方法和用途。该硅橡胶绝缘复合材料具有高抗击穿性、高耐电弧性、低介电损耗的优点，且机械性能良好，可用作直流输电线路复合绝缘子的材料，特别适合用作直流套管中复合绝缘子的材料。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种硅橡胶绝缘复合材料，包括如下重量份数的原料组分：
硅橡胶100-120份、层状无机颗粒20-40份、纳米硅球0.5-20份、乙烯基硅烷偶联剂1-3份和硫化剂0.5-2份。
需要说明的是，本领域中“纳米二氧化硅”通常也称为纳米硅球，本发明中所述纳米硅球的材质为半导体硅，而不是二氧化硅。本发明通过复配使用不同粒径、不同形貌的层状无机颗粒与纳米硅球，利用二者的协同作用，提高了硅橡胶绝缘复合材料的绝缘性能，提高了其抗击穿性能和耐电弧性，降低了介电损耗，改善了机械性能。
本发明对纳米硅球的制备方法没有特殊限定，采用任意现有技术的方法均可，例如射频等离子体法：形状不规则的晶体硅由携带气体通过加料枪喷入等离子体炬中，被迅速加热而熔化，熔融的颗粒在表面张力的作用下形成球形度很高的液滴，并在极短的时间内迅速凝固，从而形成球形的硅颗粒。
本发明中，所述硅橡胶的重量份数可以是100份、101份、102份、103份、104份、105份、106份、107份、108份、109份、110份、111份、112份、113份、114份、115份、116份、117份、118份、119份或120份等。
所述层状无机颗粒的重量份数可以是20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份、30份、31份、32份、33份、34份、35份、36份、37份、38份、39份或40份。
所述纳米硅球的重量份数可以是0.5份、0.8份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。
所述乙烯基硅烷偶联剂的重量份数可以是1份、1.2份、1.3份、1.5份、1.6份、1.8份、2份、2.2份、2.3份、2.5份、2.6份、2.8份或3份等。
所述硫化剂的重量份数可以是0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份或2份等。
作为本发明的优选技术方案，所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶。
优选地，所述甲基乙烯基硅橡胶的乙烯基含量为0.03-0.39％；例如可以是0.03％、0.05％、0.06％、0.08％、0.1％、0.12％、0.13％、0.15％、0.16％、0.18％、0.2％、0.22％、0.23％、0.25％、0.26％、0.28％、0.3％、0.32％、0.33％、0.35％、0.36％、0.38％或0.39％等。
优选地，所述甲基乙烯基硅橡胶为甲基封端的甲基乙烯基硅橡胶和/或乙烯基封端的甲基乙烯基硅橡胶。
作为本发明的优选技术方案，所述层状无机颗粒选自层状磷酸盐、蒙脱土、高岭土、六方氮化硼、片状氢氧化镁、蛭石、云母或层状复合金属氢氧化物中的一种或至少两种的组合；所述组合典型但非限制性实例有：层状磷酸盐与蒙脱土的组合、层状磷酸盐与高岭土的组合、层状磷酸盐与六方氮化硼的组合、层状磷酸盐与蛭石的组合、层状磷酸盐与层状复合金属氢氧化物的组合、蒙脱土与高岭土的组合、蒙脱土与六方氮化硼的组合、蒙脱土与片状氢氧化镁的组合、蒙脱土与云母的组合、蒙脱土与层状复合金属氢氧化物的组合、六方氮化硼与片状氢氧化镁的组合、六方氮化硼与蛭石的组合、六方氮化硼与层状复合金属氢氧化物的组合、蛭石与云母的组合等。
本发明对于所述层状复合金属氢氧化物的种类没有特殊限定，示例性地，可以选择CN 105062074A中公开的层状复合金属氢氧化物，其具有以下通式：
[M1a 2+M2b 2+M3c 3+M4d 3+(OH)y]x+(zAn-)·vH2O；
其中，M1和M2为二价金属阳离子，M1包括但不限于Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Co2+或Ni2+中的任意一种，优选Ca2+、Mg2+或Zn2+中的任意一种；M2包括但不限于Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+、Co2 +或Ni2+中的任意一种，优选Co2+、Ni2+或Cu2+中的任意一种；M3和M4为三价金属阳离子，M3包括但不限于Al3+、Cr3+、Fe3+或Ce3+中的任意一种，优选Al3+或Fe3+；M4包括但不限于Al3+、Cr3+、Fe3+或Ce3+中的任意一种，优选Cr3+或Ce3+；
a+b＝1-x，c+d＝x，其中，x为(M33++M43+)/(M12++M22++M33++M43+)的摩尔比值，为0.1-0.9，优选0.2-0.8，更优选0.5-0.7；
An-代表层间可交换的阴离子，包括但不限于硝酸根、硫酸根、乳酸根、氨基酸、氯离子、碳酸根，z为阴离子摩尔数量，n为阴离子价数，其中zn＝[2(a+b)+3(c+d)-y]；v为层间结晶水数量，为0.1-5，优选0.5-3。
优选地，所述层状无机颗粒的粒径为100nm-5μm；例如可以是100nm、200nm、300nm、500nm、800nm、1μm、2μm、3μm、4μm或5μm等。
作为本发明的优选技术方案，所述纳米硅球的D50粒径(中位粒径或中值粒径)为30-80nm，例如可以是30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、110nm、120nm、130nm、150nm、180nm或200nm等；优选为30-100nm，进一步优选为30-50nm。
需要说明的是，出于改善硅橡胶绝缘复合材料抗击穿性能、耐电弧性、介电损耗等电气性能的目的，应尽量减小纳米硅球的粒径。若纳米硅球的粒径过大，则会导致硅橡胶绝缘复合材料的上述电气性能明显变差，甚至丧失绝缘性。
优选地，所述纳米硅球的球形度≥99％。
作为本发明的优选技术方案，所述乙烯基硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷或乙烯基三乙酰氧基硅烷中的一种或至少两种的组合；所述组合典型但非限制性实例有：乙烯基三甲氧基硅烷与乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷的组合、乙烯基三甲氧基硅烷与乙烯基三氯硅烷的组合、乙烯基三乙氧基硅烷与乙烯基三叔丁氧基硅烷的组合、乙烯基三氯硅烷与乙烯基三叔丁基过氧硅烷的组合、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷与乙烯基三乙酰氧基硅烷的组合等。
优选地，所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷。
作为本发明的优选技术方案，所述硅橡胶绝缘复合材料还包括5-10份(例如5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等)助剂。
优选地，所述助剂由2.5-5重量份(例如2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份、5重量份等)甲基硅油、2-4重量份(例如2重量份、2.2重量份、2.5重量份、2.8重量份、3重量份、3.2重量份、3.5重量份、3.8重量份或4重量份等)羟基硅油和0.5-1重量份(例如0.5重量份、0.6重量份、0.7重量份、0.8重量份、0.9重量份或1重量份等)含氢硅油组成。
其中，甲基硅油具有改善硅橡胶柔韧性的作用；羟基硅油能够防止硅橡胶结构化；添加含氢硅油后，可以减少硅橡胶所需硫化次数，仅需一步硫化即可交联成型。
第二方面，本发明提供一种上述硅橡胶绝缘复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配方将硅橡胶、纳米硅球和乙烯基硅烷偶联剂混合，进行混炼；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入配方量的层状无机颗粒、硫化剂和任选地助剂，进行混炼；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶硫化，得到所述硅橡胶绝缘复合材料。
作为本发明的优选技术方案，步骤(1)和步骤(2)中所述混炼各自独立地在密炼机、捏合机或开炼机中进行。
优选地，步骤(1)和步骤(2)中所述混炼的温度各自独立地为18-30℃，例如可以是18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃等；时间各自独立地为10-40min，例如可以是10min、12min、15min、18min、20min、22min、25min、28min、30min、32min、35min、38min或40min等。
优选地，步骤(3)中所述硫化的温度为160-170℃，例如可以是160℃、161℃、162℃、163℃、164℃、165℃、166℃、167℃、168℃、169℃或170℃等；时间为5-20min，例如可以是5min、6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min、19min或20min等。
优选地，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配方将硅橡胶、纳米硅球和乙烯基硅烷偶联剂在18-30℃下混炼10-40min；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入配方量的层状无机颗粒、硫化剂和任选地助剂，在18-30℃下混炼10-40min；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶在160-170℃下硫化5-20min，得到所述硅橡胶绝缘复合材料。
第三方面，本发明提供一种上述硅橡胶绝缘复合材料的用途，所述硅橡胶绝缘复合材料用于直流输电线路中的复合绝缘子，优选用于直流套管中的复合绝缘子。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用层状无机颗粒与纳米硅球的复配协同作用，结合其他组分，得到了一种具有高抗击穿性、高耐电弧性、低介电损耗，且机械性能良好的硅橡胶绝缘复合材料。其击穿强度为32.5-34kV/mm，耐电弧时间为142-150s，介电损耗为0.035-0.038，拉伸强度为7.1-8.1MPa，断裂伸长率为400-430％，撕裂强度为16.2-17.1kN/m，可用作直流输电线路复合绝缘子的材料，特别适合用作直流套管中复合绝缘子的材料。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明实施例中的层状复合金属氢氧化物为CN 105062074A实施例1-3中公开的层状复合金属氢氧化物，具体的制备方法如下：
[Ca0.8Fe0.17Ce0.03(OH)2](NO3)0.2·0.1H2O：
向20mL去离子水中加入8.97g氧化钙、13.74g硝酸铁和2.6g硝酸铈，搅拌均匀，放入球磨机中湿磨，球磨机转速为200r/min，球磨时间为660min，然后放入烘箱中烘干，再放入球磨机干磨，球磨机转速为700r/min，球磨时间为20min。
[Ca0.67Cu0.19Al0.24(OH)2](Cl)0.44·3H2O：
向6.8m1去离子水中加入7.5g氧化钙、6.5g氯化铜和6.4g氯化铝，搅拌均匀，放入球磨机中湿磨，球磨机转速为1000r/min，球磨时间为300min，然后放入烘箱中烘干，再放入球磨机中干磨，球磨机转速为200r/min，球磨时间为360min。
[Mg0.41Ni0.17Al0.12Fe0.3(OH)2](SO4)0.21·0.8H2O：
向23m1去离子水中加入16.84g硫酸镁、7.45g硫酸镍、13.32g硫酸铝和20.2g硫酸铁，搅拌均匀，放入球磨机中湿磨，球磨机转速为800r/min，球磨时间为300min，然后放入烘箱中烘干，再放入球磨机干磨，球磨机转速为600r/min，球磨时间为30min。
实施例1
本实施例提供一种硅橡胶绝缘复合材料，包括如下重量份数的原料组分：
甲基乙烯基硅橡胶100份、[Ca0.8Fe0.17Ce0.03(OH)2](NO3)0.2·0.1H2O 30份、纳米硅球10份、乙烯基三甲氧基硅烷2份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷1份、甲基硅油5份、羟基硅油4份和含氢硅油1份；
其中，甲基乙烯基硅橡胶由50份乙烯基摩尔含量为0.07％的甲基乙烯基硅橡胶和50份乙烯基摩尔含量为0.30％的甲基乙烯基硅橡胶组成；纳米硅球的D50粒径为50nm。
上述硅橡胶绝缘复合材料的制备方法如下：
(1)按配方将硅橡胶、纳米硅球和乙烯基硅烷偶联剂加入密炼机中，在常温下混炼10min；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入配方量的层状无机颗粒、硫化剂和助剂，继续在常温下混炼30min；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶在160℃下硫化20min，得到硅橡胶绝缘复合材料。
实施例2
本实施例提供一种硅橡胶绝缘复合材料，包括如下重量份数的原料组分：
甲基乙烯基硅橡胶105份、[Ca0.8Fe0.17Ce0.03(OH)2](NO3)0.2·0.1H2O 25份、纳米硅球15份、乙烯基三甲氧基硅烷1.5份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷0.8份、甲基硅油5份、羟基硅油4份和含氢硅油1份；
其中，甲基乙烯基硅橡胶由35份乙烯基摩尔含量为0.03％的甲基乙烯基硅橡胶和70份乙烯基摩尔含量为0.2％的甲基乙烯基硅橡胶组成；纳米硅球的D50粒径为30nm。
上述硅橡胶绝缘复合材料的制备方法如下：
(1)按配方将硅橡胶、纳米硅球和乙烯基硅烷偶联剂加入捏合机中，在常温下混炼20min；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入配方量的层状无机颗粒、硫化剂和助剂，继续在常温下混炼20min；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶在170℃下硫化5min，得到硅橡胶绝缘复合材料。
实施例3
本实施例提供一种硅橡胶绝缘复合材料，包括如下重量份数的原料组分：
甲基乙烯基硅橡胶115份、[Ca0.8Fe0.17Ce0.03(OH)2](NO3)0.2·0.1H2O 35份、纳米硅球5份、乙烯基三甲氧基硅烷2.5份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷1.5份、甲基硅油5份、羟基硅油4份和含氢硅油1份；
其中，甲基乙烯基硅橡胶的乙烯基摩尔含量为0.25％；纳米硅球的D50粒径为100nm。
上述硅橡胶绝缘复合材料的制备方法如下：
(1)按配方将硅橡胶、纳米硅球和乙烯基硅烷偶联剂加入密炼机中，在常温下混炼15min；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入配方量的层状无机颗粒、硫化剂和助剂，继续在常温下混炼25min；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶在165℃下硫化10min，得到硅橡胶绝缘复合材料。
实施例4
本实施例提供一种硅橡胶绝缘复合材料，包括如下重量份数的原料组分：
甲基乙烯基硅橡胶110份、[Ca0.67Cu0.19Al0.24(OH)2](Cl)0.44·3H2O 20份、纳米硅球0.5份、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷1份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷0.5份、甲基硅油2.5份、羟基硅油2份和含氢硅油0.5份；
其中，甲基乙烯基硅橡胶的乙烯基摩尔含量为0.15％；纳米硅球的D50粒径为200nm。
上述硅橡胶绝缘复合材料的制备方法如下：
(1)按配方将硅橡胶、纳米硅球和乙烯基硅烷偶联剂加入密炼机中，在常温下混炼30min；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入配方量的层状无机颗粒、硫化剂和助剂，继续在常温下混炼10min；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶在162℃下硫化15min，得到硅橡胶绝缘复合材料。
实施例5
本实施例提供一种硅橡胶绝缘复合材料，包括如下重量份数的原料组分：
甲基乙烯基硅橡胶120份、[Mg0.41Ni0.17Al0.12Fe0.3(OH)2](SO4)0.21·0.8H2O 40份、纳米硅球20份、乙烯基三氯硅烷3份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷2份、甲基硅油4.2份、羟基硅油3份和含氢硅油0.8份；
其中，甲基乙烯基硅橡胶的乙烯基摩尔含量为0.35％；纳米硅球的D50粒径为150nm。
上述硅橡胶绝缘复合材料的制备方法如下：
(1)按配方将硅橡胶、纳米硅球和乙烯基硅烷偶联剂加入开炼机中，在常温下混炼20min；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入配方量的层状无机颗粒、硫化剂和助剂，继续在常温下混炼10min；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶在168℃下硫化8min，得到硅橡胶绝缘复合材料。
实施例6
本实施例提供一种硅橡胶绝缘复合材料，包括如下重量份数的原料组分：
甲基乙烯基硅橡胶100份、蒙脱土26份、纳米硅球2份、乙烯基三叔丁氧基硅烷2份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷1.2份、甲基硅油4份、羟基硅油2份和含氢硅油1份；
其中，甲基乙烯基硅橡胶由80份乙烯基摩尔含量为0.1％的甲基乙烯基硅橡胶和20份乙烯基摩尔含量为0.3％的甲基乙烯基硅橡胶组成；纳米硅球的D50粒径为50nm。
上述硅橡胶绝缘复合材料的制备方法如下：
(1)按配方将硅橡胶、纳米硅球和乙烯基硅烷偶联剂加入密炼机中，在常温下混炼20min；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入配方量的层状无机颗粒、硫化剂和助剂，继续在常温下混炼20min；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶在160℃下硫化10min，得到硅橡胶绝缘复合材料。
实施例7
本实施例提供一种硅橡胶绝缘复合材料，包括如下重量份数的原料组分：
甲基乙烯基硅橡胶100份、蛭石32份、纳米硅球6份、乙烯基三乙酰氧基硅烷3份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷1.5份、甲基硅油5份、羟基硅油3份和含氢硅油0.5份；
其中，甲基乙烯基硅橡胶由50份乙烯基摩尔含量为0.07％的甲基乙烯基硅橡胶和50份乙烯基摩尔含量为0.3％的甲基乙烯基硅橡胶组成；纳米硅球的D50粒径为30nm。
上述硅橡胶绝缘复合材料的制备方法如下：
(1)按配方将硅橡胶、纳米硅球和乙烯基硅烷偶联剂加入密炼机中，在常温下混炼10min；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入配方量的层状无机颗粒、硫化剂和助剂，继续在常温下混炼20min；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶在170℃下硫化10min，得到硅橡胶绝缘复合材料。
实施例8
与实施例1的区别在于，层状无机颗粒为六方氮化硼，其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例1
与实施例1的区别在于，不含有纳米硅球，层状复合金属氢氧化物[Ca0.8Fe0.17Ce0.03(OH)2](NO3)0.2·0.1H2O的重量份数为40份；其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例2
与实施例1的区别在于，不含有层状复合金属氢氧化物[Ca0.8Fe0.17Ce0.03(OH)2](NO3)0.2·0.1H2O，纳米硅球的重量份数为40份；其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例3
与实施例1的区别在于，层状复合金属氢氧化物[Ca0.8Fe0.17Ce0.03(OH)2](NO3)0.2·0.1H2O的重量份数为17份，纳米硅球的重量份数为23份；其他原料、用量及制备方法与实施例1相同。
对比例4
与实施例1的区别在于，纳米硅球的D50粒径为500nm。
对上述实施例与对比例提供的硅橡胶绝缘复合材料的性能进行测试，测试项目和标准如下：
击穿强度：按照GB/T 1410-2006中5.1规定的方法进行测试，测试温度为23±2℃，测试5个试样，结果取平均值；
介电损耗：按照GB 1409-2006规定的方法进行测试，测试温度为23±2℃，测试5个试样，结果取平均值；
耐电弧时间：按照GB 1411-2002规定的方法进行测试，测试温度为23±2℃，测试5个试样，结果取平均值；
拉伸强度和断裂伸长率：GB/T528-2009；
撕裂强度：GB/T 529-2008。
上述测试的结果如下表1所示：
表1
通过表1的数据可知，本发明通过层状无机颗粒与纳米硅球的复配协同作用，得到了一种具有高抗击穿性、高耐电弧性、低介电损耗，且机械性能良好的硅橡胶绝缘复合材料。当不添加纳米硅球或层状无机颗粒时(对比例1和2)，均会导致硅橡胶绝缘复合材料的击穿强度和耐电弧时间减小，拉伸强度和撕裂强度下降。当纳米硅球的含量过多时(对比例3)，硅橡胶绝缘复合材料的抗击穿性和耐电弧性下降。当纳米硅球的粒径过大时(对比例4)，得到的硅橡胶绝缘复合材料的绝缘性能大幅下降，击穿强度和耐电弧时间明显减小。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种硅橡胶绝缘复合材料，其特征在于，所述硅橡胶绝缘复合材料包括如下重量份数的原料组分：
硅橡胶100-120份、层状无机颗粒20-40份、纳米硅球0.5-20份、乙烯基硅烷偶联剂1-3份和硫化剂0.5-2份。
2.根据权利要求1所述的硅橡胶绝缘复合材料，其特征在于，所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶；
优选地，所述甲基乙烯基硅橡胶中乙烯基的摩尔含量为0.03-0.39％；
优选地，所述甲基乙烯基硅橡胶为甲基封端的甲基乙烯基硅橡胶和/或乙烯基封端的甲基乙烯基硅橡胶。
3.根据权利要求1或2所述的硅橡胶绝缘复合材料，其特征在于，所述层状无机颗粒选自层状磷酸盐、蒙脱土、高岭土、六方氮化硼、片状氢氧化镁、蛭石、云母或层状复合金属氢氧化物中的一种或至少两种的组合；
优选地，所述层状无机颗粒的粒径为100nm-5μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的硅橡胶绝缘复合材料，其特征在于，所述纳米硅球的D50粒径为30-200nm，优选为30-100nm，进一步优选为30-50nm；
优选地，所述纳米硅球的球形度≥99％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的硅橡胶绝缘复合材料，其特征在于，所述乙烯基硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三叔丁基过氧硅烷或乙烯基三乙酰氧基硅烷中的一种或至少两种的组合；
优选地，所述硫化剂为2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷。
6.根据权利要求1-5任一项所述的硅橡胶绝缘复合材料，其特征在于，所述硅橡胶绝缘复合材料还包括5-10份助剂；
优选地，所述助剂由2.5-5重量份甲基硅油、2-4重量份羟基硅油和0.5-1重量份含氢硅油组成。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的硅橡胶绝缘复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配方将硅橡胶、纳米硅球和乙烯基硅烷偶联剂混合，进行混炼；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入配方量的层状无机颗粒、硫化剂和任选地助剂，进行混炼；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶硫化，得到所述硅橡胶绝缘复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中所述混炼各自独立地在密炼机、捏合机或开炼机中进行；
优选地，步骤(1)和步骤(2)中所述混炼的温度各自独立地为18-30℃，时间各自独立地为10-40min；
优选地，步骤(3)中所述硫化的温度为160-170℃，时间为5-20min。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)按配方将硅橡胶、纳米硅球和乙烯基硅烷偶联剂在18-30℃下混炼10-40min；
(2)向步骤(1)得到的混合物中加入配方量的层状无机颗粒、硫化剂和任选地助剂，在18-30℃下混炼10-40min；
(3)将步骤(2)得到的混炼胶在160-170℃下硫化5-20min，得到所述硅橡胶绝缘复合材料。
10.一种如权利要求1-6任一项所述的硅橡胶绝缘复合材料的用途，其特征在于，所述硅橡胶绝缘复合材料用于直流输电线路中的复合绝缘子，优选用于直流套管中的复合绝缘子。
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