CN109135002A - 一种聚合物绝缘子材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合物绝缘子材料，由聚乙烯、聚丙烯、甲基硅橡胶和填料组成，按照质量百分比，其中聚乙烯占40％‑55％，聚丙烯占5％‑15％，甲基硅橡胶占10％‑15％，填料占15％‑45％。该聚合物复合绝缘子材料，既能满足绝缘子电气特性、机械性能要求又能满足寿命要求，耐漏电起痕电蚀损评级>＝1A4.5级，最大蚀损深度小于2mm，并具有防污自洁功能，其性价比高、节能环保、无污染、产品到达寿命期后可回收再利用。本发明还公开了一种该聚合物绝缘子材料的制备方法。

Description

一种聚合物绝缘子材料及其制备方法

技术领域

本发明属于绝缘子材料技术领域，特别是涉及一种聚合物绝缘子材料，还涉及一种该聚合物绝缘子材料的制备方法。

背景技术

随着经济的发展，电力电网及其电力设施的建设也在加快进行，绝缘子的用量也越来越大，而传统的瓷绝缘子却存在诸多不足：(1)生产一般需要开采大量陶土，在生产过程中传统窑炉式烧结既消耗能源又会排放大量的烟尘污染，严重地破坏了生态环境；(2)生产周期长、工序多、实现机械化、自动化生产的难度大；(3)受原材料的材质限制尤其是矿物原料的质量波动影响大，产品重量重，特别是在高空安装施工困难、劳动强度大；(3)在输电线路架设前，需逐只摇测绝缘电阻或做耐受电压等预防性试验，在电力运行过程中需登塔逐只带电检测，故而每年需要花大量的人力和物力；(4)容易受污秽污染，需要花大量人力清除架空线路绝缘子上污秽，否则将影响线路安全运行。

为解决传统瓷绝缘子在生产上和产品性能上的不足，20世纪30年代，英国首先在输电线路卜试用玻璃绝缘子，它属于瓷绝缘子派生产品，能弥补瓷绝缘子的不足之处。但是玻璃绝缘子易自爆的特点使其在应用上也有局限性，特别是污染较严重地区自爆率更高。

复合绝缘子相比于前两种绝缘子，克服了诸多缺陷，从60年代开始发展，我国从上世纪80年代开始研究。复合绝缘子也称合成绝缘子，它由受电特性的绝缘串和传递机械负荷端部金具连接而成，绝缘串则是由玻璃纤维增强的环氧树脂芯棒与具有独特形状的有机材料伞套组合而成。复合绝缘子的伞套一般采用硅橡胶材料，其具有良好的耐高低温、耐紫外线、耐臭氧、耐霉菌等优点。但其存在机械强度低、耐电腐蚀不高及防护性能较差等缺陷，这使其长期的安全运行难以得到保障。

由于存在以上不足，国内外都在致力于聚合物复合绝缘子伞套材料的研究，以增强其机械强度、耐电腐蚀等性能。中国专利CN 103194015公布了一种改性聚合物绝缘子材料，以聚乙烯为基体，与聚丙烯按照(75-90):(10-25)体积比进行共混制得。该改性聚合物绝缘子材料能满足绝缘子电气特性、机械性能要求和寿命要求。但是该改性聚合物绝缘子材料的耐电腐蚀性能一般，耐漏电起痕定级为1A4.5级，电蚀损深度<2.5mm，达到了GB/T19519-2004对于复合绝缘子的一般要求，但是我国一些污染比较严重的地区，则对复合绝缘子伞套材料的耐漏电起痕电蚀损性能要求更为严格。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种聚合物绝缘子材料，解决聚合物绝缘子材料耐电腐蚀性能较差的问题。

本发明的第二目的是提供一种聚合物绝缘子材料的制备方法，用以制备上述聚合物绝缘子材料。

为了达到上述的第一个目的，本发明所采用的技术方案是，一种聚合物绝缘子材料，由聚乙烯、聚丙烯、甲基硅橡胶和填料组成。

本发明的第一种技术方案，还具有以下特点：

按照质量百分比，所述聚乙烯占40％-55％，所述聚丙烯占5％-15％，所述甲基硅橡胶占10％-15％，所述填料占15％-45％。

所述聚丙烯和所述聚乙烯的平均分子量均为10万-20万，所述甲基硅橡胶的平均分子量为50万-60万，所述填料的平均粒径为0.5um-5um。

所述填料为无机填料。

所述填料由聚四氟乙烯、氧化铝、氢氧化铝、萤石、偏硼酸钡、云母粉、沸石、硫酸钡、碳化硅、滑石、硼酸锌、偶联剂、相容剂、润滑剂、抗氧剂、阻燃剂和耐候剂中的一种或数种。

为了达到上述的第二个目的，本发明所采用的技术方案是，一种聚合物绝缘子材料的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，将密炼机预热至150℃-160℃；

步骤2，按照质量百分比分别量取聚丙烯、甲基硅橡胶、聚乙烯和填料；

步骤3，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚丙烯和甲基硅橡胶分别加入经步骤1预热后的密炼机内，之后降下上顶栓，并于0.5MPa-0.6MPa，150℃-160℃的条件下密炼115s-120s，最终得到产物A；

步骤4，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚乙烯和填料分别加入经步骤3得到的产物A内，之后降下上顶栓，并于0.5MPa-0.6MPa，150℃-160℃的条件下密炼115s-120s，得到产物B；

步骤5，经步骤4得到产物B后，升起上顶栓，并于150℃-160℃的条件下炼制115s-120s，得到产物C；

步骤6，对步骤5得到的产物C先进行排胶处理，之后冷却至室温并进行粉碎，最后通过双螺杆造粒得到目标产物聚合物绝缘子材料。

本发明的有益效果是：(1)本发明的聚合物复合绝缘子材料，既能满足绝缘子电气特性、机械性能要求又能满足寿命要求，耐漏电起痕电蚀损评级>＝1A4.5级，最大蚀损深度小于2mm，并具有防污自洁功能，其性价比高、节能环保、无污染、产品到达寿命期后可回收再利用；(2)本发明的聚合物复合绝缘子材料的制备方法中，密炼是利用内部的设计好的桨叶相对运动时产生空间的规律性收缩来产生剪切力，无需人工操作，节省劳动力、生产效率高，操作容易，较好地克服粉尘飞扬，减少配合剂的损失，改善劳动条件，减轻劳动强度等。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步地详细说明。

本发明的一种聚合物绝缘子材料，由聚乙烯、聚丙烯、甲基硅橡胶和填料组成；按照质量百分比，其中聚乙烯占40％-55％，聚丙烯占5％-15％，甲基硅橡胶占10％-15％，填料占15％-45％；聚丙烯和聚乙烯的平均分子量均为10万-20万，甲基硅橡胶的平均分子量为50万-60万，填料的平均粒径为0.5um-5um；填料为无机填料，由聚四氟乙烯、氧化铝、氢氧化铝、萤石、偏硼酸钡、云母粉、沸石、硫酸钡、碳化硅、滑石、硼酸锌、偶联剂、相容剂、润滑剂、抗氧剂、阻燃剂和耐候剂中的一种或数种组成。

一种上述聚合物绝缘子材料的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，将密炼机预热至150℃-160℃；

步骤2，按照质量百分比分别量取聚丙烯、甲基硅橡胶、聚乙烯和填料，其中聚乙烯占40％-55％，聚丙烯占5％-15％，甲基硅橡胶占10％-15％，填料占15％-45％；聚丙烯和聚乙烯的平均分子量均为10万-20万，甲基硅橡胶的平均分子量为50万-60万，填料的平均粒径为0.5um-5um，填料由无机填料，由聚四氟乙烯、氧化铝、氢氧化铝、萤石、偏硼酸钡、云母粉、沸石、硫酸钡、碳化硅、滑石、硼酸锌、偶联剂、相容剂、润滑剂、抗氧剂、阻燃剂和耐候剂中的一种或数种组成；

步骤3，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚丙烯和甲基硅橡胶分别加入经步骤1预热后的密炼机内，之后降下上顶栓，并于0.5MPa-0.6MPa，150℃-160℃的条件下密炼115s-120s，最终得到产物A；

步骤4，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚乙烯和填料分别加入经步骤3得到的产物A内，之后降下上顶栓，并于0.5MPa-0.6MPa，150℃-160℃的条件下密炼115s-120s，得到产物B；

步骤5，经步骤4得到产物B后，升起上顶栓，并于150℃-160℃的条件下炼制115s-120s，得到产物C；

步骤6，对步骤5得到的产物C先进行排胶处理，之后冷却至室温并进行粉碎，最后通过双螺杆造粒得到目标产物聚合物绝缘子材料。

该聚合物绝缘子材料具有良好的介电性能，体积电阻率≥1×1011Ω·m，具有良好机械性能，这是传统瓷绝缘子、玻璃绝缘子和硅橡胶绝缘子所不能达到的。聚丙烯的拉升强度比高密度聚乙烯更高，但前者耐寒性能优异，冷脆温度为-70℃，而聚丙烯耐低温冲击较差，因而两种高聚物共混，既体现了母材的良好性能又改善了弥补了母材性能的不足。而填料的加入，提升了聚合物的耐漏电起痕和电蚀损性能。漏电起痕的实质是污染液所引起的绝缘材料表面放电、局部过热的现象。在聚合物中加入填料时，可以改善其耐漏电起痕和电蚀损性能。如氢氧化铝在受热温度大于250℃时会释放出结晶水，同时吸收大量热量，从而降低聚合金硅的温度，改善其耐漏电起痕和电蚀损性能。加入甲基硅橡胶混炼后，其弹性、韧性、硬度等机械性能有显著提升。

实施例1

一种上述聚合物绝缘子材料的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，将密炼机预热至150℃；

步骤2，按照质量百分比分别量取聚丙烯、甲基硅橡胶、聚乙烯和填料，其中聚乙烯占40％，聚丙烯占5％，甲基硅橡胶占10％，填料占45％；聚丙烯和聚乙烯的平均分子量均为10万，甲基硅橡胶的平均分子量为50万，填料的平均粒径为0.5um，填料为氢氧化铝；

步骤3，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚丙烯和甲基硅橡胶分别加入经步骤1预热后的密炼机内，之后降下上顶栓，并于0.5MPa，150℃的条件下密炼115s，最终得到产物A；

步骤4，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚乙烯和填料分别加入经步骤3得到的产物A内，之后降下上顶栓，并于0.5MPa，150℃的条件下密炼115s，得到产物B；

步骤5，经步骤4得到产物B后，升起上顶栓，并于150℃的条件下炼制115s，得到产物C；

步骤6，对步骤5得到的产物C先进行排胶处理，之后冷却至室温并进行粉碎，最后通过双螺杆造粒得到目标产物聚合物绝缘子材料。

实施例2

一种上述聚合物绝缘子材料的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，将密炼机预热至152℃；

步骤2，按照质量百分比分别量取聚丙烯、甲基硅橡胶、聚乙烯和填料，其中聚乙烯占45％，聚丙烯占7％，甲基硅橡胶占11％，填料占37％；聚丙烯和聚乙烯的平均分子量均为12万，甲基硅橡胶的平均分子量为53万，填料的平均粒径为1um，填料为氢氧化铝；

步骤3，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚丙烯和甲基硅橡胶分别加入经步骤1预热后的密炼机内，之后降下上顶栓，并于0.55MPa，153℃的条件下密炼117s，最终得到产物A；

步骤4，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚乙烯和填料分别加入经步骤3得到的产物A内，之后降下上顶栓，并于0.55Pa，153℃的条件下密炼117s，得到产物B；

步骤5，经步骤4得到产物B后，升起上顶栓，并于153℃的条件下炼制117s，得到产物C；

步骤6，对步骤5得到的产物C先进行排胶处理，之后冷却至室温并进行粉碎，最后通过双螺杆造粒得到目标产物聚合物绝缘子材料。

实施例3

一种上述聚合物绝缘子材料的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，将密炼机预热至155℃；

步骤2，按照质量百分比分别量取聚丙烯、甲基硅橡胶、聚乙烯和填料，其中聚乙烯占50％，聚丙烯占10％，甲基硅橡胶占12％，填料占28％；聚丙烯和聚乙烯的平均分子量均为15万，甲基硅橡胶的平均分子量为45万，填料的平均粒径为3um，填料为氢氧化铝；

步骤3，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚丙烯和甲基硅橡胶分别加入经步骤1预热后的密炼机内，之后降下上顶栓，并于0.55MPa，155℃的条件下密炼118s，最终得到产物A；

步骤4，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚乙烯和填料分别加入经步骤3得到的产物A内，之后降下上顶栓，并于0.55MPa，155℃的条件下密炼118s，得到产物B；

步骤5，经步骤4得到产物B后，升起上顶栓，并于155℃的条件下炼制118s，得到产物C；

步骤6，对步骤5得到的产物C先进行排胶处理，之后冷却至室温并进行粉碎，最后通过双螺杆造粒得到目标产物聚合物绝缘子材料。

实施例4

一种上述聚合物绝缘子材料的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，将密炼机预热至158℃；

步骤2，按照质量百分比分别量取聚丙烯、甲基硅橡胶、聚乙烯和填料，其中聚乙烯占52％，聚丙烯占13％，甲基硅橡胶占14％，填料占21％；聚丙烯和聚乙烯的平均分子量均为19万，甲基硅橡胶的平均分子量为58万，填料的平均粒径为4um，填料为氢氧化铝；

步骤3，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚丙烯和甲基硅橡胶分别加入经步骤1预热后的密炼机内，之后降下上顶栓，并于0.55MPa，158℃的条件下密炼119s，最终得到产物A；

步骤4，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚乙烯和填料分别加入经步骤3得到的产物A内，之后降下上顶栓，并于0.55MPa，158℃的条件下密炼119s，得到产物B；

步骤5，经步骤4得到产物B后，升起上顶栓，并于158℃的条件下炼制119s，得到产物C；

步骤6，对步骤5得到的产物C先进行排胶处理，之后冷却至室温并进行粉碎，最后通过双螺杆造粒得到目标产物聚合物绝缘子材料。

实施例5

一种上述聚合物绝缘子材料的制备方法，按照以下步骤实施：

步骤1，将密炼机预热至160℃；

步骤2，按照质量百分比分别量取聚丙烯、甲基硅橡胶、聚乙烯和填料，其中聚乙烯占55％，聚丙烯占15％，甲基硅橡胶占15％，填料占15％；聚丙烯和聚乙烯的平均分子量均为20万，甲基硅橡胶的平均分子量为60万，填料的平均粒径为5um，填料为氢氧化铝；

步骤3，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚丙烯和甲基硅橡胶分别加入经步骤1预热后的密炼机内，之后降下上顶栓，并于0.6MPa，160℃的条件下密炼120s，最终得到产物A；

步骤4，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚乙烯和填料分别加入经步骤3得到的产物A内，之后降下上顶栓，并于0.6MPa，160℃的条件下密炼120s，得到产物B；

步骤5，经步骤4得到产物B后，升起上顶栓，并于150℃-160℃的条件下炼制120s，得到产物C；

步骤6，对步骤5得到的产物C先进行排胶处理，之后冷却至室温并进行粉碎，最后通过双螺杆造粒得到目标产物聚合物绝缘子材料。

Claims (6)

1.一种聚合物绝缘子材料，其特征在于，由聚乙烯、聚丙烯、甲基硅橡胶和填料组成。

2.根据权利要求1所述的聚合物绝缘子材料，其特征在于，按照质量百分比，所述聚乙烯占40％-55％，所述聚丙烯占5％-15％，所述甲基硅橡胶占10％-15％，所述填料占15％-45％。

3.根据权利要求2所述的聚合物绝缘子材料，其特征在于，所述聚丙烯和所述聚乙烯的平均分子量均为10万-20万，所述甲基硅橡胶的平均分子量为50万-60万，所述填料的平均粒径为0.5um-5um。

4.根据权利要求3的聚合物绝缘子材料，其特征在于，所述填料为无机填料。

5.根据权利要求4的聚合物绝缘子材料，其特征在于，所述填料为聚四氟乙烯、氧化铝、氢氧化铝、萤石、偏硼酸钡、云母粉、沸石、硫酸钡、碳化硅、滑石、硼酸锌、偶联剂、相容剂、润滑剂、抗氧剂、阻燃剂和耐候剂中的一种或数种。

6.根据权利要求1-5任一项所述聚合物绝缘子材料的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：

步骤1，将密炼机预热至150℃-160℃；

步骤2，按照质量百分比分别量取聚丙烯、甲基硅橡胶、聚乙烯和填料；

步骤3，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚丙烯和甲基硅橡胶分别加入经步骤1预热后的密炼机内，之后降下上顶栓，并于0.5MPa-0.6MPa，150℃-160℃的条件下密炼115s-120s，最终得到产物A；

步骤4，先升起密炼机的上顶栓，然后将经步骤2称取的聚乙烯和填料分别加入经步骤3得到的产物A内，之后降下上顶栓，并于0.5MPa-0.6MPa，150℃-160℃的条件下密炼115s-120s，得到产物B；

步骤5，经步骤4得到产物B后，升起上顶栓，并于150℃-160℃的条件下炼制115s-120s，得到产物C；

步骤6，对步骤5得到的产物C先进行排胶处理，之后冷却至室温并进行粉碎，最后通过双螺杆造粒得到目标产物聚合物绝缘子材料。