CN109608882A - 一种硅橡胶配方及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅橡胶配方及其制备方法，所述硅橡胶包括下列重量份配比的原料制成，端乙烯基聚二甲基硅氧烷100份，补强剂30～100份，助剂2～11份；本发明通过上述配方或者方法制得的硅橡胶常温下为膏状，具有良好的触变性，在无外力的作用下，不会流淌；黏度在200000～300000mPa.s范围内，能够挤压附着于导体表面，粘附于导体表面，不固化，长时间也不会干；具有耐4MPa水压的电缆纵向阻水性，一旦有水进入导体，胶料通过形变吸能相互作用，阻止水进入导体内部；能承受100℃、24小时的热老化。

Description

一种硅橡胶配方及其制备方法

技术领域

本发明涉及电缆领域，特别是涉及一种硅橡胶配方及其制备方法。

背景技术

现有的电缆阻水主要依靠增加防水层来达到防止水分透过护套渗入电缆绝缘层。但若要实现电缆的全面阻水，需要考虑径向防水和纵向防水，其中径向防水就是防止水分渗入电缆内部，纵向防水就是在径向防水失效后，如何防止水在电缆内部的纵向扩散。如果径向防水效果不佳，将会造一大段电缆乃至整根电缆的报废，严重的还会造成大面积停电，带来不可估量的间接损失。

针对电缆纵向阻水，目前较通用的方法是在绞线时在各层绞线之间填充疏水材料或阻水材料，市场上的阻水材料主要包括国外的石油膏和国内的填充膏、热熔胶及阻水带等。从阻水材料特点来看，可将上述材料分为两类：一类是静态被动阻水，如阻水填充膏和热熔胶等，该类阻水材料利用其自身与电缆线芯及护套接触密封性达到阻止水分在电缆内部流动的效果，但是该类材料生产工艺复杂，生产效率低且使用填充膏会给施工带来很大的不便；另一类是主动吸水并迅速膨胀，从而达到阻断水分在电缆内的流动，常见的这类材料有阻水带和阻水纱，这类材料刚好可以克服上述静态被动阻水材料存在的问题，但是该类材料也存在一些其他问题，主要体现在以下几方面：

一是价格问题，阻水带价格高，会提高电缆的生产成本；

二是不适用于无缝结构的异形导体；

三是不适用于大截面的多芯电缆，大截面线芯之间的间隙大，用阻水带进行填充时，无法完全填充，可能会因为吸水膨胀不及时而造成阻水失败；

四是阻水效果较差，现有的阻水带一般在2MPa水压的情况就会出现渗水；

因此本领域技术人员致力于开发一种能够提升电缆阻水性的阻水材料。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种硅橡胶配方及其制备方法，解决了现有阻水材料阻水效果以及适用性较差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种硅橡胶配方，所述硅橡胶包括下列重量份配比的原料制成，端乙烯基聚二甲基硅氧烷100份，补强剂30～100份，助剂2～11份。

作为优选，所述端乙烯基聚二甲基硅氧烷粘度为100000～2OOOOOmPa.s。

作为优选，所述补强剂为白炭黑、球形硅微粉、纳米二氧化硅和导电炭黑中的1～3种。

为了便于原料的混合，进一步提高硅橡胶的强度，所述白炭黑为经过硅氮烷表面处理的气相白炭黑或沉淀白炭黑，所述白炭黑的比表面积为150～300m²/g。

为了提高球形硅微粉的补强效果，所述球形硅微粉粒径为1000～5000目。

为了提高纳米二氧化硅的补强效果，所述纳米二氧化硅粒径为6～15纳米。

为了防止导电炭黑的在生产加工过程中污染环境，所述导电炭黑为颗粒状导电炭黑。

作为优选，所述助剂为羟基硅油、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷和改性聚醚硅油中的1～3种。

一种硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：

1)按质量组份计，将100份粘度为100000～2OOOOOmPa.s的端乙烯基聚二甲基硅氧烷、30～100份补强剂和2～10份助剂加入捏合机中搅拌；

2)待原材料搅拌成团后，加热升温至70～170℃，继续搅拌2～5小时；

3)抽真空至-0.04～0.1MPa后，搅拌，得到黑色基料，降温至室温；

4)将所述黑色基料、10～30份补强剂，1～3份助剂加入行星分散机中，常温搅拌1～5小时。

作为优选，所述步骤1)中，100份端乙烯基聚二甲基硅氧烷的粘度为150000mPa.s；所述补强剂由20份比表面积200m²/g的气相法白炭黑、5份粒径为30纳米的纳米二氧化硅和25份导电炭黑组成；所述助剂由2份羟基硅油，3份二甲基二乙氧基硅烷，6份二甲基二甲氧基硅烷；

所述步骤2)中，待原材料搅拌成团后，加热升温至160℃，继续搅拌2～5小时；

所述步骤3)中，抽真空至-0.1MPa后，搅拌5小时，得到黑色基料，降温至室温；

所述步骤4)中，将100份黑色基料、5份导电炭黑和1份改性聚醚硅油加入行星分散机中，保持转速500rpm，搅拌2.5小时。

本发明的有益效果是：通过上述配方或者方法制得的硅橡胶常温下为膏状，具有良好的触变性，在无外力的作用下，不会流淌；黏度在200000～300000mPa.s范围内，能够挤压附着于导体表面，粘附于导体表面，不固化，长时间也不会干；具有耐4MPa水压的电缆纵向阻水性，一旦有水进入导体，胶料通过形变吸能相互作用，阻止水进入导体内部，有效提高了硅橡胶在电缆中的阻水性；能承受100℃、24小时的热老化。

具体实施方式

下面例对本发明作进一步说明。

本发明的实施例中有关数据的测试方法如下：

粘度测试，测试仪器旋转粘度计NDJ-85，参照标准GB 10247-88进行本发明的硅橡胶的粘度测试。

水密性测试，测试仪器，电缆水密耐压测试仪，参照标准GB/T 31489.1-2015进行本发明的硅橡胶的水密性测试。

密度测试，测试仪器橡胶密度测试仪MT-200，参照标准ASTM D297-93进行本发明的硅橡胶的密度测试。

表面体积电阻率，测试仪器绝缘电阻测试仪PC40B，参照标准GB/T3048-2007进行本发明的硅橡胶的表面体积电阻率测试。

实施例1

一种硅橡胶配方，由如下重量份的原材料制备而成：100份粘度50000mPa.s的端乙烯基聚二甲基硅氧烷、20份比表面积200m²/g的气相法白炭黑、20份导电炭黑、2份羟基硅油、5份二甲基二甲氧基硅烷、10份2000目球形硅微粉，0.5份改性聚醚硅油。

本发明以端乙烯基聚二甲基硅氧烷作为基础原材料，并通过在端乙烯基聚二甲基硅氧烷中添加了补强剂(如：白炭黑、球形硅微粉、纳米二氧化硅和导电炭黑)等材料制成，由于上述补强剂中表面的羟基与硅油不相容，因此硅橡胶具有了一定的触变性，使得制备的硅橡胶呈黑色膏状。此外，由于本发明中只有含乙烯基聚二甲基硅氧烷，不含催化剂与交联剂，而乙烯基聚二甲基硅氧烷在没有催化剂与交联剂的情况下几乎不会发生反应，也不会挥发，故本发明长时间也不会固化，也不会变干。

因此本发明的硅橡胶是一种膏状的触变性极佳的液态硅橡胶，可以在成缆过程中通过挤压完全填充到电缆内部各部分，当无水的时候或者无外力作用下，硅橡胶材料能均匀分散到电缆内部，当有水进来时，外力作用到硅橡胶材料上，引起硅橡胶材料受力变形，而电缆内部结构本身被硅胶充满了，再由于硅橡胶材料是疏水型材料，就能阻止水进入电缆内部，本发明相较于现有阻水带而言，解决了阻水带因为无法完全填充以及吸水膨胀不及时而造成阻水失效的问题，因此本发明有效提高了硅橡胶在电缆中的阻水性。

一种硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：

1)按质量组份计，将100份粘度为50000mPa.s的端乙烯基聚二甲基硅氧烷、由20份比表面积200m²/g的气相法白炭黑、20份导电炭黑和2份羟基硅油组成的补强剂以及5份二甲基二甲氧基硅烷作为助剂加入捏合机中搅拌；

2)待原材料搅拌成大团后，加热升温至160℃，继续搅拌3小时；

3)抽真空至-0.08MPa后，搅拌4小时，得到黑色基料，降温至室温；

4)将100份黑色基料、10份2000目球形硅微粉作为补强剂，0.5份改性聚醚硅油作为助剂加入行星分散机中，保持转速500rpm，常温搅拌2小时。

实施例2

一种硅橡胶配方，由如下重量份的原材料制备而成：100份粘度100000mPa.s的端乙烯基聚二甲基硅氧烷、20份比表面积300m²/g的气相法白炭黑、10份粒径为30纳米的纳米二氧化硅，20份导电炭黑、2份羟基硅油、2份二甲基二乙氧基硅烷、5份二甲基二甲氧基硅烷，15份粒径2000目球形硅微粉和1份改性聚醚硅油。

一种硅橡胶制备的方法，包括以下步骤：

1)按质量组份计，将100份粘度为100000mPa.s的端乙烯基聚二甲基硅氧烷、由20份比表面积300m²/g的气相法白炭黑、10份粒径为30纳米的纳米二氧化硅和20份导电炭黑组成的补强剂以及2份羟基硅油、2份二甲基二乙氧基硅烷和5份二甲基二甲氧基硅烷组成的助剂加入捏合机中搅拌；

2)待原材料搅拌成大团后，加热升温至160℃，继续搅拌3小时；

3)抽真空至-0.08MPa后，搅拌4小时，得到黑色基料，降温至室温；

4)将100份黑色基料、15份粒径为2000目球形硅微粉作为补强剂，1份改性聚醚硅油作为助剂加入行星分散机中，保持转速500rpm，常温搅拌2.5小时。

实施例3

一种硅橡胶配方，由如下重量份的原材料制备而成：100份粘度150000mPa.s的端乙烯基聚二甲基硅氧烷、20份比表面积200m²/g的气相法白炭黑、5份粒径为30纳米的纳米二氧化硅，30份导电炭黑、2份羟基硅油、3份二甲基二乙氧基硅烷、6份二甲基二甲氧基硅烷和1份改性聚醚硅油。

一种硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：

1)按质量组份计，将100份粘度为150000mPa.s的端乙烯基聚二甲基硅氧烷、由20份比表面积200m²/g的气相法白炭黑、5份粒径为30纳米的纳米二氧化硅和30份导电炭黑组成的补强剂以及2份羟基硅油，3份二甲基二乙氧基硅烷，6份二甲基二甲氧基硅烷组成的助剂加入捏合机中搅拌；

2)待原材料搅拌成大团后，加热升温至160℃，继续搅拌2.5小时；

3)抽真空至-0.1MPa后，搅拌5小时，得到黑色基料，降温至室温；

4)将100份黑色基料、5份导电炭黑作为补强剂，1份改性聚醚硅油作为助剂加入行星分散机中，保持转速500rpm，常温搅拌2.5小时。

表1为实施例1-3的配方以及现有对比实验组的配方汇总

表2为实施例1-3制备方法以及现有对比实验组制备方法汇总

表3为实施例1-3以及现有对比实验组中所得硅橡胶的性能参数

从实施例1、2和3的外观来看，本发明的外观均呈现黑色膏状，且不会固化，相比于对比实验组1和2中固体硅橡胶而言，具有极好的接触变形性，通过适当的外力作用即可涂覆于异形导体外表面以及填充在大截面线芯的间隙之间，因此适用于异形导体表面和大截面线芯电缆。

另外，由于是膏状，因此注塑工艺简单，只需挤出涂覆，又由于粘度较高因此与导体的粘接性能均比较高，粘接良好，提高了硅橡胶的阻水性，也降低了工艺成本。另外本发明中采用的原材料均较为便宜，因此从材质采购上就节约了制造硅橡胶的成本，同时本发明在加工工艺过程中，具体的在步骤2)中通过提升温度的方式，减少了搅拌时间，原来工艺过程中在步骤2)中搅拌时间至少4-5小时，本发明通过工艺改进，提升了搅拌温度，将搅拌时间缩短为2.5-3小时，提高了搅拌效率以及硅橡胶的制备效率，进而降低了电缆的制造成本。

最后，本发明由于粘度较高，与导体粘接密封性良好，因此其成缆后的水密性较高，但是对比实施例1和实施例2可知，实施例1由于采用了粘度较低的端乙烯基聚二甲基硅氧烷，得到的硅橡胶粘度较低，部分硅橡胶渗入饶包层形成空洞，水密性测试渗水。实施例2的粘度较高，水密性良好，在2MPa水压下，无渗水出现，实施例7得到硅橡胶粘度高、不渗漏、与导体粘结性良好，在4MPa水压下，无渗水出现。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种硅橡胶配方，其特征是：所述硅橡胶包括下列重量份配比的原料制成，端乙烯基聚二甲基硅氧烷100份，补强剂30～100份，助剂2～11份。

2.如权利要求1所述的硅橡胶配方，其特征是：所述端乙烯基聚二甲基硅氧烷粘度为100000～2OOOOOmPa.s。

3.如权利要求1所述的硅橡胶配方，其特征是：所述补强剂为白炭黑、球形硅微粉、纳米二氧化硅和导电炭黑中的1～3种。

4.如权利要求3所述的硅橡胶配方，其特征是：所述白炭黑为经过硅氮烷表面处理的气相白炭黑或沉淀白炭黑，所述白炭黑的比表面积为150～300m²/g。

5.如权利要求3所述的硅橡胶配方，其特征是：所述球形硅微粉粒径为1000～5000目。

6.如权利要求3所述的硅橡胶配方，其特征是：所述纳米二氧化硅粒径为6～15纳米。

7.如权利要求3所述的硅橡胶配方，其特征是：所述导电炭黑为颗粒状导电炭黑。

8.如权利要求1所述的硅橡胶配方，其特征是：所述助剂为羟基硅油、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、六甲基二硅氮烷和改性聚醚硅油中的1～3种。

9.一种硅橡胶的制备方法，其特征是：包括以下步骤：

1)按质量组份计，将100份粘度为100000～2OOOOOmPa.s的端乙烯基聚二甲基硅氧烷、30～100份补强剂和2～11份助剂加入捏合机中搅拌；

2)待原材料搅拌成团后，加热升温至70～170℃，继续搅拌2～5小时；

3)抽真空至-0.04～0.1MPa后，搅拌，得到黑色基料，降温至室温；

4)将所述黑色基料、10～30份补强剂，1～3份助剂加入行星分散机中，常温搅拌1～5小时。

10.如权利要求9所述的制备硅橡胶的方法，其特征是：所述步骤1)中，100份端乙烯基聚二甲基硅氧烷的粘度为150000mPa.s；所述补强剂由20份比表面积200m²/g的气相法白炭黑、5份粒径为30纳米的纳米二氧化硅和25份导电炭黑组成；所述助剂由2份羟基硅油，3份二甲基二乙氧基硅烷，6份二甲基二甲氧基硅烷；

所述步骤2)中，待原材料搅拌成团后，加热升温至160℃，继续搅拌2.5～3小时；

所述步骤3)中，抽真空至-0.1MPa后，搅拌5小时，得到黑色基料，降温至室温；

所述步骤4)中，将100份黑色基料、5份导电炭黑和1份改性聚醚硅油加入行星分散机中，保持转速500rpm，搅拌2.5小时。