CN110894360A - 一种复合绝缘子用复合硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

一种复合绝缘子用复合硅橡胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合绝缘子用复合硅橡胶及其制备方法，属于电瓷材料领域；包括以下原料：108苯基硅橡胶、107室温硫化硅橡胶、白炭黑、二甲基硅油、乙烯基硅油、四甲基氢氧化铵、甜菜碱、氢氧化铝、石墨烯；制备的得到的复合硅橡胶不仅具有机械强度较好，耐候性较优的优点，而且增强了耐漏电起痕及电蚀损添加剂的性能。

Description

一种复合绝缘子用复合硅橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合绝缘子用复合硅橡胶及其制备方法，属于电瓷材料领域。
背景技术
复合绝缘子在中国的发展已超过30年。如今，中国成为了世界上第一个在特高压交、直流输电系统中以有机外绝缘为主的国家。
绝缘子的发展离不开电力工业的发展。中国电力工业30多年来快速发展，近10年来，更是连续迈上了750kV交流、1000kV特高压交流和±800kV特高压直流等几个大的台阶。大规模新电压等级的电网建设，除了带来绝缘子用量的大幅度增长以外，必然对绝缘子的性能提出新的更高的要求。
相比于传统的瓷和玻璃绝缘子，硅橡胶绝缘子是一种全新的产品，硅橡胶绝缘子经过不断的发展，但是在长期的运行中，还是出现了一些绝缘子机械强度下降、伞裙破损等事故。这些事故毫无疑问成为硅橡胶绝缘子在其大规模应用中面临的主要问题。
发明内容
本发明一方面提供了一种复合绝缘子用复合硅橡胶，其不仅具有机械强度较好，耐候性较优的优点，而且增强了耐漏电起痕及电蚀损添加剂的性能。
一种复合绝缘子用复合硅橡胶，包括以下原料：108苯基硅橡胶、107室温硫化硅橡胶、白炭黑、二甲基硅油、乙烯基硅油、四甲基氢氧化铵、甜菜碱、氢氧化铝、石墨烯。
优选地，白炭黑的比表面积为170-210m3/g。
优选地，原料的质量份数为：108苯基硅橡胶70-80份、107室温硫化硅橡胶40-60份、白炭黑30-50份、二甲基硅油20-30份、乙烯基硅油20-30份、四甲基氢氧化铵15-25份、甜菜碱2-8份、氢氧化铝10-20份、石墨烯1-5份。
本发明原料中108苯基硅橡胶中含有的苯基，可以破坏二甲基硅油结构的规整性，降低聚合物的结晶温度和玻璃化温度，使得橡胶的硬化温度降到较低值，使其具有最佳的耐低温性能及强度性能。
本发明原料中添加107室温硫化硅橡胶，与交联剂乙烯基硅油在四甲基氢氧化铵催化下固化，能在-60～200℃温度范围内保持弹性，具有优良的电性能、化学稳定性和机械强度。
本发明把四甲基氢氧化铵作为硅橡胶的催化剂，对产品无污染，同时又能提高反应效率，减少混炼时间。
本发明中添加表面活性剂甜菜碱，其对铝离子等表现出较好的稳定性，提高了铝离子的分散性，使得氢氧化铝可以较好地分散在硅橡胶中，增强氢氧化铝在硅橡胶中作为耐漏电起痕及电蚀损添加剂的性能。
本发明增加石墨烯，其内部的碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格，具有很强的稳定性，在复合硅橡胶体系中，由于石墨烯本身的原子间作用力十分强，所以内部电子受到的干扰也非常小，因此可以增强复合硅橡胶体系的耐候性。
本发明另一方面提供了一种复合绝缘子用复合硅橡胶的制备方法，包括如下步骤：
S1、将108苯基硅橡胶、40-60％配方重量的白炭黑、二甲基硅油和40-60％配方重量的四甲基氢氧化铵进行混炼，静置后得到混炼胶I；
S2、将107室温硫化硅橡胶、剩余配方重量的白炭黑、乙烯基硅油和剩余配方重量的四甲基氢氧化铵进行混炼，静置后得到混炼胶II；
S3、把混炼胶I和混炼胶II混合，加入甜菜碱和氢氧化钙，进行第一阶段混炼，继续加入石墨烯，进行第二阶段混炼，静置后硫化得到硅橡胶。
优选地，步骤S1的混炼温度为60-70℃，混炼时间为60-80分钟。
优选地，步骤S2在室温条件下进行混炼，混炼时间为40-80分钟。
优选地，步骤S3的第一阶段混炼温度为120-160℃，混炼时间为30-60分钟。
优选地，步骤S3的第二阶段混炼是在稀有气体条件下进行的，混炼温度为175-185℃，混炼时间为20-40分钟。
其中，稀有气体为氦气。
本发明制备方法中将两种不同的硅橡胶分别与特定的两种交联剂进行混炼，进一步提高硅橡胶特有的优良性能，使得复合硅橡胶材料具有较强的机械性能。
本发明制备方法采用二阶段升温混炼工艺，使复合硅橡胶更好地混合在一起，最后采用稀有气体条件下混炼，不会引入空气中的其他杂质。
本发明还提供了由该复合硅橡胶制成的复合绝缘子。
本发明的有益效果为：
1、原料中选用两种复合硅橡胶分别与两种交联剂进行混炼，保持及提高硅橡胶各自的化学性能，同时增强复合硅橡胶的机械性能强度。
2、添加表面活性剂甜菜碱，增强氢氧化铝在硅橡胶中作为耐漏电起痕及电蚀损添加剂的性能。
3、原料增加石墨烯，增强复合硅橡胶体系的耐候性。
4、四甲基氢氧化铵作为硅橡胶的催化剂，提高反应效率。
5、制备方法采用二阶段升温混炼工艺，使复合硅橡胶更好地混合在一起，加强强度性能，采用稀有气体条件下混炼，不会引入其他杂质，保证产品的纯度。
具体实施方式
一种复合绝缘子用复合硅橡胶，包括以下质量份数的原料：108苯基硅橡胶70-80份、107室温硫化硅橡胶40-60份、比表面积为170-210m3/g的白炭黑30-50份、二甲基硅油20-30份、乙烯基硅油20-30份、四甲基氢氧化铵15-25份、甜菜碱2-8份、氢氧化铝10-20份、石墨烯1-5份。
制备方法为：
S1、将108苯基硅橡胶、40-60％配方重量的白炭黑、二甲基硅油和40-60％配方重量的四甲基氢氧化铵进行混炼，混炼温度为60-70℃，混炼时间为60-80分钟，静置后得到混炼胶I；
S2、将107室温硫化硅橡胶、剩余配方重量的白炭黑、乙烯基硅油和剩余配方重量的四甲基氢氧化铵在室温下进行混炼，混炼时间为40-80分钟，静置后得到混炼胶II；
S3、把混炼胶I和混炼胶II混合，加入甜菜碱和氢氧化钙，进行第一阶段混炼，混炼温度为120-160℃，混炼时间为30-60分钟，继续加入石墨烯，在氦气条件下进行第二阶段混炼，混炼温度为175-185℃，混炼时间为20-40分钟，静置后硫化得到硅橡胶。
本发明实施例中原料均为市售。
实施例1
一种复合绝缘子用复合硅橡胶，包括以下质量份数的原料：108苯基硅橡胶70份、107室温硫化硅橡胶40份、比表面积为170m3/g的白炭黑30份、二甲基硅油20份、乙烯基硅油20份、四甲基氢氧化铵15份、甜菜碱2份、氢氧化铝10份、石墨烯1份。
制备方法为：
S1、将108苯基硅橡胶、40％配方重量的白炭黑、二甲基硅油和40％配方重量的四甲基氢氧化铵进行混炼，混炼温度为60℃，混炼时间为60分钟，静置后得到混炼胶I；
S2、将107室温硫化硅橡胶、剩余配方重量的白炭黑、乙烯基硅油和剩余配方重量的四甲基氢氧化铵在室温下进行混炼，混炼时间为40分钟，静置后得到混炼胶II；
S3、把混炼胶I和混炼胶II混合，加入甜菜碱和氢氧化钙，进行第一阶段混炼，混炼温度为120℃，混炼时间为30分钟，继续加入石墨烯，在氦气条件下进行第二阶段混炼，混炼温度为175℃，混炼时间为20分钟，静置后硫化得到硅橡胶。
实施例2
一种复合绝缘子用复合硅橡胶，包括以下质量份数的原料：108苯基硅橡胶75份、107室温硫化硅橡胶50份、比表面积为190m3/g的白炭黑40份、二甲基硅油25份、乙烯基硅油25份、四甲基氢氧化铵20份、甜菜碱5份、氢氧化铝15份、石墨烯3份。
制备方法为：
S1、将108苯基硅橡胶、50％配方重量的白炭黑、二甲基硅油和50％配方重量的四甲基氢氧化铵进行混炼，混炼温度为65℃，混炼时间为70分钟，静置后得到混炼胶I；
S2、将107室温硫化硅橡胶、剩余配方重量的白炭黑、乙烯基硅油和剩余配方重量的四甲基氢氧化铵在室温下进行混炼，混炼时间为60分钟，静置后得到混炼胶II；
S3、把混炼胶I和混炼胶II混合，加入甜菜碱和氢氧化钙，进行第一阶段混炼，混炼温度为140℃，混炼时间为45分钟，继续加入石墨烯，在氦气条件下进行第二阶段混炼，混炼温度为180℃，混炼时间为30分钟，静置后硫化得到硅橡胶。
实施例3
一种复合绝缘子用复合硅橡胶，包括以下质量份数的原料：108苯基硅橡胶80份、107室温硫化硅橡胶60份、比表面积为210m3/g的白炭黑50份、二甲基硅油30份、乙烯基硅油30份、四甲基氢氧化铵25份、甜菜碱8份、氢氧化铝20份、石墨烯5份。
制备方法为：
S1、将108苯基硅橡胶、60％配方重量的白炭黑、二甲基硅油和60％配方重量的四甲基氢氧化铵进行混炼，混炼温度为70℃，混炼时间为80分钟，静置后得到混炼胶I；
S2、将107室温硫化硅橡胶、剩余配方重量的白炭黑、乙烯基硅油和剩余配方重量的四甲基氢氧化铵在室温下进行混炼，混炼时间为80分钟，静置后得到混炼胶II；
S3、把混炼胶I和混炼胶II混合，加入甜菜碱和氢氧化钙，进行第一阶段混炼，混炼温度为160℃，混炼时间为60分钟，继续加入石墨烯，在氦气条件下进行第二阶段混炼，混炼温度为185℃，混炼时间为40分钟，静置后硫化得到硅橡胶。
实施例4
一种复合绝缘子用复合硅橡胶，包括以下质量份数的原料：108苯基硅橡胶72份、107室温硫化硅橡胶55份、比表面积为180m3/g的白炭黑45份、二甲基硅油23份、乙烯基硅油28份、四甲基氢氧化铵18份、甜菜碱6份、氢氧化铝12份、石墨烯4份。
制备方法为：
S1、将108苯基硅橡胶、45％配方重量的白炭黑、二甲基硅油和55％配方重量的四甲基氢氧化铵进行混炼，混炼温度为62℃，混炼时间为75分钟，静置后得到混炼胶I；
S2、将107室温硫化硅橡胶、剩余配方重量的白炭黑、乙烯基硅油和剩余配方重量的四甲基氢氧化铵在室温下进行混炼，混炼时间为5分钟，静置后得到混炼胶II；
S3、把混炼胶I和混炼胶II混合，加入甜菜碱和氢氧化钙，进行第一阶段混炼，混炼温度为150℃，混炼时间为35分钟，继续加入石墨烯，在氦气条件下进行第二阶段混炼，混炼温度为185℃，混炼时间为25分钟，静置后硫化得到硅橡胶。
实施例5
一种复合绝缘子用复合硅橡胶，包括以下质量份数的原料：108苯基硅橡胶80份、107室温硫化硅橡胶50份、比表面积为170m3/g的白炭黑50份、二甲基硅油25份、乙烯基硅油20份、四甲基氢氧化铵25份、甜菜碱5份、氢氧化铝10份、石墨烯5份。
制备方法为：
S1、将108苯基硅橡胶、50％配方重量的白炭黑、二甲基硅油和40％配方重量的四甲基氢氧化铵进行混炼，混炼温度为70℃，混炼时间为70分钟，静置后得到混炼胶I；
S2、将107室温硫化硅橡胶、剩余配方重量的白炭黑、乙烯基硅油和剩余配方重量的四甲基氢氧化铵在室温下进行混炼，混炼时间为40分钟，静置后得到混炼胶II；
S3、把混炼胶I和混炼胶II混合，加入甜菜碱和氢氧化钙，进行第一阶段混炼，混炼温度为160℃，混炼时间为45分钟，继续加入石墨烯，在氦气条件下进行第二阶段混炼，混炼温度为175℃，混炼时间为40分钟，静置后硫化得到硅橡胶。
对比例1
一种复合绝缘子用复合硅橡胶，与对比例1的区别在于：
原料中不添加甜菜碱。
对比例2
一种复合绝缘子用复合硅橡胶，与对比例2的区别在于：
原料中不添加石墨烯。
对比例3
一种复合绝缘子用复合硅橡胶，与对比例3的区别在于：
制备方法为：
S1、将108苯基硅橡胶、60％配方重量的白炭黑、乙烯基硅油和60％配方重量的四甲基氢氧化铵进行混炼，混炼温度为70℃，混炼时间为80分钟，静置后得到混炼胶I；
S2、将107室温硫化硅橡胶、剩余配方重量的白炭黑、二甲基硅油和剩余配方重量的四甲基氢氧化铵在室温下进行混炼，混炼时间为80分钟，静置后得到混炼胶II；
对比例4
一种复合绝缘子用复合硅橡胶，与对比例4的区别在于：
制备方法为：
S3、把混炼胶I和混炼胶II混合，加入甜菜碱和氢氧化钙，进行第一阶段混炼，混炼温度为150℃，混炼时间为35分钟，继续加入石墨烯，在氦气条件下进行第二阶段混炼，相同温度混炼时间为25分钟，静置后硫化得到硅橡胶。
试验例：
参照DL/T 376—2010《复合绝缘子用硅橡胶绝缘材料通用技术条件》对各个实施例及对比例制备的复合硅橡胶进行测试，结果如表1所示。
表1本发明制备的复合硅橡胶的性能
Figure BDA0002311789130000071
Figure BDA0002311789130000081
对表1的试验数据及结果进行分析，本发明制备的复合硅橡胶各个性能较好，击穿强度≥32kV/mm；抗撕裂强度≥18kN/m；扯断强度≥6.3MPa；拉断伸长率≥165％；加速气候试验无龟裂、开裂、爆皮；耐漏电起痕及电蚀损试验可到达TMA5级。对比例1(原料中不添加甜菜碱)耐漏电起痕及电蚀损试验到达TMA4.5级，低于本发明各个实施例，说明表面活性剂甜菜碱可以增强氢氧化铝在硅橡胶中作为耐漏电起痕及电蚀损添加剂的性能。对比例2(原料中不添加石墨烯)加速气候试验产生了龟裂和开裂，说明石墨烯特殊结构可以增强复合硅橡胶体系的耐候性。对比例3(制备方法中两种交联剂调换顺序)的机械强度明显低于本发明各个实施例，说明硅橡胶需要分别与两种特定的交联剂进行混炼，才能体现硅橡胶的性能，增强其机械性能强度。对比例4(直接一阶段升温混炼)的机械强度也明显低于本发明各个实施例，说明采用二阶段升温混炼工艺，使两种硅橡胶更好地混合在一起，可以加强复合硅橡胶的强度，
本发明并不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或者类似的变化都应涵盖在本发明权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种复合绝缘子用复合硅橡胶，其特征为：包括以下原料：108苯基硅橡胶、107室温硫化硅橡胶、白炭黑、二甲基硅油、乙烯基硅油、四甲基氢氧化铵、甜菜碱、氢氧化铝、石墨烯。
2.如权利要求1所述的一种复合绝缘子用复合硅橡胶，其特征为：白炭黑的比表面积为170-210m3/g。
3.如权利要求1或2所述的一种复合绝缘子用复合硅橡胶，其特征为：原料的质量份数为：108苯基硅橡胶70-80份、107室温硫化硅橡胶40-60份、白炭黑30-50份、二甲基硅油20-30份、乙烯基硅油20-30份、四甲基氢氧化铵15-25份、甜菜碱2-8份、氢氧化铝10-20份、石墨烯1-5份。
4.一种复合绝缘子用复合硅橡胶的制备方法，其特征为：包括如下步骤：
S1、将108苯基硅橡胶、40-60％配方重量的白炭黑、二甲基硅油和40-60％配方重量的四甲基氢氧化铵进行混炼，静置后得到混炼胶I；
S2、将107室温硫化硅橡胶、剩余配方重量的白炭黑、乙烯基硅油和剩余配方重量的四甲基氢氧化铵进行混炼，静置后得到混炼胶II；
S3、把混炼胶I和混炼胶II混合，加入甜菜碱和氢氧化钙，进行第一阶段混炼，继续加入石墨烯，进行第二阶段混炼，静置后硫化得到硅橡胶。
5.如权利要求4所述的一种复合绝缘子用复合硅橡胶的制备方法，其特征为：步骤S1的混炼温度为60-70℃，混炼时间为60-80分钟。
6.如权利要求4所述的一种复合绝缘子用复合硅橡胶的制备方法，其特征为：步骤S2在室温条件下进行混炼，混炼时间为40-80分钟。
7.如权利要求4所述的一种复合绝缘子用复合硅橡胶的制备方法，其特征为：步骤S3的第一阶段混炼温度为120-160℃，混炼时间为30-60分钟。
8.如权利要求4所述的一种复合绝缘子用复合硅橡胶的制备方法，其特征为：步骤S3的第二阶段混炼是在稀有气体条件下进行的，混炼温度为175-185℃，混炼时间为20-40分钟。
9.如权利要求8所述的一种复合绝缘子用复合硅橡胶的制备方法，其特征为：稀有气体为氦气。
10.一种绝缘子，由权利要求1-9任意一项所述的复合硅橡胶制备而成。
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CN114050008A (zh) * 2021-12-06 2022-02-15 南方电网科学研究院有限责任公司 一种基于材料吸水率的复合绝缘子设计方法

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