CN111019353A - 一种耐高击穿电压的电线用硅胶、制备方法和使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硅胶技术领域，具体涉及一种耐高击穿电压的电线用硅胶、制备方法和使用方法，包括如下重量份的原料：甲基乙烯基硅橡胶90‑100份、二甲基硅油2‑4份、白炭黑45‑55份、端羟基聚二甲基硅氧烷5‑7份、乙烯基三甲氧基硅烷0.5‑3份、填料1‑30份、润滑剂0.1‑0.2份、含氢硅油1‑2份。本发明组成中加入了大量的白炭黑和填料，可以有效改善硅橡胶的机械性能和电绝缘性能，使其具有耐高击穿电压的性能。
Description
技术领域
本发明涉及硅胶技术领域，具体涉及一种耐高击穿电压的电线用硅胶、制备方法和使用方法。
背景技术
电缆是用一根或多根导线经过绞合制作成导体线芯，再在导体上施以相应的绝缘层，外面包上密封护套而形成的导线，主要由线芯、绝缘层、屏蔽层和护套层构成。电缆具有占用地面和空间少；供电安全可靠，触电可能性小；有利于提高电力系统的功率因数；运行、维护工作简单方便；有利于美化城市，具有保密性等诸多优点，被广泛应用于生活和生产中的各个领域。
硅橡胶凭借其良好的热、机械和绝缘性能，广泛应用于高压电力电缆附件。但是，随着工业化水平的不断提高，人们对硅橡胶的要求也越来越高，目前硅橡胶的耐击穿能力不能满足需求。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种耐高击穿电压的电线用硅胶、制备方法和使用方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种耐高击穿电压的电线用硅胶，包括如下重量份的原料：
其中，所述甲基乙烯基硅橡胶由乙烯基含量0.16-0.18％、分子量65-75万的甲基乙烯基硅橡胶A和乙烯基含量3.0％、分子量55-65万的甲基乙烯基硅橡胶B按重量比100:3-4的比例组成。
其中，所述二甲基硅油的粘度为800-1200cs。
其中，所述白炭黑为疏水气相白炭黑，比表面积为150-250m2/g。
其中，所述端羟基聚二甲基硅氧烷的羟基含量大于8％。
其中，所述填料为云母粉、钛酸钡、纳米二氧化钛、氮化硼和氧化铈中的至少一种。
云母粉具有低体积膨胀性，在高温900度可以产生共熔液体，使云母和树脂基体之间起到连接作用，从而促进一个强大的陶瓷层的形成，有效提高有机硅橡胶和填料复合体系的耐高温性能。
钛酸钡是一种强介电材料，通过共混改性，可以提高材料的击穿强度。
纳米TiO2既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。在日光或灯光中紫外线的作用下使Ti02激活并生成具有高催化活性的游离基，能产生很强的光氧化及还原能力，可催化、光解附着于物体表面的各种甲醛等有机物及部分无机物。
进一步的，所述氮化硼为六方氮化硼。六方氮化硼摩擦系数很低、高温稳定性很好、耐热震性很好、强度很高、导热系数很高、膨胀系数较低、电阻率很大、耐腐蚀、可透微波或透红外线。
氧化铈为淡黄或黄褐色助粉末。密度7.13g/cm3。熔点2397℃。不溶于水和碱，微溶于酸。在2000℃温度和15MPa压力下，可用氢还原氧化铈得到三氧化二铈，温度游离在2000℃间，压力游离在5MPa压力时，氧化铈呈微黄略带红色，还有粉红色，其性能是做抛光材料、催化剂、催化剂载体(助剂)、紫外线吸收剂、燃料电池电解质、汽车尾气吸收剂、电子陶瓷等。
通过实践验证，该几种填料均可以对硅橡胶的电性能有较好的改善作用，优选地，其中，所述填料为云母粉、钛酸钡、纳米二氧化钛、氮化硼和氧化铈按重量比1:1:0.5:1.5:1的比例组成。
云母粉、钛酸钡、纳米二氧化钛、氮化硼和氧化铈作为填料与白炭黑不同之处在于：作为惰性填料对硅橡胶的补强能力较低，且分散性较差，因此用量不宜过多，而且需要辅以硅烷偶联剂进行搭配使用。
虽然这种复配形式的填料加入对于物料初始的电性能具有较好的改善，但是并未充分考虑老化因素的影响。由于惰性填料不可避免地与硅橡胶基体中存在空隙，且在老化过程中，硅橡胶作为弹性体发生形变，但惰性填料作为刚性体依然保持结构的完整，因此会加剧空隙的增大，甚至导致裂纹的产生，力学性能和电性能劣化严重。因此，也可以认为，制约惰性填料的采用除了补强作用较低的因素外，还有老化因素的考虑。
为了进一步地通过增加填料的用量提高硅橡胶的电性能，并且解决老化的问题，本发明提供在步骤(1)对填料进行更进一步的改性处理，具体步骤如下：
A、将云母粉、钛酸钡、纳米二氧化钛、氮化硼和氧化铈按重量比1:1:0.5:1.5:1的比例进行混合，得到填料；
B、将所述填料、PA12、乙烯基三甲氧基硅烷和乙醇按重量比1:1-2：0.1：10的比例进行搅拌混合，然后在加压条件下升温至135-145℃，保温保压2-3h，得到悬浮液；
C、将所述悬浮液进行减压蒸馏、真空干燥后，即得到所述预混粉体。
本发明利用沉淀再生法对惰性填料进行包覆改性，PA12作为具有一定塑形形变能力以及电绝缘性能的壳层，可以有效缓解老化过程中因形变能力不同产生的裂纹，同时PA12也可以一定程度上改善惰性填料在硅橡胶中的分散性，因此可以通过进一步增大填料的用量从而提高硅橡胶的电学性能。
其中，所述润滑剂为硬脂酸锌。
如上所述的一种耐高击穿电压的电线用硅胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)在高速混合机中加入填料，在400-600r/s的转速下逐渐加入乙烯基三甲氧基硅烷，在10-20min完成乙烯基三甲氧基硅烷的加入，然后以1200-1800r/s的转速搅拌8-12min，停放5-7h，得到预混粉体；
(2)在捏合机加入甲基乙烯基硅橡胶和预混粉体，搅拌8-10min；
(3)往所述捏合机加入二甲基硅油、端羟基聚二甲基硅氧烷和润滑剂，然后开启混炼，混炼过程中将白炭黑分五次加入捏合机中，得到形成团状的生胶；
(4)将形成团状的生胶升温至80-100℃，全开盖捏合50-70min，然后抽真空至真空度为-0.08～-0.07MPa，继续捏合50-70min；
(5)往所述捏合机加入含氢硅油，继续抽真空20-40min；
(6)将捏合机的生胶转移到开炼机中进行开炼，然后在滤胶机上进行过滤，静置一定时间后，即得到所述的电线用硅胶。
如上所述一种耐高击穿电压的电线用硅胶的使用方法，将电线用硅胶与Karstedt催化剂按100:1-1.5的重量比混合并进行硫化，硫化压力为10-20MPa，温度为130-170℃，时间为3-7min。
本发明的有益效果在于：
1、本发明组成中加入了大量的白炭黑和填料，可以有效改善硅橡胶的机械性能和电绝缘性能，使其具有耐高击穿电压的性能；
2、本发明组成中加入的二甲基硅油可以提高硅橡胶的可塑性和柔韧性，从而赋予橡胶较好的加工性能和韧性；
3、本发明组成中加入的端羟基聚二甲基硅氧烷能够避免硅橡胶在储存放置过程中的结构化现象的发生，提高硅橡胶的稳定性；
4、本发明通过添加适量的含氢硅油能使材料受到的外力通过集中交联点均匀分散在众多的分子链上，从而显示出高强度的力学性能；
5、本发明的制备方法通过乙烯基三甲氧基硅烷对填料进行改善，以及分批次的加入白炭黑，可以有效改善填料和白炭黑在橡胶中的分散状态，有效提高硅橡胶的机械性能和电绝缘性能。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种耐高击穿电压的电线用硅胶，包括如下重量份的原料：
其中，所述甲基乙烯基硅橡胶由乙烯基含量0.16-0.18％、分子量65-75万的甲基乙烯基硅橡胶A和乙烯基含量3.0％、分子量55-65万的甲基乙烯基硅橡胶B按重量比95:3的比例组成。
其中，所述二甲基硅油的粘度为1000cs。
其中，所述白炭黑为疏水气相白炭黑，比表面积为200m2/g。
其中，所述端羟基聚二甲基硅氧烷的羟基含量大于8％。
其中，所述填料为云母粉和钛酸钡按重量比1:1的比例组成。
其中，所述润滑剂为硬脂酸锌。
如上所述的一种耐高击穿电压的电线用硅胶的制备方法，包括如下步骤：
(1)在高速混合机中加入填料，在500r/s的转速下逐渐加入乙烯基三甲氧基硅烷，在15min完成乙烯基三甲氧基硅烷的加入，然后以1500r/s的转速搅拌10min，停放6h，得到预混粉体；
(2)在捏合机加入甲基乙烯基硅橡胶和预混粉体，搅拌9min；
(3)往所述捏合机加入二甲基硅油、端羟基聚二甲基硅氧烷和润滑剂，然后开启混炼，混炼过程中将白炭黑分五次加入捏合机中，得到形成团状的生胶；
(4)将形成团状的生胶升温至90℃，全开盖捏合60min，然后抽真空至真空度为-0.075MPa，继续捏合560min；
(5)往所述捏合机加入含氢硅油，继续抽真空30min；
(6)将捏合机的生胶转移到开炼机中进行开炼，然后在滤胶机上进行过滤，静置8h后，即得到所述的电线用硅胶。
如上所述一种耐高击穿电压的电线用硅胶的使用方法，将电线用硅胶与Karstedt催化剂按100:1.25的重量比混合并进行硫化，硫化压力为15MPa，温度为150℃，时间为5min。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：
一种耐高击穿电压的电线用硅胶，包括如下重量份的原料：
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：
一种耐高击穿电压的电线用硅胶，包括如下重量份的原料：
其中，所述填料为云母粉、钛酸钡和氧化铈按重量比1:1:1的比例组成。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：
一种耐高击穿电压的电线用硅胶，包括如下重量份的原料：
其中，所述填料为云母粉、钛酸钡、纳米二氧化钛、氮化硼和氧化铈按重量比1:1:1:1:1的比例组成。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于：
一种耐高击穿电压的电线用硅胶，包括如下重量份的原料：
其中，所述填料为云母粉、钛酸钡、纳米二氧化钛、氮化硼和氧化铈按重量比1:1:0.5:1.5:1的比例组成。
实施例1-5的组分配置见下表：
对实施例1-5的硫化后的硅胶进行性能测试，测试结果见下表：
实施例2对比实施例1，增加含氢硅油份量，促进了高分子硫化成型的交联密度，绝缘电阻和击穿电压有明显的提高。
实施例3对比实施例2，增加了纳米氧化铈，弥补了高分子交联缺陷，提高了致密度，击穿电压有提高。
实施例4对比实施例3，增加了氧化硼和气相纳米二氧化钛，电性能又有提高。
实施例5对比实施例4，调整了氧化硼和气相纳米二氧化钛比例，电性能达到了优异性能。
实施例6
本实施例与实施例5的区别在于：
一种耐高击穿电压的电线用硅胶，包括如下重量份的原料：
步骤(1)的具体操作如下：
A、将云母粉、钛酸钡、纳米二氧化钛、氮化硼和氧化铈按重量比1:1:0.5:1.5:1的比例进行混合，得到填料；
B、将所述填料、PA12、乙烯基三甲氧基硅烷和乙醇按重量比1:1.5：0.1：10的比例进行搅拌混合，然后在加压条件下升温至140℃，保温保压2.5h，得到悬浮液；
C、将所述悬浮液进行减压蒸馏、真空干燥后，即得到所述预混粉体。
对实施例6进行性能测试，测试结果如下表：
实施例6对比实施例5，填料的用量增大，硅橡胶的硬度、拉伸强度、撕裂强度等机械性能以及体积电阻率、击穿强度等电性能均有明显的改善。
将实施例5和实施例6进行热老化试验，试验条件为165℃/168h，然后进行性能测试，测试结果如下表：
实施例6对比实施例5，通过PA12对填料进行包覆改性，除了可以通过提高填料用量提高力学性能外，还对硅橡胶的耐老化性能有明显的改善。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种耐高击穿电压的电线用硅胶，其特征在于：包括如下重量份的原料：
2.根据权利要求1所述的一种耐高击穿电压的电线用硅胶，其特征在于：所述甲基乙烯基硅橡胶由乙烯基含量0.16-0.18％、分子量65-75万的甲基乙烯基硅橡胶A和乙烯基含量3.0％、分子量55-65万的甲基乙烯基硅橡胶B按重量比100:3-4的比例组成。
3.根据权利要求1所述的一种耐高击穿电压的电线用硅胶，其特征在于：所述二甲基硅油的粘度为800-1200cs。
4.根据权利要求1所述的一种耐高击穿电压的电线用硅胶，其特征在于：所述白炭黑为疏水气相白炭黑，比表面积为150-250m2/g。
5.根据权利要求1所述的一种耐高击穿电压的电线用硅胶，其特征在于：所述端羟基聚二甲基硅氧烷的羟基含量大于8％。
6.根据权利要求1所述的一种耐高击穿电压的电线用硅胶，其特征在于：所述填料为云母粉、钛酸钡、纳米二氧化钛、氮化硼和氧化铈中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种耐高击穿电压的电线用硅胶，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸锌。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种耐高击穿电压的电线用硅胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在高速混合机中加入填料，在400-600r/s的转速下逐渐加入乙烯基三甲氧基硅烷，在10-20min完成乙烯基三甲氧基硅烷的加入，然后以1200-1800r/s的转速搅拌8-12min，停放5-7h，得到预混粉体；
(2)在捏合机加入甲基乙烯基硅橡胶和预混粉体，搅拌8-10min；
(3)往所述捏合机加入二甲基硅油、端羟基聚二甲基硅氧烷和润滑剂，然后开启混炼，混炼过程中将白炭黑分五次加入捏合机中，得到形成团状的生胶；
(4)将形成团状的生胶升温至80-100℃，全开盖捏合50-70min，然后抽真空至真空度为-0.08～-0.07MPa，继续捏合50-70min；
(5)往所述捏合机加入含氢硅油，继续抽真空20-40min；
(6)将捏合机的生胶转移到开炼机中进行开炼，然后在滤胶机上进行过滤，静置一定时间后，即得到所述的电线用硅胶。
9.一种耐高击穿电压的电线用硅胶的使用方法，其特征在于：将权利要求1-8任意一项所述的电线用硅胶与Karstedt催化剂按100:1-1.5的重量比混合并进行硫化，硫化压力为10-20MPa，温度为130-170℃，时间为3-7min。
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