CN111320791A - 一种绝缘橡胶材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种绝缘橡胶材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及橡胶技术领域，尤其涉及一种绝缘橡胶材料及其制备方法与应用。本发明公开了一种绝缘橡胶材料，本发明采用绝缘性能较好的合成聚异戊二烯橡胶体系，与绝缘填料、白炭黑等组分以合适的配比进行组合制备得到的绝缘橡胶材料具有优异的力学性能和电气绝缘性能，可应用在绝缘手套的制备中，制备的手套具有优异的穿戴舒适性，能满足耐35kV高压带电作业要求。

Description

一种绝缘橡胶材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域，尤其涉及一种绝缘橡胶材料及其制备方法与应用。
背景技术
35kV线路属于我国配电线路中一个重要部分，较于低压配送线路，具有输送容量大和线路损耗小等优点，在城市近郊及农网电力输送中应用广泛。但这些地区采用单回路供电模式较多，线路设备故障及缺陷等原因会直接影响供电的可靠率及用户的使用。目前在35kV高压电路设备故障排除作业中，主要以绝缘杆法为主，其机动性和便利性及空中作业范围受到限制，导致作业危险系数较大。而目前国内能直接用于35KV带电作业的防护手套较少，进口手套价格高昂，且国内外手套的穿戴舒适性和机械性能较难满足作业要求，导致采用全绝缘方式开展带电作业较难普及应用。
发明专利CN103497430A公开了35kV带电作业用三元乙丙胶绝缘手套，三元乙丙胶配方的绝缘手套可以满足高压带电操作需求，但三元乙丙胶配方绝缘手套力学性能较为受限。
发明内容
本发明提供了一种绝缘橡胶材料及其制备方法与应用，解决了现有的三元乙丙胶配方绝缘手套力学性能较为受限的问题。
其具体技术方案如下：
本发明提供了一种绝缘橡胶材料，按重量份计，由以下组分制成：
聚异戊二烯橡胶100份、绝缘填料5-80份、绝缘添加剂0-10份、白炭黑2-30份、硫化剂0.5-3份、硫化活化体系2.5-11份、促进剂0.5-3份、防老剂1-3份和软化剂5-30份。本发明中，聚异戊二烯橡胶为合成聚异戊二烯橡胶(IR)，合成聚异戊二烯橡胶不含有蛋白质、糖份等杂质分子，具有优异的绝缘性能。
本发明采用绝缘性能较好的合成聚异戊二烯橡胶体系，与绝缘填料、白炭黑等组分以合适的配比进行组合制备得到绝缘橡胶材料，可应用于绝缘手套的制备，制备的手套具有优异的穿戴舒适性、力学性能和电气绝缘性能，满足耐35kV高压带电作业要求。
基于饱和度较高，具有较优的电绝缘性能，本发明所述绝缘添加剂为聚异丁烯，聚异丁烯还可以做为增塑剂。聚异丁烯低分子量呈液态，不适易于本配方加工，因此优选中分子量PIB，所述聚异丁烯的分子量为40000-100000，优选为40000-80000，更优选为40000-60000。
所述绝缘添加剂优选为0-2重量份。
本发明中，绝缘填料量过多会显著降低力学性能，过少绝缘性能达不到要求，因此，所述绝缘填料为5-80份，优选为10-40重量份。所述绝缘填料为煅烧高岭土、滑石粉、云母粉和碳酸钙中的一种或两种以上，优选为20重量份煅烧高岭土和20重量份滑石粉的混合物或20重量份云母粉。
所述硫化剂优选为1.5-2.5重量份。所述硫化剂为硫磺。
所述白炭黑优选为2-15重量份。
所述硫化活性体系优选为5.5-9.5重量份。所述硫化活性体系为硬脂酸和氧化锌，更优选为0.5重量份硬脂酸和5重量份氧化锌，或1.5重量份硬脂酸和8重量份氧化锌。
所述促进剂优选为1.5-2重量份。所述促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺和N,N-二环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺中的一种或两种以上，优选为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺。
所述防老剂优选为1.5-3重量份。所述防老剂为4,4'-二(苯基异丙基)二苯胺、2-巯基苯并咪唑和2-硫醇基甲基苯并咪唑中的一种或两种以上，优选为4,4'-二(苯基异丙基)二苯胺。本发明选用的防老剂纯度均较高且兼具抗热氧及天候老化功能。
所述软化剂优选为10-30重量份。所述软化剂为石蜡油或环烷油，优选为石蜡油。
本发明还提供了一种绝缘橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：
1)在密炼机中投入聚异戊二烯橡胶进行塑炼；
2)加入硫化活化剂、绝缘添加剂和防老剂进行第一混炼，然后加入软化剂、绝缘填料和白炭黑进行第二混炼，混匀后排胶，得到混炼胶；
3)将所述混炼胶移至开炼机中，再加入硫化剂和促进剂，然后打包、薄通后，得到绝缘橡胶材料。
本发明绝缘橡胶材料的制备过程中，先对聚异戊二烯橡胶进行塑炼后，再对加入的物料混炼均匀后进行开炼，得到的绝缘橡胶材料同时具备优异的电气绝缘性和力学性能。
本发明步骤1中，所述密炼机的起始温度为35-40℃，优选40℃；所述塑炼时间为30-60s，所述塑炼的温度为40-70℃。
本发明步骤2中，所述第一混炼的时间为30-90s，所述第一混炼的温度为70-90℃。
本发明步骤2中，所述第二混炼的时间为70-110s，所述第二混炼的温度为90-120℃；
本发明步骤2中，所述排胶前，还包括：清扫填料后继续混炼10-30s使得胶料体系完全混匀且达到排胶温度110-120℃，进行排胶。
本发明中所述薄通的辊距为0.4-0.8mm。
本发明还提供了一种绝缘手套，由上述绝缘橡胶材料采用模压工艺制备而成。
本发明还提供了上述绝缘手套的制备方法，包括以下步骤：
在150-175℃下，在绝缘手套模具的表面喷涂脱模剂，然后加入所述绝缘橡胶材料进行硫化，所述硫化完成后脱模，得到绝缘手套。
本发明中，硫化温度太低无法硫化熟，温度太高会过硫，力学性能达不到要求，因此本发明硫化的温度为150-175℃，时间为8-30min，优选为160℃下硫化15～30min，更优选为160℃下硫化15min或30min。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种绝缘橡胶材料，本发明采用绝缘性能较好的合成聚异戊二烯橡胶体系，与绝缘填料、白炭黑等组分以合适的配比进行组合制备得到的绝缘橡胶材料具有优异的力学性能和电气绝缘性能，可应用在绝缘手套的制备中，制备的手套具有优异的穿戴舒适性，能满足耐35kV高压带电作业要求。由本发明实验数据可知，采用本发明绝缘橡胶材料制得的绝缘手套硬度低至32HA，厚度低至2.5mm，穿戴舒适；能承受50kV的工频电压1min内不被击穿，能满足高压带电操作的需求；该绝缘手套老化前后拉伸强度均大于20MPa，拉断伸长率均不低于700％，拉伸永久变形均不超过15％，满足GB/T 17622的要求。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种绝缘橡胶材料及其制备方法与应用，用于解决现有的三元乙丙胶配方绝缘手套力学性能较为受限的问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例为绝缘手套的制备，按重量份计，其配方组成如下：
聚异戊二烯橡胶100份、硬脂酸0.5份、氧化锌5份、云母粉20份、白炭黑10份、分子量为45000的聚异丁烯2份、硫磺1.5份、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺1.5份、4,4'-二(苯基异丙基)二苯胺1.5份、石蜡油10份。
本实施例绝缘手套的制备方法包括如下步骤：
(1)密炼机初始温度40℃，将100份的聚异戊二烯橡胶加入密炼机中进行塑炼30s；
(2)将按上述重量份数配比称量的硬脂酸、氧化锌、聚异丁烯、石蜡油先加入密炼机中进行混炼90s，混炼过程温度为70-90℃；再将云母粉、白炭黑、4,4'-二(苯基异丙基)二苯胺加入密炼机至胶料90-120℃下继续混炼(混炼时间为70s)均匀，清扫填料后继续混炼30s；使胶料体系完全混匀后达到排胶温度110℃进行排胶即得混炼胶料。
(3)将密炼后的胶料转移至开炼机，加入硫磺、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺，待完全吃料后，进行打包及薄通，薄通辊距控制为0.4mm；
(4)薄通后出片，在环境温度下静置2h后，将胶料裁剪至适合手套专用模具的大小备用；
(5)将洁净的手套专用模具置于平板硫化机中，升温预热至160℃，在模具表面均匀喷涂一层脱模剂，待脱模剂干透、形成隔离层后，将裁剪合适的胶料放置于模具中，合上模具，160℃保温加压硫化15min，硫化完后开启平板硫化机脱模，取出样品，冷却后将手套的飞边修平整，即得绝缘手套。
对实施例1制备的手套进行力学性能和电气绝缘性能测试。绝缘手套硬度32HA，厚度2.2mm，拉伸强度22.0MPa，拉断伸长率760％，拉伸永久变形1.6％，老化后拉伸强度22.6MPa，老化后拉断伸长率726％，老化后拉伸永久变形2.5％；50kV的工频电压1min内未被击穿，且无闪络现象。结果表明本实施例绝缘手套性能符合GB/T 17622的要求，具有优异的穿戴舒适性、力学性能及电气绝缘性能。
实施例2
本实施例为绝缘手套的制备，按重量份计，其配方组成如下：
聚异戊二烯橡胶100份、硬脂酸1.5份、氧化锌8份、煅烧高岭土20份、滑石粉20份、白炭黑15份、硫磺2.5份、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺2份、4,4'-二(苯基异丙基)二苯胺3份、石蜡油30份。
本实施例绝缘手套的制备方法包括如下步骤：
(1)密炼机初始温度40℃，将100份的聚异戊二烯橡胶加入密炼机中进行塑炼60s；
(2)将按上述重量份数配比称量的硬脂酸、氧化锌、石蜡油先加入密炼机中进行混炼30s，混炼过程温度为75-80℃；再将煅烧高岭土、滑石粉、白炭黑、4,4'-二(苯基异丙基)二苯胺加入密炼机至胶料90-120℃下继续混炼(混炼时间为110s)均匀，清扫填料后继续混炼10s使胶料体系完全混匀后达到排胶温度120℃进行排胶即得混炼胶料。
(3)将密炼后的胶料转移至开炼机，加入硫磺、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺，待完全吃料后，进行打包及薄通，薄通辊距控制为0.8mm；
(4)薄通后出片，在环境温度下静置24h后，将胶料裁剪至适合手套模具的大小备用；
(5)将洁净的手套专用模具置于平板硫化机中，升温预热至160℃，在模具表面均匀喷涂一层脱模剂，待脱模剂干透、形成隔离层后，将裁剪合适的胶料放置于模具中，合上模具，160℃保温加压硫化30min，硫化完后开启平板硫化机脱模，取出样品，冷却后将手套的飞边修平整，即得绝缘手套。
对实施例2制备的手套进行力学性能和电气绝缘性能测试。绝缘手套硬度30HA，厚度2.5mm，拉伸强度20.6MPa，拉断伸长率790％，拉伸永久变形2.3％，老化后拉伸强度21.7MPa，老化后拉断伸长率756％，老化后拉伸永久变形3.0％；50kV的工频电压1min内未被击穿，且无闪络现象。结果表明本实施例绝缘手套性能符合GB/T 17622的要求，具有优异的穿戴舒适性、力学性能及电气绝缘性能。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种绝缘橡胶材料，其特征在于，按重量份计，由以下组分制成：
聚异戊二烯橡胶100份、绝缘填料5-80份、绝缘添加剂0-10份、白炭黑2-30份、硫化剂0.5-3份、硫化活性体系2.5-11份、促进剂0.5-3份、防老剂1-3份和软化剂5-30份。
2.根据权利要求1所述的绝缘橡胶材料，其特征在于，按重量份计，所述聚异戊二烯橡胶100份、所述绝缘填料10-40份、所述绝缘添加剂0-2份、所述白炭黑2-15份、所述硫化剂1.5-2.5份、所述硫化活性体系5.5-9.5份、所述促进剂1.5-2份、所述防老剂1.5-3份和所述软化剂10-30份。
3.根据权利要求1所述的绝缘橡胶材料，其特征在于，所述绝缘添加剂为聚异丁烯；
所述聚异丁烯的分子量为40000-100000。
4.根据权利要求1所述的绝缘橡胶材料，其特征在于，所述绝缘填料为煅烧高岭土、滑石粉、云母粉和碳酸钙中的一种或两种以上；
所述硫化剂为硫磺；
所述硫化活化体系为硬脂酸和氧化锌；
所述促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺和N,N-二环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺中的一种或两种以上；
所述防老剂为4,4'-二(苯基异丙基)二苯胺、2-巯基苯并咪唑和2-硫醇基甲基苯并咪唑中的一种或两种以上；
所述软化剂为石蜡油或环烷油。
5.根据权利要求4所述的绝缘橡胶材料，其特征在于，按重量份计，所述硫化活性体系中，所述硬脂酸0.5-3份，所述氧化锌2-8份。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的绝缘橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在密炼机中投入聚异戊二烯橡胶进行塑炼；
2)加入硫化活化体系、绝缘添加剂和防老剂进行第一混炼，再加入软化剂、绝缘填料和白炭黑进行第二混炼，混匀后排胶，得到混炼胶；
3)将所述混炼胶移至开炼机中，再加入硫化剂和促进剂，然后打包、薄通后，得到绝缘橡胶材料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述密炼机的起始温度为35-40℃，所述塑炼的温度为40-70℃，所述塑炼的时间为30-60s；
所述第一混炼的温度为70-90℃，所述第一混炼的时间为30-90s；
所述第二混炼的温度为90-120℃，所述第二混炼的时间为70-110s。
8.一种绝缘手套，其特征在于，由权利要求1至5任意一项所述的绝缘橡胶材料采用模压工艺制备而成。
9.权利要求8所述的绝缘手套的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在150-175℃下，在绝缘手套模具的表面喷涂脱模剂，然后加入所述绝缘橡胶材料进行硫化，所述硫化完成后脱模，得到绝缘手套。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述硫化的温度为150-175℃，时间为8-30min。
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