CN112341756A - 用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂及其制备方法，其中，该有机硅改性环氧树脂按重量份数计，包括：脂环族环氧树脂60～180份、有机硅改性剂1～30份、增容剂1～5份、固化剂60～180份、补强料50～200份、阻燃剂5～20份、活性稀释剂10～15份、促进剂0.5～6份、紫外线吸收剂0～2份、抗氧剂0～2份、颜料0～2份；其中，有机硅改性剂为端环氧基硅油，增容剂为聚醚改性硅油和八甲基环四硅氧烷中的一种或两种。本发明以脂环族环氧树酯为待改性树脂主体，端环氧基硅为改性剂，加入增容剂先将两者预先混合形成均一的相，然后再加入固化剂和促进剂实现化学共混，有效改善了环氧树脂与有机硅的相容性，且改性后的环氧树脂材料的力学性能及其他性能均得到显著提升。

Description

用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种有机硅改性环氧树脂及其制备方法，特别涉及一种用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂及其制备方法，属于电力外绝缘防护技术领域。

背景技术

带电作业是未来电网施工维护的一种重要形式，带电作业机器人是一种能够在不停电的情况下对输电线路进行切断、接线等作业的机器。这要求机器人绝缘衣有良好的绝缘性能，保证其工作电路与带电导线之间的绝缘，还要求绝缘衣材料具有良好的憎水性，防止其在潮湿污秽条件下发生闪络事故。同时要求绝缘衣具有良好的机械强度和柔韧性，能够保护内部线路安全和使用耐久性。

环氧树脂因为具有机械性能好、耐化学腐蚀性高以及优异的粘结性能等优势，被广泛使用于涂料、结构胶黏剂、复合材料以及微电子等方面。脂环族环氧树脂是体系中含有两个或两个以上的环氧基团直接连在脂肪环上的一类环氧化合物。脂环族环氧树脂与环氧树脂的合成的不同之处在于，它是通过在有机酸的氧化作用下氧化不饱和脂环族烯烃化合物形成环氧基团而制备。除此之外，与环氧树脂相比还有一些不同之处。首先是环氧基团直接连在脂肪环上，使得体系的两个环氧基离得比较近，所以固化后的产物具有很高的交联度。同时因为没有苯环，不会出现光老化现象，所以具有很好的耐紫外线特性和耐候性能。这类树脂非常适合于户外使用。

脂环族环氧树脂由于自身特性具有非常好的绝缘性能，同硅树脂和陶瓷作为绝缘材料在户外已成功应用多年。可是由于其固化产物具有很高的交联密度，产物质地较脆，耐冲击性能不佳。同时其抗剪切能力也较弱，拉伸性能差，不适合做既有绝缘要求，又有柔韧要求的材料。有机硅橡胶主要有Si-O主链和Si-C侧链组成，具有较宽的工作温度范围、优良的电性能，并且耐候性、耐臭氧及防潮性良好，具有很好的绝缘性和憎水性，耐高低温性能好。但是硅橡胶存在成型性不好，硬度不够，作为结构件精度不够，易变形的缺点。有机硅改性环氧树酯既兼有硅树脂和环氧树脂的优点，具备黏结性能、耐介质、耐水、耐大气老化等性能，又增加了硅树脂的韧性、耐高温性、耐水煮性、断裂强度及耐磨性等。但有机硅与环氧树脂相容性不好，物理混合容易分相。

现有技术中通常采用含有游离羟基或胺基的有机硅改性剂来增加两者相容性，如公开号为CN 104177780 A的中国发明专利申请，其采用的有机硅改性剂为含有与环氧树脂中仲羟基反应的活性基团的有机硅化合物；再如公开号为CN110655756A的中国发明专利申请，其采用的有机硅改性剂为含胺基或羟基的有机硅；上述改性剂虽然能一定程度增加两者相容性，但其与环氧树脂混合过程容易发生反应，造成局部团聚，产生混合不均匀现象，最终影响改性后环氧树脂的力学性能及其他性能。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，并提供了一种该有机硅改性环氧树脂的制备方法。

技术方案：本发明所述的用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，按重量份数计，包括如下组分：脂环族环氧树脂60～180份、有机硅改性剂1～30份、增容剂1～5份、固化剂60～180份、补强料50～200份、阻燃剂5～20份、活性稀释剂10～15份、促进剂0.5～6份、紫外线吸收剂0～2份、抗氧剂0～2份、颜料0～2份；其中，有机硅改性剂为端环氧基硅油，增容剂为聚醚改性硅油和八甲基环四硅氧烷中的一种或两种。

优选的，该用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂按重量份数计，包括如下组分：脂环族环氧树脂100～150份、有机硅改性剂10～20份、增容剂2～4份、固化剂100～150份、补强料100～150份、阻燃剂10～15份、活性稀释剂12～14份、促进剂3～5份、紫外线吸收剂0～2份、抗氧剂0～2份、颜料0～2份。

可选的，脂环族环氧树脂为六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯、3,4-环氧基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基环己烷甲酯、3,4-环氧基环己烷甲酸-6-甲基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基-6-甲基环己烷甲酸中的至少一种。固化剂可为四氢苯酐、甲基四氢苯酐、桐油酸酐、桐马酸酐、松节油酸酐中的至少一种。

补强料可为沉淀法二氧化硅、气相法二氧化硅、硅微粉、硅树脂、玻璃纤维、碳纤维中的至少一种，且补强料的粒径为500nm～5μm；阻燃剂可为氢氧化铝、氢氧化镁、三聚氰胺、多聚磷酸铵、五溴乙基苯、硼酸锌、三氧化二锑中的至少一种；活性稀释剂可为丁基缩水甘油醚、异辛基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚中的至少一种。

较优的，促进剂为叔胺类、咪唑类、硼胺络合物、乙酰丙酮盐中的至少一种。

可选的，紫外线吸收剂可为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、苯并三唑类中的至少一种；抗氧剂可为硫代二丙酸二月桂酯、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯中的至少一种；颜料可为氧化铁红和/或二氧化钛。

本发明所述的一种用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂的制备方法，包括下述步骤：

(1)按重量份数计，将脂环族环氧树脂60～180份、有机硅改性剂1～30份、增容剂1～5份、补强料50～200份和阻燃剂5～20份在捏合机中抽真空充分混合，得到组分A；其中，有机硅改性剂为端环氧基硅油，增容剂为聚醚改性硅油和八甲基环四硅氧烷中的一种或两种；

(2)将固化剂60～180份、活性稀释剂10～15份、促进剂0.5～6份、紫外线吸收剂0～2份、抗氧剂0～2份和颜料0～2份充分混合搅拌得到组分B；

(3)将组分A和组分B混合均匀，高温固化，制得用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂。

优选的，步骤(1)中，抽真空充分混合的条件为：将捏合机抽真空至真空度0.04MPa以下、室温下混合3～5小时。

步骤(2)中，混合搅拌的条件优选为：在0.04MPa以下的真空度下、室温混合3～5小时。

进一步的，步骤(3)中，可将混合组分加入模具，先升温至70～90℃保温1～1.5小时，然后升温至110～140℃保温2.5～3小时，再冷却至室温后取出。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的有机硅改性环氧树脂材料具有良好的电气绝缘性和机械强度，且柔韧性好，能够满足机器臂的绝缘和运动的要求；同时，其具有很好的憎水性和憎水迁移性，耐候性好，强度高，可大大提高输电线路安全和稳定性，防止污闪事故发生，减少工人清洁施工，节省人力物力；(2)本发明的制备方法以脂环族环氧树酯为待改性树脂主体，改性剂选取端环氧基硅油，加入增容剂先将环氧树脂与改性剂充分物理混合形成均一的相，然后再加入固化剂和促进剂将环氧树脂和改性硅油实现化学共混，有效改善了环氧树脂与有机硅的相容性，同时避免了局部团聚等混合不均匀现象，与现有技术中采用含有游离羟基或胺基的有机硅改性剂提高相容性相比，所得改性后环氧树脂材料的力学性能及其他性能均得到显著提升。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1

一种用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，包括以下重量份的组分：六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯60份、端环氧基硅油1份、聚醚改性硅油1份、四氢苯酐60份、500nm的玻璃纤维50份、氢氧化铝5份、丁基缩水甘油醚10份、叔胺类促进剂0.5份、氧化铁红1份。

上述用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，通过以下制备方法制得：

(1)将六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯、端环氧基硅油、聚醚改性硅油、玻璃纤维、氢氧化铝在捏合机中抽真空至0.04MP室温混合3h，得到组分A；

(2)将四氢苯酐、丁基缩水甘油醚、叔胺类促进剂、氧化铁红在捏合机中抽真空至0.04MP室温混合3h，到组分B；

(3)将A和B两组分搅拌混合均匀，将混合组分加入绝缘子模具先保持70℃一小时，一小时后升温至110℃，保持两个半小时，冷却至室温后取出。

实施例2

一种用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，包括以下重量份的组分：六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯180份、端环氧基硅油30份、聚醚改性硅油5份、四氢苯酐180份、5μm的玻璃纤维200份、氢氧化铝20份、丁基缩水甘油醚15份、咪唑类促进剂6份。

上述用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，通过以下制备方法制得：

(1)将六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯、端环氧基硅油、聚醚改性硅油、玻璃纤维、氢氧化铝在捏合机中抽真空至0.04MP室温混合5h，得到组分A；

(2)将四氢苯酐、丁基缩水甘油醚、咪唑类促进剂在捏合机中抽真空至0.04MP室温混合5h，到组分B；

(3)将A和B两组分搅拌混合均匀，将混合组分加入绝缘子模具先保持80℃一小时，一小时后升温至130℃，保持两个半小时，冷却至室温后取出。

实施例3

一种用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，包括以下重量份的组分：六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯100份、端环氧基硅油10份、聚醚改性硅油2份、甲基四氢苯酐100份、2μm的碳纤维50份、5μm气相法白炭黑50份，氢氧化铝10份、丁基缩水甘油醚12份、叔胺类促进剂3份、二氧化钛1份。

上述用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，通过以下制备方法制得：

(1)将六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯、端环氧基硅油、聚醚改性硅油、碳纤维、气相法白炭黑和氢氧化铝在捏合机中抽真空至0.03MP室温混合3h，得到组分A；

(2)将甲基四氢苯酐、丁基缩水甘油醚、叔胺类促进剂、二氧化钛在捏合机中抽真空至0.03MP室温混合3h，到组分B；

(3)将A和B两组分搅拌混合均匀，加入绝缘子模，先将混合组分加入绝缘子模具先保持90℃一小时，一小时后升温至140℃，保持3小时，冷却至室温后取出。

实施例4

一种用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，包括以下重量份的组分：六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯150份、端环氧基硅油20份、聚醚改性硅油4份、甲基四氢苯酐150份、5μm的碳纤维150份、氢氧化铝15份、丁基缩水甘油醚14份、叔胺类促进剂5份。

上述用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，通过以下制备方法制得：

(1)将六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯、端环氧基硅油、聚醚改性硅油、碳纤维、氢氧化铝在捏合机中抽真空至0.03MP室温混合4h，得到组分A；

(2)将甲基四氢苯酐、丁基缩水甘油醚、叔胺类促进剂在捏合机中抽真空至0.03MP室温混合4h，到组分B；

(3)将A和B两组分搅拌混合均匀，将混合组分加入绝缘子模具先保持80℃一小时，一小时后升温至130℃，保持两个半小时，冷却至室温后取出。

实施例5

一种用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，包括以下重量份的组分：3,4-环氧基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基环己烷甲酯120份、端环氧基硅油15份、八甲基环四硅氧烷3份、桐油酸酐120份、1μm的气相法二氧化硅120份、氢氧化镁12份、异辛基缩水甘油醚13份、叔胺类促进剂4份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮1份。

上述用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，通过以下制备方法制得：

(1)将3,4-环氧基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基环己烷甲酯、端环氧基硅油、八甲基环四硅氧烷、气相法二氧化硅、氢氧化镁在捏合机中抽真空至0.03MP室温混合4h，得到组分A；

(2)将桐油酸酐、异辛基缩水甘油醚、叔胺类促进剂、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮在捏合机中抽真空至0.03MP室温混合4h，到组分B；

(3)将A和B两组分搅拌混合均匀，将混合组分加入绝缘子模具先保持80℃一小时，一小时后升温至130℃，保持两个半小时，冷却至室温后取出。

对比例1

一种用于机器人绝缘衣的环氧树脂材料，包括以下重量份的组分：3,4-环氧基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基环己烷甲酯120份、八甲基环四硅氧烷3份、桐油酸酐120份、1μm的气相法二氧化硅120份、氢氧化镁12份、异辛基缩水甘油醚13份、叔胺类促进剂4份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮1份。

上述用于机器人绝缘衣的环氧树脂材料，通过以下制备方法制得：

(1)将3,4-环氧基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基环己烷甲酯、八甲基环四硅氧烷、气相法二氧化硅、氢氧化镁在捏合机中抽真空至0.03MP室温混合4h，得到组分A；

(2)将桐油酸酐、异辛基缩水甘油醚、叔胺类促进剂、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮抽真空至0.03MP室温混合4h，到组分B；

(3)将A和B两组分搅拌混合均匀，将混合组分加入绝缘子模具先保持80℃一小时，一小时后升温至130℃，保持两个半小时，冷却至室温后取出。

对比例2

一种用于机器人绝缘衣的环氧树脂材料，包括以下重量份的组分：3,4-环氧基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基环己烷甲酯120份、改性剂端羟基硅油15份、八甲基环四硅氧烷3份、桐油酸酐120份、1μm的气相法二氧化硅120份、氢氧化镁12份、异辛基缩水甘油醚13份、叔胺类促进剂4份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮1份。

上述用于机器人绝缘衣的环氧树脂材料，通过以下制备方法制得：

(1)将3,4-环氧基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基环己烷甲酯、端羟基硅油、八甲基环四硅氧烷、气相法二氧化硅、氢氧化镁在捏合机中抽真空至0.03MP室温混合4h，得到组分A；

(2)将桐油酸酐、异辛基缩水甘油醚、叔胺类促进剂、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮在捏合机中抽真空至0.03MP室温混合4h，到组分B；

(3)将A和B两组分搅拌混合均匀，将混合组分加入绝缘子模具先保持80℃一小时，一小时后升温至130℃，保持两个半小时，冷却至室温后取出。

对比例3

一种用于机器人绝缘衣的环氧树脂材料，包括以下重量份的组分：3,4-环氧基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基环己烷甲酯120份、改性剂端环氧基硅油15份、桐油酸酐120份、1μm的气相法二氧化硅120份、氢氧化镁12份、异辛基缩水甘油醚13份、叔胺类促进剂4份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮1份。

上述用于机器人绝缘衣的环氧树脂材料，通过以下制备方法制得：

(1)将3,4-环氧基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基环己烷甲酯、端环氧基硅油、气相法二氧化硅、氢氧化镁、桐油酸酐、异辛基缩水甘油醚、叔胺类促进剂和2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮在捏合机中抽真空至0.03MP室温混合4h，得到混合组分；

(2)将混合组分加入绝缘子模具先保持80℃一小时，一小时后升温至130℃，保持两个半小时，冷却至室温后取出。

分别将实施例1～5和对比例1～3制备的样品取适当部分，测试各样品形成的绝缘包覆层的性能，如下表1。

表1实施例1～5及对比例1～3制备的绝缘包覆层的使用性能参数

由表1可以看出：(1)相比对比例1的纯环氧树脂绝缘材料，本发明的有机硅改性环氧树脂料制备的绝缘衣具有很好的憎水性和断裂伸长率，满足做为绝缘子和机器人外衣绝缘性和柔韧性的要求，提高电能传输和外绝缘的安全性；(2)相比于本申请用端环氧基硅油改性的环氧树脂绝缘材料，对比例2用端羟基硅油改性的环氧树脂绝缘材料的机械和电气性能显著降低，这是因为端羟基有较高的活性，在混合过程中端羟基容易提前发生反应，造成混合不均匀，导致机械和电气性能的下降；(3)相较于本申请采用增容剂先预混后再将环氧树脂和改性硅油化学共混的制备方法，对比例3中直接将环氧树脂与有机硅化学共混，导致环氧树脂和改性硅油混合不均匀，引发了材料机械性能和电学性能的大幅下降；(4)另外，与实施例1～2相比，实施例3～5在优选参数范围内制得的绝缘材料整体性能更优，表现为更高的拉伸强度、弹性模量、断裂伸长率和更大的接触角，更有利于绝缘子和机器人外衣的使用。

Claims (10)

1.一种用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分：脂环族环氧树脂60～180份、有机硅改性剂1～30份、增容剂1～5份、固化剂60～180份、补强料50～200份、阻燃剂5～20份、活性稀释剂10～15份、促进剂0.5～6份、紫外线吸收剂0～2份、抗氧剂0～2份、颜料0～2份；其中，所述有机硅改性剂为端环氧基硅油，所述增容剂为聚醚改性硅油和八甲基环四硅氧烷中的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，其特征在于，按重量份数计，包括如下组分：脂环族环氧树脂100～150份、有机硅改性剂10～20份、增容剂2～4份、固化剂100～150份、补强料100～150份、阻燃剂10～15份、活性稀释剂12～14份、促进剂3～5份、紫外线吸收剂0～2份、抗氧剂0～2份、颜料0～2份。

3.根据权利要求1所述的用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，其特征在于，所述脂环族环氧树脂为六氢邻苯二甲酸缩水甘油酯、3,4-环氧基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基环己烷甲酯、3,4-环氧基环己烷甲酸-6-甲基环己烷甲酸-3’,4’-环氧基-6-甲基环己烷甲酸中的至少一种；所述固化剂为四氢苯酐、甲基四氢苯酐、桐油酸酐、桐马酸酐、松节油酸酐中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，其特征在于，所述补强料为沉淀法二氧化硅、气相法二氧化硅、硅微粉、硅树脂、玻璃纤维、碳纤维中的至少一种，且补强料的粒径为500nm～5μm；所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、三聚氰胺、多聚磷酸铵、五溴乙基苯、硼酸锌、三氧化二锑中的至少一种；所述活性稀释剂为丁基缩水甘油醚、异辛基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，其特征在于，所述促进剂为叔胺类、咪唑类、硼胺络合物、乙酰丙酮盐中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂，其特征在于，所述紫外线吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、苯并三唑类中的至少一种；所述抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯中的至少一种；所述颜料为氧化铁红和/或二氧化钛。

7.一种用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)按重量份数计，将脂环族环氧树脂60～180份、有机硅改性剂1～30份、增容剂1～5份、补强料50～200份和阻燃剂5～20份在捏合机中抽真空充分混合，得到组分A；其中，所述有机硅改性剂为端环氧基硅油，所述增容剂为聚醚改性硅油和八甲基环四硅氧烷中的一种或两种；

(2)将固化剂60～180份、活性稀释剂10～15份、促进剂0.5～6份、紫外线吸收剂0～2份、抗氧剂0～2份和颜料0～2份充分混合搅拌得到组分B；

(3)将组分A和组分B混合均匀，高温固化，制得用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂。

8.根据权利要求7所述的用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述抽真空充分混合为：将捏合机抽真空至真空度0.04MPa以下、室温下混合3～5小时。

9.根据权利要求7所述的用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述混合搅拌为：在0.04MPa以下的真空度下、室温混合3～5小时。

10.根据权利要求7所述的用于机器人绝缘衣的有机硅改性环氧树脂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将混合组分加入模具，先升温至70～90℃保温1～1.5小时，然后升温至110～140℃保温2.5～3小时，再冷却至室温后取出。