CN114685998A - 一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料及制备方法，包括下列的原料经捏合机混炼而得：甲基乙烯基硅橡胶A；甲基乙烯基硅橡胶B；气相白炭黑；活性氢氧化铝粉；羟基硅油；硅烷偶联剂；紫外线吸收剂；光稳定剂；无机硅酸盐。以解决目前硅橡胶复合绝缘子在使用过程中容易老化及性能下降，从而缩短了复合绝缘子挂网运行使用周期，影响电力系统的稳定运行问题。本发明在热空气加速老化和耐热试验中，拉伸强度、撕裂强度下降程度要低很多，本发明的复合绝缘子用硅橡胶在满足行业标准要求指标基础上，具有较好的耐老化性。

Description

一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料及制备方法
技术领域
本发明属于化工新材料技术领域，尤其涉及电力行业中使用的各类硅橡胶复合绝缘子。
背景技术
复合绝缘子主要由耐酸玻璃芯棒、甲基乙烯基硅橡胶护套和伞盘、连接金具等组成，具有重量轻、易加工成型、抗震性好等优点，更重要的是，由于甲基乙烯基硅橡胶具有良好的憎水性和憎水迁移性，复合绝缘子有较好的耐污闪性。因此，近年来，复合绝缘子在电力系统中获得了越来越广泛的应用。然而，甲基乙烯基硅橡胶毕竟还是属于高分子材料，复合绝缘子在高电场环境下常年累月的暴晒雨淋，日光中的紫外线辐射可以使甲基乙烯基硅橡胶主链硅氧键、侧链上的甲基断裂，形成自由基，引发硅橡胶降解；高电场环境下，硅橡胶伞盘表面局部放电，会造成硅橡胶老化蚀损，性能下降；从而影响复合绝缘子使用寿命，威胁电力系统稳定运行。
发明内容
本发明提供了一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料，以解决目前硅橡胶复合绝缘子在使用过程中容易老化及性能下降，从而缩短了复合绝缘子挂网运行使用周期，影响电力系统的稳定运行问题。
本发明的另一目的是提供了上述耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料，包括下列质量份比例的原料经捏合机混炼而得：
甲基乙烯基硅橡胶A 85-99份；
甲基乙烯基硅橡胶B 1-15份；
气相白炭黑 25-50份；
活性氢氧化铝粉 90-160份；
羟基硅油 1-6份；
含氢硅油 0.1-1.5份；
乙烯基羟基硅油 0-2.5份；
硅烷偶联剂 0.1-2份；
金属氧化物 0-8份；
紫外线吸收剂 0.1-3份；
光稳定剂 0.1-3份；
无机硅酸盐 1-10份。
本发明的原料最佳配比为：
甲基乙烯基硅橡胶A 95份；
甲基乙烯基硅橡胶B 5份；
气相白炭黑 35份；
活性氢氧化铝粉 115份；
羟基硅油 3份；
含氢硅油 0.4份；
乙烯基羟基硅油 0.5份；
硅烷偶联剂 0.4份；
金属氧化物 5份；
紫外线吸收剂 0.6份；
光稳定剂 0.6份；
无机硅酸盐 3份。
本发明的原料还包括色膏 0.5-5份。
本发明所述的甲基乙烯基硅橡胶A，乙烯基封端，牌号110-0，分子量为60-70万，乙烯基含量为0.4%-0.8%；甲基乙烯基硅橡胶B，甲基封端，牌号112-5，分子量为50-68万，乙烯基含量1%-5%。
本发明所述的气相白炭黑，采用聚二甲基硅氧烷处理，白炭黑比表面积为150-200m2/g。
本发明所述活性氢氧化铝粉的粒径为1.3-2.5um。
本发明所述硅烷偶联剂为A151硅烷偶联剂、A171硅烷偶联剂的一种或组合。
本发明所述金属氧化物为二氧化钛、氧化锌、氧化铈的一种或组合。
本发明所述紫外线吸收剂为UV-320、UV-531、UV-384的一种或组合。
本发明所述光稳定剂为光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂770的一种或组合。
本发明所述无机硅酸盐为高岭石、滑石粉、蒙脱土的一种或组合，且经过有机溶剂处理改性，如有机蒙脱土S1210。
采用上述比例的原料制备耐老化复合绝缘子用硅橡胶的方法，包括如下步骤：
步骤1、向捏合机中投入甲基乙烯基硅橡胶A、甲基乙烯基硅橡胶B；
步骤2、向捏合机中投入一部分气相白炭黑（5-10份）；
步骤3、向捏合机中投入羟基硅油、含氢硅油、乙烯基羟基硅油、硅烷偶联剂，混炼15-30分钟，捏合成团；
步骤4、分批投入剩下的白炭黑，每批投料后混炼8-10分钟，并捏合成团；
步骤5、向捏合机中充入氮气，捏合机开启升温程序，胶料升温到130-170℃，维持恒温过程60-120分钟；
步骤6、胶料温度降低至100-130℃时，捏合机开始抽真空，真空度控制在-0.03-0.07MPa，持续30-60分钟；
步骤7、将胶料从捏合机中出料，冷却至室温，备用；
步骤8、将步骤7中的胶料投入捏合机中，加入20-35份活性氢氧化铝粉，加入投料量的金属氧化物、紫外线吸收剂、光稳定剂、无机硅酸盐，混炼20-40分钟，捏合成团；
步骤9、分批投入剩下的活性氢氧化铝粉，每批投料后混炼10-15分钟，捏合成团；
步骤10、将捏合好的胶料倒出来，冷却至室温，经过50、150目以上的不锈钢滤网过滤后，制得耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料。
本发明的步骤4中分批投入剩下的白炭黑，为分3-6次投入，避免胶料成团困难。
本发明的步骤9中分批投入剩下的活性氢氧化铝粉：为分3-5次投入，
避免胶料成团困难。
本发明具有的优点有：
其一、本申请采用了甲基封端高乙烯基生胶，甲基封端硅橡胶具有更好的热稳定性，高乙烯基含量与低乙烯基含量生胶搭配使用，具有更好的力学性能，本申请采用乙烯基含量高低搭配的设计，提高交联密度，抑制了老化时硅橡胶主链解扣式降解倾向；并且甲基封端的112型甲基乙烯基硅橡胶，相比于乙烯基封端的110型甲基乙烯基硅橡胶，具有更好的热稳定性；高乙烯基结构还会促进硅橡胶在干电弧产生的高温下形成致密的SiOC陶瓷阻隔层，避免内层硅橡胶进一步的降解，从而提高了硅橡胶材料的耐老化性。
其二、紫外线吸收剂能强烈的吸收紫外光线，以热能形式或无害波长的光把能量放出；能迅速地使已经被紫外线激发的高分子激发态猝灭，回到稳定的基态。光稳定剂既能捕捉光氧化降解产生的自由基，又可以分解硅橡胶老化过程中产生的氢过氧化物，并且，紫外线吸收剂与光稳定剂能产生良好的协同作用，能更好的起到抗老化作用，从而能更好的提高硅橡胶材料的耐老化性能。
其三、片层状无机硅酸盐、金属氧化物，加入到硅橡胶中，可以起到屏蔽、吸收紫外线的作用；金属氧化物的加入还可以提高硅橡胶材料的散热性，提高硅橡胶材料的热稳定性。
其四、白炭黑和硅橡胶先热混炼成团，冷却后再加入氢氧化铝的炼胶工艺，可以避免生产过程中氢氧化铝在热混炼过程中温度过高而分解。
试验结果表明，本发明的耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料相比于现有技术，在热空气加速老化和耐热试验中，拉伸强度、撕裂强度下降程度要低很多。证明本发明的复合绝缘子用硅橡胶在满足行业标准要求指标基础上，具有较好的耐老化性。
具体实施方式
实施例1
按照如下配比，为本实施例的原料比例；
甲基乙烯基硅橡胶A 95份
甲基乙烯基硅橡胶B 5份
气相白炭黑 36份
活性氢氧化铝粉 115份
羟基硅油 2.9份
含氢硅油 0.5份
乙烯基羟基硅油 0.7 份
硅烷偶联剂A151 0.3份
色膏 2 份
氧化锌 5份
紫外线吸收剂UV384 0.6份
光稳定剂622 0.6份
有机蒙脱土S1210 2份
制备耐老化复合绝缘子用硅橡胶的方法包括以下步骤：
步骤1：向捏合机中加入95份110型甲基乙烯基硅橡胶A，乙烯基含量0.05%；
5份甲基封端112型甲基乙烯基硅橡胶B，乙烯基含量4%；投入10份白炭黑，然后加入2.9份羟基硅油，0.5份含氢硅油，0.7份乙烯基羟基硅油，0.3份A151硅烷偶联剂，混炼20分钟，捏合成团；
步骤2：加入10份气相白炭黑，混炼10分钟，捏合成团；
步骤3：加入10份气相白炭黑，混炼10分钟，捏合成团；
步骤4：加入6份气相白炭黑，混炼10分钟，捏合成团；
步骤5：捏合机中通入氮气，开始升温，升温至140℃，开始计时恒温，恒温时间70分钟；
步骤6：恒温结束后，开始降温，温度降至120℃时，开始抽真空30分钟，真空度-0.04±0.01MPa；
步骤7：抽真空结束后，将胶料从捏合机倒出，冷却至室温，备用；
步骤8：将步骤7中的胶料投入捏合机中，加入5份氧化锌、35份活性氢氧化铝粉、2份色膏、2份有机蒙脱土S1210、0.6份紫外线吸收剂UV-384、0.6份光稳定剂622，混炼25分钟，捏合成团
步骤9：加入30份活性氢氧化铝粉，混炼10分钟，捏合成团；
步骤10：加入30份活性氢氧化铝粉，混炼10分钟，捏合成团；
步骤11：加入20份活性氢氧化铝粉，混炼20分钟，捏合成团；
步骤12、将捏合好的胶料倒出来，冷却至室温，经过50、150目以上的不锈钢滤网（不锈钢滤网是两层分别为50目和150目不锈钢滤网叠加在一起，安装在滤胶机上面）过滤后，制得耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料。
实施例2
按照如下配比，为本实施例的原料比例；
甲基乙烯基硅橡胶A 93份
甲基乙烯基硅橡胶B 7份
气相白炭黑 30份
活性氢氧化铝粉 120份
羟基硅油 3.1份
含氢硅油 0.4份
硅烷偶联剂A171 0.5份
色膏 2 份
氧化锌 4份
氧化铈 0.6份
紫外线吸收剂UV-384 0.6份
光稳定剂944 0.6份
滑石粉 2.5份
制备耐老化复合绝缘子用硅橡胶的方法包括以下步骤：
步骤1：向捏合机中加入93份110型甲基乙烯基硅橡胶A，乙烯基含量0.05%；
7份甲基封端112型甲基乙烯基硅橡胶B，乙烯基含量4%；投入10份白炭黑，然后加入3.1份羟基硅油，0.4份含氢硅油，0.5份A171硅烷偶联剂，混炼20分钟，捏合成团；
步骤2：加入10份气相白炭黑，混炼10分钟，捏合成团；
步骤3：加入10份气相白炭黑，混炼10分钟，捏合成团；
步骤4：捏合机中通入氮气，开始升温，升温至150℃，开始计时恒温，恒温时间70分钟；
步骤5：恒温结束后，开始降温，温度降至120℃时，开始抽真空30分钟，真空度维持-0.04±0.01MPa；
步骤6：抽真空结束后，将胶料从捏合机倒出，冷却至室温，备用；
步骤7：将步骤6中的胶料投入捏合机中，加入4份氧化锌、0.6份氧化铈、0.6份紫外吸收剂UV-384、0.6份光稳定剂944、35份活性氢氧化铝粉、2份色膏、2.5份滑石粉，混炼25分钟，捏合成团
步骤9：加入35份活性氢氧化铝粉，混炼10分钟，捏合成团；
步骤10：加入30份活性氢氧化铝粉，混炼10分钟，捏合成团；
步骤11：加入20份活性氢氧化铝粉，混炼25分钟，捏合成团；
步骤13、将捏合好的胶料倒出来，冷却至室温，经过50目、150目以上的不锈钢滤网过滤后（不锈钢滤网是两层分别为50目和150目不锈钢滤网叠加在一起，安装在滤胶机上面），制得耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料。
本发明的耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料的耐老化性能评价 ：
为了评价本发明的混炼胶耐老化效果，我们制备了与实施例1、实施例2对比的对比样1、 对比样2。其中，对比样1，常规配方纯使用110型乙烯基封端的低乙烯基含量生胶A，没有添加紫外线吸收剂、光稳定剂、无机硅酸盐等；对比样2，采用与实施例1相同的配方比例，没有添加金属氧化物、紫外线吸收剂、光稳定剂、无机硅酸盐等；制备混炼胶的方法、工艺与实施例相同。
炼好的混炼胶，加入双二五硫化剂，在170℃下硫化制成样片，按GB/T19519中相关要求进行性能检测，实施例1, 实施例2电阻率、工频击穿强度、耐漏电起痕及电蚀损性能满足标准要求；根据GB/T 3512标准要求，进行硫化橡胶热空气加速老化和耐热试验，对比结果见表1.
表1. 实施例与对比样热空气加速老化前后性能对比
Figure DEST_PATH_IMAGE001
试验结果表明，实施例制备的耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料相比于对比样，在热空气加速老化和耐热试验中，拉伸强度、撕裂强度下降程度要低很多。证明本发明的复合绝缘子用硅橡胶在满足行业标准要求指标基础上，具有较好的耐老化性。

Claims (10)

1.一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料，其特征在于包括下列质量份比例的原料经捏合机混炼而得：
甲基乙烯基硅橡胶A 85-99份；
甲基乙烯基硅橡胶B 1-15份
气相白炭黑 25-50份；
活性氢氧化铝粉 90-160份；
羟基硅油 1-6份；
含氢硅油 0.1-1.5份；
乙烯基羟基硅油 0-2.5份；
硅烷偶联剂 0.1-2份；
金属氧化物 0-8份；
紫外线吸收剂 0.1-3份；
光稳定剂 0.1-3份；
无机硅酸盐 1-10份。
2.根据权利要求1所述的一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料，其特征在于原料配比为：
甲基乙烯基硅橡胶A 95份；
甲基乙烯基硅橡胶B 5份；
气相白炭黑 35份；
活性氢氧化铝粉 115份；
羟基硅油 3份；
含氢硅油 0.4份；
乙烯基羟基硅油 0.5份；
硅烷偶联剂 0.4份；
金属氧化物 5份；
紫外线吸收剂 0.6份；
光稳定剂 0.6份；
无机硅酸盐 3份。
3.根据权利要求1或2所述的一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料，其特征在于所述的甲基乙烯基硅橡胶A，乙烯基封端，牌号110-0，分子量为60-70万，乙烯基含量为0.4%-0.8%，甲基乙烯基硅橡胶B，甲基封端，牌号112-5，分子量为50-68万，乙烯基含量1%-5%。
4.根据权利要求1所述的一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料，其特征在于所述的气相白炭黑，采用聚二甲基硅氧烷处理，白炭黑比表面积为150-200m2/g；所述活性氢氧化铝粉的粒径为1.3-2.5um。
5.根据权利要求1所述的一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料，其特征在于所述硅烷偶联剂为A151硅烷偶联剂、A171硅烷偶联剂中的一种或组合。
6.根据权利要求1所述的一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料，其特征在于所述金属氧化物为二氧化钛、氧化锌、氧化铈的一种或组合。
7.根据权利要求1所述的一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料，其特征在于所述紫外线吸收剂为UV-320、UV-531、UV-384的一种或组合；
所述光稳定剂为光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂770的一种或组合。
8.根据权利要求1所述的一种耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料，其特征在于所述本发明所述无机硅酸盐为高岭石、滑石粉、蒙脱土的一种或组合，且经过有机溶剂处理改性。
9.一种权利要求1-8任一所述的耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、向捏合机中投入甲基乙烯基硅橡胶A、甲基乙烯基硅橡胶B；
步骤2、向捏合机中投入5-10份气相白炭黑；
步骤3、向捏合机中投入羟基硅油、含氢硅油、乙烯基羟基硅油、硅烷偶联剂，混炼15-30分钟，并捏合成团；
步骤4、分批投入剩下的白炭黑，每批投料后混炼8-10分钟，并捏合成团；
步骤5、向捏合机中充入氮气，捏合机开启升温程序，胶料升温到130-170℃，维持恒温过程60-120分钟；
步骤6、胶料温度降低至100-130℃时，捏合机开始抽真空，真空度控制-0.03-0.07MPa，持续30-60分钟；
步骤7、将胶料从捏合机中出料，冷却至室温、备用；
步骤8、将步骤7中的胶料投入捏合机中，加入20-35份活性氢氧化铝粉，加入投料量的金属氧化物、紫外线吸收剂、光稳定剂、无机硅酸盐，混炼20-40分钟，捏合成团；
步骤9、分批投入剩下的活性氢氧化铝粉，每批投料后混炼10-15分钟，捏合成团；
步骤10、将捏合好的胶料倒出来，冷却至室温，经过50目、150目以上的不锈钢滤网过滤后，制得耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料。
10.根据权利要求9所述的耐老化复合绝缘子用硅橡胶材料的制备方法，其特征在于步骤4中分批投入剩下的白炭黑，为分3-6次投入；步骤9中分批投入剩下的活性氢氧化铝粉，为分3-5次投入。
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