CN115651412B - 一种硅橡胶复合绝缘子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及橡胶材料领域，具体为一种硅橡胶复合绝缘子，所述硅橡胶复合材料包括以下重量份数的组成：甲基乙烯基苯基硅橡胶80～100份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶5～10份、三元乙丙橡胶20～30份、SiC‑TiC复合填料20～30份、氧化铝纤维20～30份、气相法白炭黑30～40份、羟基硅油4～6份、含氢硅油0.5～1份、二甲基硅油0.5～1份、三乙醇胺0.5～1份、硫化剂2～3份，本发明所制备的硅橡胶复合材料具有良好的力学性能和电绝缘性能，可以用于制作硅橡胶复合绝缘子的伞裙护套。

Description

一种硅橡胶复合绝缘子

技术领域

本发明涉及橡胶材料领域，具体为一种硅橡胶复合绝缘子。

背景技术

复合绝缘子具有重量轻、防污性能好、防人为破坏性能强等优点，日益得到用户的欢迎，在电网改造工程中成为绝缘子行业的主力军。作为复合绝缘子主要应具备两项基本的要求，即良好的绝缘性能和稳定的力学性能，二者同样重要，缺一不可。

由于硅橡胶具有优异的憎水性和高绝缘性能逐渐作为复合绝缘子伞裙的材料被广泛应用，但是由于硅橡胶分子链柔顺性高，链间相互作用力弱，所以硅橡胶本身强度较低，机械性能不高，易被鸟啄损伤，出现异常断裂，影响电力安全。

发明内容

发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种硅橡胶复合绝缘子。

所采用的技术方案如下：

一种硅橡胶复合绝缘子，包括芯棒、伞裙护套和端部金具，所述伞裙护套由硅橡胶复合材料制成，所述硅橡胶复合材料包括以下重量份数的组成：

甲基乙烯基苯基硅橡胶80～100份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶5～10份、三元乙丙橡胶20～30份、SiC-TiC复合填料20～30份、氧化铝纤维20～30份、气相法白炭黑30～40份、羟基硅油4～6份、含氢硅油0.5～1份、二甲基硅油0.5～1份、三乙醇胺0.5～1份、硫化剂2～3份；

所述SiC-TiC复合填料、氧化铝纤维均经过硅烷偶联剂处理。

进一步地，所述甲基丙烯酸酯接枝硅橡胶的制备方法如下：

将硅橡胶、甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化二异苯丙熔融混炼接枝，所得共混胶置于甲苯中加热使其溶解，再冷却至室温后加入丙酮，充分搅拌后将固体滤出并真空干燥至恒重即可。

进一步地，所述硅橡胶、甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量比为8～15：1。

进一步地，所述硅橡胶中乙烯基含量为0.1～0.3mol％。

进一步地，所述SiC-TiC复合填料的粒径为50～100nm，所述氧化铝纤维的长度为1～30μm。

进一步地，所述SiC-TiC复合填料的制备方法如下：

将淀粉、硅溶胶和TiO₂混合球磨后干燥，保护性气体氛围下升温至1500～1550℃保温1～3h，然后随炉冷却至室温即可。

进一步地，所述硅烷偶联剂为KH-550、WD51或ZH1304中的任意一种，优选为KH-550。

进一步地，所述硫化剂包括2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷和过氧化二异丙苯，所述2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷和过氧化二异丙苯的质量比为1～5：1。

进一步地，所述硅橡胶复合材料的制备方法如下：

配置硅烷偶联剂水解液，将SiC-TiC复合填料、氧化铝纤维加入高速混合机中，升温至100～120℃，喷入硅烷偶联剂水解液，继续高速混合进行表面处理，所得混合料干燥，将甲基乙烯基苯基硅橡胶加入捏合机中，分多次加入气相法白炭黑、羟基硅油、含氢硅油、二甲基硅油和三乙醇胺，混炼均匀后，加入混合料、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶、三元乙丙橡胶，加完后，升温至115～125℃，在真空度-0.1～-0.08MPa下捏合0.5～1h出料，所得胶料放入开炼机中，开炼至胶料光滑的混炼胶，静置18-24h，将混炼胶在开炼机上包辊，加入硫化剂，薄通3～5次，出片，静置18-24h后在平板硫化剂上一次硫化成型，一次硫化温度为160～170℃，一次硫化时间为8～12min，一次硫化压力为10～15MPa，再转移至老化箱中进行二次硫化，二次硫化温度为180～200℃，二次硫化时间为2～4h。

进一步地，所述硅烷偶联剂水解液的配置方法如下：

取硅烷偶联剂、水和乙醇混合，在28～35℃水解30-50min即可。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种硅橡胶复合绝缘子，其中，伞裙护套由硅橡胶复合材料制成，使用三元乙丙橡胶与甲基乙烯基苯基硅橡胶共混，既能够降低成本，也可以提高硅橡胶复合材料的力学性能，但是两者相容性差，发明人使用甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶作为相容剂，可以改善三元乙丙橡胶在甲基乙烯基苯基硅橡胶中的分散性，SiC-TiC复合填料与氧化铝纤维作为零维与一维填料复配，能够形成比较致密的填料网络结构可以提升填充效果，改善力学性能和提高热导率，SiC-TiC复合填料与氧化铝纤维经过硅烷偶联剂KH-550处理，在其表面引入氨基，可以与甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶上的环氧基发生反应交联，可以进一步改善硅橡胶复合材料的力学性能，本发明所制备的硅橡胶复合材料具有良好的力学性能和电绝缘性能，可以用于制作硅橡胶复合绝缘子的伞裙护套，所制备的硅橡胶复合绝缘子能有效地利用狭窄的走廊开压送电，适用于城网技术改造，能降低杆塔高度，节约大量的人力、物力和财力，由于其力学性能良好，可防止瓷横担容易出现的级连断裂事故，为安全运行提供保障。

具体实施方式

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明未提及的技术均参照现有技术。

甲基乙烯基苯基硅橡胶：购自安徽艾约塔硅油有限公司；

甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶：自制；

三元乙丙橡胶：购自美国陶氏；

SiC-TiC复合填料：粒径为50～100nm，自制；

氧化铝纤维：长度为1～30μm，购自浙江嘉华晶体纤维有限公司；

气相法白炭黑：购自湖北汇富纳米材料股份有限公司；

羟基硅油：购自山东鑫润锦化工有限公司；

含氢硅油：购自山东鑫润锦化工有限公司；

二甲基硅油：购自山东鑫润锦化工有限公司；

三乙醇胺：购自上海链集化工有限公司；

2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷：购自济南国辰泰富化工有限公司；

过氧化二异丙苯：购自上海方锐达化学品有限公司。

实施例1：

一种硅橡胶复合绝缘子，包括芯棒、伞裙护套和端部金具，伞裙护套由硅橡胶复合材料制成；

硅橡胶复合材料包括以下重量份数的组成：

甲基乙烯基苯基硅橡胶90份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶6份、三元乙丙橡胶25份、SiC-TiC复合填料25份、氧化铝纤维20份、气相法白炭黑35份、羟基硅油4份、含氢硅油0.5份、二甲基硅油0.5份、三乙醇胺0.5份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷2份、过氧化二异丙苯1份；

其中，甲基丙烯酸酯接枝硅橡胶的制备方法如下：

将质量比为12：1的甲基乙烯基硅橡胶(110-3s)、甲基丙烯酸缩水甘油酯与过氧化二异苯丙加入双辊开炼机中180℃熔融混炼接枝15min，所得共混胶置于甲苯中加热使其溶解，再冷却至室温后加入丙酮，充分搅拌后将固体滤出并于60℃真空干燥至恒重即可。

SiC-TiC复合填料的制备方法如下：

按照制备的SiC-TiC复合填料中TiC与SiC物质的量比为7：3的比例称取淀粉、硅溶胶和TiO₂，放入球磨罐中，以碳化硅瓷球为研磨体，以无水乙醇为液相介质，在行星式球磨机中以400r/min快速球磨2h，取出料浆在80℃干燥24h，氩气气氛下升温至1530℃保温2h，然后随炉冷却至室温即可。

硅橡胶复合材料的制备方法如下：

取75g硅烷偶联剂KH-550、18mL水和300mL乙醇混合，在33℃水解40min得到硅烷偶联剂水解液，将SiC-TiC复合填料、氧化铝纤维加入高速混合机中，升温至120℃，喷入一定量硅烷偶联剂水解液，继续高速混合进行表面处理，所得混合料干燥，将甲基乙烯基苯基硅橡胶加入捏合机中，分3次加入气相法白炭黑、羟基硅油、含氢硅油、二甲基硅油和三乙醇胺，混炼均匀后，加入混合料、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶、三元乙丙橡胶，加完后，升温至125℃，在真空度-0.1MPa下捏合0.5h出料，所得胶料放入开炼机中，开炼至胶料光滑的混炼胶，静置24h，将混炼胶在开炼机上包辊，加入2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷和过氧化二异丙苯，薄通5次，出片，静置24h后在平板硫化剂上一次硫化成型，一次硫化温度为170℃，一次硫化时间为10min，一次硫化压力为15MPa，再转移至老化箱中进行二次硫化，二次硫化温度为185℃，二次硫化时间为3h。

实施例2：

与实施例1基本相同，区别在于，硅橡胶复合材料包括以下重量份数的组成：

甲基乙烯基苯基硅橡胶100份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶10份、三元乙丙橡胶30份、SiC-TiC复合填料30份、氧化铝纤维30份、气相法白炭黑40份、羟基硅油6份、含氢硅油1份、二甲基硅油1份、三乙醇胺1份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷2份、过氧化二异丙苯1份；

硅橡胶复合材料的制备方法如下：

取75g硅烷偶联剂KH-550、18mL水和300mL乙醇混合，在35℃水解50min得到硅烷偶联剂水解液，将SiC-TiC复合填料、氧化铝纤维加入高速混合机中，升温至120℃，喷入一定量硅烷偶联剂水解液，继续高速混合进行表面处理，所得混合料干燥，将甲基乙烯基苯基硅橡胶加入捏合机中，分3次加入气相法白炭黑、羟基硅油、含氢硅油、二甲基硅油和三乙醇胺，混炼均匀后，加入混合料、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶、三元乙丙橡胶，加完后，升温至125℃，在真空度-0.08MPa下捏合1h出料，所得胶料放入开炼机中，开炼至胶料光滑的混炼胶，静置24h，将混炼胶在开炼机上包辊，加入2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷和过氧化二异丙苯，薄通5次，出片，静置24h后在平板硫化剂上一次硫化成型，一次硫化温度为170℃，一次硫化时间为12min，一次硫化压力为15MPa，再转移至老化箱中进行二次硫化，二次硫化温度为200℃，二次硫化时间为4h。

实施例3：

与实施例1基本相同，区别在于，硅橡胶复合材料包括以下重量份数的组成：

甲基乙烯基苯基硅橡胶80份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶5份、三元乙丙橡胶20份、SiC-TiC复合填料20份、氧化铝纤维20份、气相法白炭黑30份、羟基硅油4份、含氢硅油0.5份、二甲基硅油0.5份、三乙醇胺0.5份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷2份、过氧化二异丙苯1份；

硅橡胶复合材料的制备方法如下：

取75g硅烷偶联剂KH-550、18mL水和300mL乙醇混合，在28℃水解30min得到硅烷偶联剂水解液，将SiC-TiC复合填料、氧化铝纤维加入高速混合机中，升温至100℃，喷入一定量硅烷偶联剂水解液，继续高速混合进行表面处理，所得混合料干燥，将甲基乙烯基苯基硅橡胶加入捏合机中，分3次加入气相法白炭黑、羟基硅油、含氢硅油、二甲基硅油和三乙醇胺，混炼均匀后，加入混合料、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶、三元乙丙橡胶，加完后，升温至115℃，在真空度-0.1MPa下捏合0.5h出料，所得胶料放入开炼机中，开炼至胶料光滑的混炼胶，静置24h，将混炼胶在开炼机上包辊，加入2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷和过氧化二异丙苯，薄通3次，出片，静置24h后在平板硫化剂上一次硫化成型，一次硫化温度为160℃，一次硫化时间为8min，一次硫化压力为10MPa，再转移至老化箱中进行二次硫化，二次硫化温度为180℃，二次硫化时间为2h。

实施例4：

与实施例1基本相同，区别在于，硅橡胶复合材料包括以下重量份数的组成：

甲基乙烯基苯基硅橡胶100份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶5份、三元乙丙橡胶30份、SiC-TiC复合填料20份、氧化铝纤维30份、气相法白炭黑30份、羟基硅油6份、含氢硅油0.5份、二甲基硅油1份、三乙醇胺0.5份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷2份、过氧化二异丙苯1份；

硅橡胶复合材料的制备方法如下：

取75g硅烷偶联剂KH-550、18mL水和300mL乙醇混合，在35℃水解30min得到硅烷偶联剂水解液，将SiC-TiC复合填料、氧化铝纤维加入高速混合机中，升温至120℃，喷入一定量硅烷偶联剂水解液，继续高速混合进行表面处理，所得混合料干燥，将甲基乙烯基苯基硅橡胶加入捏合机中，分3次加入气相法白炭黑、羟基硅油、含氢硅油、二甲基硅油和三乙醇胺，混炼均匀后，加入混合料、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶、三元乙丙橡胶，加完后，升温至115℃，在真空度-0.08MPa下捏合0.5h出料，所得胶料放入开炼机中，开炼至胶料光滑的混炼胶，静置24h，将混炼胶在开炼机上包辊，加入2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷和过氧化二异丙苯，薄通3次，出片，静置24h后在平板硫化剂上一次硫化成型，一次硫化温度为160℃，一次硫化时间为12min，一次硫化压力为10MPa，再转移至老化箱中进行二次硫化，二次硫化温度为200℃，二次硫化时间为2h。

实施例5：

与实施例1基本相同，区别在于，硅橡胶复合材料包括以下重量份数的组成：

甲基乙烯基苯基硅橡胶80份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶10份、三元乙丙橡胶20份、SiC-TiC复合填料30份、氧化铝纤维20份、气相法白炭黑40份、羟基硅油4份、含氢硅油1份、二甲基硅油0.5份、三乙醇胺1份、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷2份、过氧化二异丙苯1份；

硅橡胶复合材料的制备方法如下：

取75g硅烷偶联剂KH-550、18mL水和300mL乙醇混合，在28℃水解50min得到硅烷偶联剂水解液，将SiC-TiC复合填料、氧化铝纤维加入高速混合机中，升温至100℃，喷入一定量硅烷偶联剂水解液，继续高速混合进行表面处理，所得混合料干燥，将甲基乙烯基苯基硅橡胶加入捏合机中，分3次加入气相法白炭黑、羟基硅油、含氢硅油、二甲基硅油和三乙醇胺，混炼均匀后，加入混合料、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶、三元乙丙橡胶，加完后，升温至125℃，在真空度-0.1MPa下捏合1h出料，所得胶料放入开炼机中，开炼至胶料光滑的混炼胶，静置24h，将混炼胶在开炼机上包辊，加入2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷和过氧化二异丙苯，薄通5次，出片，静置24h后在平板硫化剂上一次硫化成型，一次硫化温度为170℃，一次硫化时间为8min，一次硫化压力为15MPa，再转移至老化箱中进行二次硫化，二次硫化温度为180℃，二次硫化时间为4h。

对比例1：

与实施例1基本相同，区别在于，不加入三元乙丙橡胶。

对比例2：

与实施例1基本相同，区别在于，不加入甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶。

对比例3：

与实施例1基本相同，区别在于，不加入SiC-TiC复合填料。

对比例4：

与实施例1基本相同，区别在于，不加入氧化铝纤维。

对比例5：

与实施例1基本相同，区别在于，SiC-TiC复合填料、氧化铝纤维均不经过硅烷偶联剂处理。

性能测试：

以本发明实施例1～5及对比例1～5中硅橡胶复合材料作为试样进行性能测试；

拉伸强度按照GB/T528-2009测试；硬度按GB/T531.1-2008测试；撕裂强度按GB/T529-2008测试；体积电阻率按GB/T1692-2008测定；介电常数按GB/T1693-2007测定。

测试结果如下表1所示：

表1：

由上表1可知，本发明所制备的硅橡胶复合材料具有良好的力学性能和电绝缘性能，可以用于制作硅橡胶复合绝缘子的伞裙护套。

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 (8)

1.一种硅橡胶复合绝缘子，包括芯棒、伞裙护套和端部金具，所述伞裙护套由硅橡胶复合材料制成，其特征在于，所述硅橡胶复合材料包括以下重量份数的组成：

甲基乙烯基苯基硅橡胶80~100份、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶5~10份、三元乙丙橡胶20~30份、SiC-TiC复合填料20~30份、氧化铝纤维20~30份、气相法白炭黑30~40份、羟基硅油4~6份、含氢硅油0.5~1份、二甲基硅油0.5~1份、三乙醇胺0.5~1份、硫化剂2~3份；

所述SiC-TiC复合填料、氧化铝纤维均经过硅烷偶联剂处理；

所述甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶的制备方法如下：

将硅橡胶、甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化二异苯丙熔融混炼接枝，所得共混胶置于甲苯中加热使其溶解，再冷却至室温后加入丙酮，充分搅拌后将固体滤出并真空干燥至恒重即可；

所述SiC-TiC复合填料的制备方法如下：

将淀粉、硅溶胶和TiO₂混合球磨后干燥，保护性气体氛围下升温至1500~1550℃保温1~3h，然后随炉冷却至室温即可。

2.如权利要求1所述的硅橡胶复合绝缘子，其特征在于，所述硅橡胶、甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量比为8~15：1。

3.如权利要求1所述的硅橡胶复合绝缘子，其特征在于，所述硅橡胶中乙烯基含量为0.1~0.3mol%。

4.如权利要求1所述的硅橡胶复合绝缘子，其特征在于，所述SiC-TiC复合填料的粒径为50~100nm，所述氧化铝纤维的长度为1~30μm。

5.如权利要求1所述的硅橡胶复合绝缘子，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH-550、WD51或ZH1304中的任意一种。

6.如权利要求1所述的硅橡胶复合绝缘子，其特征在于，所述硫化剂包括2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷和过氧化二异丙苯，所述2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧化)己烷和过氧化二异丙苯的质量比为1~5：1。

7.如权利要求1~6中任一项所述的硅橡胶复合绝缘子，其特征在于，所述硅橡胶复合材料的制备方法如下：

配置硅烷偶联剂水解液，将SiC-TiC复合填料、氧化铝纤维加入高速混合机中，升温至100~120℃，喷入硅烷偶联剂水解液，继续高速混合进行表面处理，所得混合料干燥，将甲基乙烯基苯基硅橡胶加入捏合机中，分多次加入气相法白炭黑、羟基硅油、含氢硅油、二甲基硅油和三乙醇胺，混炼均匀后，加入混合料、甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝硅橡胶、三元乙丙橡胶，加完后，升温至115~125℃，在真空度-0.1~-0.08MPa下捏合0.5~1h出料，所得胶料放入开炼机中，开炼至胶料光滑的混炼胶，静置18-24h，将混炼胶在开炼机上包辊，加入硫化剂，薄通3~5次，出片，静置18-24h后在平板硫化剂上一次硫化成型，一次硫化温度为160~170℃，一次硫化时间为8~12min，一次硫化压力为10~15MPa，再转移至老化箱中进行二次硫化，二次硫化温度为180~200℃，二次硫化时间为2~4h。

8.如权利要求7所述的硅橡胶复合绝缘子，其特征在于，所述硅烷偶联剂水解液的配置方法如下：

取硅烷偶联剂、水和乙醇混合，在28~35℃水解30-50min即可。