CN115651532B - 一种裸导线绝缘涂覆材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请属于绝缘材料领域，尤其涉及一种裸导线绝缘涂覆材料及其制备方法和应用；本申请提供的一种裸导线绝缘涂覆材料中的甲氧基MQ硅树脂和羟基甲基MQ硅树脂能与端羟基聚二甲基硅氧烷的端羟基发生缩合反应形成三维交联网络，提高硅橡胶交联密度，增加硅橡胶硬度、拉伸强度和断裂伸长率等机械强度，从而解决现有技术中白炭黑对裸导线绝缘涂覆材料的补强效果有待提高的技术问题。
Description
技术领域
本申请属于绝缘材料领域，尤其涉及一种裸导线绝缘涂覆材料及其制备方法和应用。
背景技术
早期的户外架空电力线普遍采用裸铝线形式，同时中间多内掺钢丝，俗称为“钢芯铝绞线”，钢芯铝绞线具有较高的抗拉力、较好的散热能力以及较低的成本，目前国家电网、南方电网的配电网中有庞大的架空裸导线线路在运行。
然而由于架空裸导线线路走廊内树线矛盾突出，线路受风吹、结冰、融冰甚至鸟类干扰等都可能引起导线接触，造成相间短路或单相接地短路，这导致了架空裸导线线路存在安全隐患，为提高供电安全性、降低故障发生率，需要对架空裸导线进行表面绝缘化处理，对架空裸导线进行表面绝缘化处理后，由于户外架空裸导线所处户外环境涉及强风暴雨等恶劣自然情况，为避免架空裸导线进行表面绝缘化后的涂层脱落，需要进行补强，目前应用于架空裸导线现场绝缘化涂覆的自固化绝缘材料是通过添加白炭黑进行机械补强，但少量白炭黑的机械补强效果不好，而添加大量白炭黑对机械补强效果提升有限，并且白炭黑属于无机填料，与绝缘涂覆材料中有机成分相容性不好，大量白炭黑添加导致了绝缘涂覆材料难以挤出并实现均匀涂覆在架空裸导线表面固化。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种裸导线绝缘涂覆材料及其制备方法和应用，用于解决现有技术中白炭黑对裸导线绝缘涂覆材料的补强效果有待提高的技术问题。
本申请第一方面提供了一种裸导线绝缘涂覆材料，组成成分包括端羟基聚二甲基硅氧烷、MQ硅树脂、交联剂、催化剂、气相法白炭黑、氢氧化铝、硅烷偶联剂、硅藻土以及纳米轻质玻璃空心微球；
所述MQ硅树脂包括甲氧基MQ硅树脂和/或羟基甲基MQ硅树脂。
优选的，所述MQ硅树脂为甲氧基MQ硅树脂。
优选的，所述交联剂包括脱酮肟交联剂。
优选的，所述催化剂包括有机锡催化剂和/或铂金催化剂。
优选的，所述裸导线绝缘涂覆材料的组成成分还包括色粉。
优选的，以质量份计算，所述裸导线绝缘涂覆材料的组成成分包括端羟基聚二甲基硅氧烷70-90质量份，MQ硅树脂5-25质量份，催化剂0.55-3份质量份，交联剂1-2.5质量份，气相法白炭黑10-16质量份，氢氧化铝10-20质量份，硅烷偶联剂1-3质量份，色粉0.5-1.5质量份，硅藻土15-25质量份，纳米轻质玻璃空心微球5-20质量份。
优选的，所述裸导线绝缘涂覆材料的组成成分中羟基聚二甲基硅氧烷和MQ硅树脂的质量比为90：10～15。
优选的，所述催化剂包括铂金催化剂0.05-1.5质量份和有机锡催化剂0.5-1.5质量份。
优选的，所述铂金催化剂的溶剂为二甲基硅油；
铂金离子含量为4000-5000ppm/g。
优选的，所述硅烷偶联剂包括氨基官能团硅烷偶联剂。
优选的，所述脱酮肟交联剂包括甲基三丁酮肟基硅烷和/或乙烯基三丁酮肟基硅烷。
优选的，所述催化剂包括二丁基锡二月桂酸酯和有机锡的螯合物。
本申请第二方面提供一种裸导线绝缘涂覆材料的制备方法，制备方法包括步骤：
步骤S1、将干燥后的氢氧化铝、色粉、硅藻土、气相法白炭黑、纳米轻质玻璃空心微球和端羟基聚二甲基硅氧烷、MQ硅树脂、催化剂搅拌均匀，得到待交联裸导线绝缘涂覆材料；
步骤S2、将所述待交联裸导线绝缘涂覆材料与交联剂和硅烷偶联剂进行交联反应，得到裸导线绝缘涂覆材料；
步骤S2中，所述交联反应的温度为50～80℃，时间为0.5～2h。
优选的，步骤S1中，所述搅拌的方式为在捏合机中捏合搅拌0.5～1h。
优选的，步骤S1之后，步骤S2之前，还包括步骤S1.2、将待交联裸导线绝缘涂覆材料进行研磨。
优选的，步骤S1.2中，所述研磨的方式为使用三辊研磨机研磨三次。
优选的，步骤S2之后，还包括步骤S3、将裸导线绝缘涂覆材料置于惰性气氛中保存。
本申请第三方面提供了裸导线绝缘涂覆材料的应用；
所述应用包括：利用自动涂覆机器人将所述裸导线绝缘涂覆材料涂覆到架空裸导线表面。
需要说明的是，本申请提供的裸导线绝缘涂覆材料采用了MQ硅树脂作为补强填料，减少了白炭黑补强填料的使用，并提高了补强填料与裸导线绝缘涂覆材料中其他组分的相容性，避免了添加大量白炭黑填料造成的涂覆材料不相容，难以进行均匀涂覆，本申请提供的裸导线绝缘涂覆材料可以利用自动涂覆机器人将裸导线绝缘涂覆材料均匀涂覆到架空裸导线表面。
综上所述，本申请提供了一种裸导线绝缘涂覆材料及其制备方法和应用，裸导线绝缘涂覆材料的组成成分包括端羟基聚二甲基硅氧烷、MQ硅树脂、交联剂、催化剂、气相法白炭黑、氢氧化铝、硅烷偶联剂、硅藻土15-25份以及纳米轻质玻璃空心微球；其中，MQ硅树脂包括甲氧基MQ硅树脂和/或羟基甲基MQ硅树脂，甲氧基MQ硅树脂和羟基甲基MQ硅树脂中含有的M单元为Si-OCH3和Si-OH，Si-OCH3和Si-OH都能与端羟基聚二甲基硅氧烷的端羟基发生缩合反应形成三维交联网络，提高硅橡胶交联密度，增加硅橡胶硬度、拉伸强度和断裂伸长率等机械强度，从而解决现有技术中白炭黑对裸导线绝缘涂覆材料的补强效果有待提高的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请测试例提供的试样形状示意图；
图2为本申请实施例提供的拉伸强度和断裂伸长率测试结果示意图；
图3为本申请实施例提供的硬度测试结果示意图；
图1中，A为试样总长，B为试样宽度，C为狭小平行部分长，D狭小平行部分宽，E为小半径，F为大半径。
具体实施方式
本申请提供了一种裸导线绝缘涂覆材料及其制备方法和应用，用于解决现有技术中白炭黑对裸导线绝缘涂覆材料的补强效果有待提高的技术问题。
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
本申请实施例1提供了一种裸导线绝缘涂覆材料，裸导线绝缘涂覆材料的组成成分包括端羟基聚二甲基硅氧烷、MQ硅树脂、交联剂、催化剂、气相法白炭黑、氢氧化铝、硅烷偶联剂、硅藻土以及纳米轻质玻璃空心微球；而MQ硅树脂选自甲氧基MQ硅树脂和/或羟基甲基MQ硅树脂，甲氧基MQ硅树脂的M单元为甲氧基，Si-OCH3可直接与端羟基聚二甲基硅氧烷的端羟基发生异官能团缩合反应，或者Si-OCH3先与空气中的水分发生水解反应生Si-OH，进而与端羟基聚二甲基硅氧烷的端羟基进行缩合，形成三维交联网络，有利于提高硅橡胶交联密度，增加硅橡胶机械强度，同时，羟基甲基MQ硅树脂中的M单元包括甲基和羟基，Si-OH可直接与端羟基聚二甲基硅氧烷的端羟基发生缩合反应，形成三维交联网络，有利于提高硅橡胶交联密度，增加硅橡胶机械强度，因此，本申请选择特定的甲氧基MQ硅树脂和/或羟基甲基MQ硅树脂与端羟基聚二甲基硅氧烷发生反应，形成交联网络对裸导线绝缘涂覆材料进行补强，提高裸导线绝缘涂覆材料的拉伸强度、断裂伸长率以及硬度等机械性能，有利于裸导线绝缘涂覆材料在架空裸导线表面后赋予架空裸导线表面涂层良好的机械性能，有利于架空裸导线表面涂层在强风暴雨等恶劣自然情况下不脱落。
对于MQ硅树脂的种类，优选甲氧基MQ硅树脂，这是由于与羟基甲基MQ硅树脂相比，甲氧基MQ硅树脂的M单元全部都是甲氧基，甲氧基MQ硅树脂的M单元都能与端羟基聚二甲基硅氧烷的端羟基发生异官能团缩合反应或先水解反应生Si-OH，进而与端羟基聚二甲基硅氧烷的端羟基进行缩合，从而有利于橡胶硬度、拉伸强度和断裂伸长率等机械强度。
对于裸导线绝缘涂覆材料的组成成分的质量份数，以质量份计算，裸导线绝缘涂覆材料的组成成分包括端羟基聚二甲基硅氧烷70-90质量份，MQ硅树脂5-25质量份，催化剂0.55-3份质量份，交联剂1-2.5质量份，气相法白炭黑10-16质量份，氢氧化铝10-20质量份，硅烷偶联剂1-3质量份，色粉0.5-1.5质量份，硅藻土15-25质量份，纳米轻质玻璃空心微球5-20质量份；其中，羟基聚二甲基硅氧烷和MQ硅树脂的质量比优选为90：10～15，这是由于当MQ硅树脂的添加量过多时，超过15份时，MQ硅树脂容易聚集，导致MQ硅树脂与端羟基聚二甲基硅氧烷的交联点集中在少数网络链上。在这种情况下，当硅橡胶受到外力作用时，硅橡胶的拉伸强度会显著降低，同时，超过20份时，其断裂伸长率与添加10份时接近，并且超过15份时，硅橡胶硬度的增长率也降低，考虑到MQ硅树脂成本较贵，结合成本考虑，优选羟基聚二甲基硅氧烷和MQ硅树脂的质量比优选为90：10～15。
实施例2
本申请实施例2提供了一种裸导线绝缘涂覆材料的制备方法，用于制备实施例1所述裸导线绝缘涂覆材料，制备方法为常规硅橡胶绝缘涂覆材料制备方法，包括物料准备步骤、物料混合步骤、物料交联反应步骤以及储存步骤。
其中，物料准备步骤包括：物料称量和物料干燥预处理，物料称量包括分别称量端羟基聚二甲基硅氧烷90质量份，羟基甲基MQ硅树脂5质量份，铂金催化剂1.5质量份，甲基三丁酮肟基硅烷2.5质量份，气相法白炭黑10质量份，氢氧化铝15质量份，硅烷偶联剂2质量份，色粉0.5质量份，硅藻土20质量份，纳米轻质玻璃空心微球15质量份，物料预处理包括在干燥箱中用100℃以上高温烘3-4小时干燥氢氧化铝、色粉、硅藻土、气相法白炭黑、纳米轻质玻璃空心微球等粉体材料。
物料混合步骤包括：将干燥后的氢氧化铝、色粉、硅藻土、气相法白炭黑、纳米轻质玻璃空心微球和端羟基聚二甲基硅氧烷、羟基甲基MQ硅树脂、铂金催化剂在捏合机里充分捏合，捏合过程中，且干燥后粉料应分批次逐渐加入，粉料加入过程结束后，再捏合约0.5～1小时，得到待交联裸导线绝缘涂覆材料；其中，干燥后的氢氧化铝、色粉、硅藻土、气相法白炭黑、纳米轻质玻璃空心微球分批加入有利于提高待交联裸导线绝缘涂覆材料中粉料与端羟基聚二甲基硅氧烷、羟基甲基MQ硅树脂、铂金催化剂等胶体的混合均匀性；
物料混合过程中，为进一步改善待交联裸导线绝缘涂覆材料中各物料的均匀性，还可以使用三辊研磨机对待交联裸导线绝缘涂覆材料进行研磨，研磨三次后一般能达到细度要求，在过辊研磨期间可以使用涂料刮板细度计可以随时测量待交联裸导线绝缘涂覆材料细度的变化。
物料交联反应步骤包括：将待交联裸导线绝缘涂覆材料加入真空反应釜中，通过控制阀和加料孔向反应釜内加入甲基三丁酮肟基硅烷和硅烷偶联剂等，并进行加热至50-80℃，在恒定温度下交联反应0.5-2小时，得到裸导线绝缘涂覆材料。
储存步骤包括：将物料交联反应步骤后的裸导线绝缘涂覆材料在惰性气氛下装入密封瓶中，以待使用。
实施例3
本申请实施例3提供了一种裸导线绝缘涂覆材料的制备方法，制备方法与实施例1不同之处在于MQ硅树脂为甲氧基MQ硅树脂5质量份。
实施例4
本申请实施例4提供了一种裸导线绝缘涂覆材料的制备方法，制备方法与实施例1不同之处在于MQ硅树脂为甲氧基MQ硅树脂10质量份。
实施例5
本申请实施例5提供了一种裸导线绝缘涂覆材料的制备方法，制备方法与实施例1不同之处在于MQ硅树脂为甲氧基MQ硅树脂15质量份。
实施例6
本申请实施例6提供了一种裸导线绝缘涂覆材料的制备方法，制备方法与实施例1不同之处在于MQ硅树脂为甲氧基MQ硅树脂20质量份。
实施例7
本申请实施例7提供了一种裸导线绝缘涂覆材料的制备方法，制备方法与实施例1不同之处在于MQ硅树脂为0质量份。
测试例
本申请测试例为测试实施例3-7提供的裸导线绝缘涂覆材料的硬度、拉伸强度和断裂伸长率等机械强度，测试过程包括试样制备和机械强度性能测试。
试样制备为将实施例3-7提供的裸导线绝缘涂覆材料制备得到如图1所示试样，试样中A总长115mm，B端头宽度25±1mm，C狭小平行部分长33±2mm，D狭小平行部分宽6mm，E小半径为14±1mm，F大半径25±2mm，厚度2.00±0.30mm。
实施例3-7提供的裸导线绝缘涂覆材料试样的拉伸强度和断裂伸长率采用型号LDS-05，精度等级为1级的数显式电子拉力试验机按GB/T 528-1998标准进行，拉伸强度和断裂伸长率测试结果如图2所示，从图2可以看出，与MQ硅树脂为0质量份的实施例7相比，随着MQ有机硅树脂质量份数的增加，拉伸应力继续增加，添加量为10份时，实施例4提供的裸导线绝缘涂覆材料试样的拉伸应力达到最大值2.4262MPa；然后，随着MQ硅树脂的进一步增加，呈现下降趋势，当实施例6提供的裸导线绝缘涂覆材料试样的拉伸应力降低至1.9129MPa，低于不含MQ树脂的样品(2.1409MPa)，这是由于在初始阶段，MQ硅树脂的Si-OH与硅橡胶反应形成三维网络结构，加入更多的MQ硅树脂，硅橡胶的交联密度增加。这样可以提高拉应力，使网络结构变得完美，然而，当MQ硅树脂的含量过多时，硅橡胶的交联密度会增加。这意味着交联点的分布会不均匀，应力会集中在少数网络链上。在这种情况下，当硅橡胶受到外力作用时，应力薄弱的部位会更容易断裂，拉应力会显著降低，在断裂伸长率方面，添加过量20质量份MQ硅树脂的样品仍表现出比未添加的样品(368.9％)更好的性能(596.9％)。
实施例3-7提供的裸导线绝缘涂覆材料试样的硬度测试采用邵氏硬度计按GB/T531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法(邵尔硬度)》标准进行，硬度测试结果如图3所示，从图3可以看出，与MQ硅树脂为0质量份的实施例7相比，随着MQ有机硅树脂质量份数的增加，裸导线绝缘涂覆材料试样的硬度持续增加，这可能是MQ树脂的中心有笼状的SiO2结构，可以产生类似于SiO2增强硅橡胶的效果，填充比例越大，增强效果越好，同时，当MQ有机硅树脂质量份数大于15份时，裸导线绝缘涂覆材料试样的硬度增速度放缓。
以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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申请各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种裸导线绝缘涂覆材料的应用；其特征在于，所述应用包括：利用自动涂覆机器人将所述裸导线绝缘涂覆材料涂覆到架空裸导线表面；
所述裸导线绝缘涂覆材料组成成分包括端羟基聚二甲基硅氧烷、MQ硅树脂、交联剂、催化剂、气相法白炭黑、氢氧化铝、硅烷偶联剂、硅藻土以及纳米轻质玻璃空心微球；
所述MQ硅树脂包括甲氧基MQ硅树脂和/或羟基甲基MQ硅树脂；
所述裸导线绝缘涂覆材料的组成成分包括端羟基聚二甲基硅氧烷70-90质量份，MQ硅树脂5-25质量份，催化剂0.5-3份质量份，交联剂1-2.5质量份，气相法白炭黑10-16质量份，氢氧化铝10-20质量份，硅烷偶联剂1-3质量份，色粉0.5-1.5质量份，硅藻土15-25质量份，纳米轻质玻璃空心微球5-20质量份。
2.根据权利要求1所述的一种裸导线绝缘涂覆材料的应用，其特征在于，所述MQ硅树脂为甲氧基MQ硅树脂。
3.根据权利要求1所述的一种裸导线绝缘涂覆材料的应用，其特征在于，所述裸导线绝缘涂覆材料的组成成分还包括色粉。
4.根据权利要求1所述的一种裸导线绝缘涂覆材料的应用，其特征在于，所述裸导线绝缘涂覆材料的组成成分中羟基聚二甲基硅氧烷和MQ硅树脂的质量比为90：10~15。
5.根据权利要求1所述的一种裸导线绝缘涂覆材料的应用，其特征在于，所述催化剂包括有机锡催化剂和/或铂金催化剂。
6.根据权利要求1所述的一种裸导线绝缘涂覆材料的应用，其特征在于，所述交联剂包括脱酮肟交联剂，所述脱酮肟交联剂包括甲基三丁酮肟基硅烷和/或乙烯基三丁酮肟基硅烷。
7.权利要求1-6 任一项所述的应用中裸导线绝缘涂覆材料的制备方法，其特征在于，制备方法包括步骤：
步骤S1、将干燥后的氢氧化铝、色粉、硅藻土、气相法白炭黑、纳米轻质玻璃空心微球和端羟基聚二甲基硅氧烷、MQ硅树脂、催化剂搅拌均匀，得到待交联裸导线绝缘涂覆材料；
步骤S2、将所述待交联裸导线绝缘涂覆材料与交联剂和硅烷偶联剂进行交联反应，得到裸导线绝缘涂覆材料；
步骤S2中，所述交联反应的温度为50~80℃，时间为0.5~2h。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述搅拌的方式为在捏合机中捏合搅拌0.5~1h。
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