CN1931911A - 一种雷电绝缘鞋用橡胶 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种雷电绝缘鞋用橡胶，其组成成分为：1#烟片胶、纳米氧化锌、硫磺、石蜡、硬脂酸、促进剂DM/TT、抗老剂、增塑剂、滑石粉、改性塑粉、复合纳米填料。尤其值得说明的是本发明雷电绝缘鞋用橡胶的关键在于它不但具有常规鞋用橡胶的耐磨耐折的特质，提高了鞋本身的使用寿命，而且由于采用超细粉体的纳米材料均匀在橡胶中混合的处理工艺，并考察了不同纳米粉体复合后橡胶的性能变化，从理论上对橡胶性能的改变进行了探讨，为其工业化提供了工艺参数和理论依据，就此大幅度的提高了橡胶的绝缘性能，使之达到彻底截断电流的高效绝缘的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种绝缘橡胶，主要可以用于雷电绝缘鞋。
背景技术
如今随着高科技的飞速发展，人类对于自然性灾害的防范意识及能力也随之提高，其中针对频繁发生的雷电灾害事件，尤为引起了我们的重视与思考。现在防雷界所公认的原理是“雷电总是通过电阻最小的通道入地”，以富兰克林的避雷针为代表的“引雷入地”的经典理论就是利用这个原理，该原理说明雷电选择的是电阻小的入地通道，而非电阻大的入地通道。这让我们联想到，假如突发雷击的环境下，不但有建筑物，还有包括运动场上的运动员、机场上操作工、救火现场的消防员等小电阻的人体，应该如何防范这种情况的雷电袭人事件，是我们面临和迫切需要解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的是：针对现代常用的避雷方式“引雷入地”的原理，只能保护对象为建筑物一类大型物体，而无法对雷电环境下小电阻的人体进行保护的问题，提出一种雷电绝缘鞋用橡胶。这种雷电绝缘鞋用橡胶是利用纳米材料处理橡胶基料，并考察了不同纳米粉体复合后橡胶的性能变化，从理论上对橡胶性能的改变进行了探讨，为其工业化提供了工艺参数和理论依据，本发明橡胶不但具有普通橡胶的特质，而且大幅度的提高了橡胶的绝缘性能，使其达到彻底截断电流的高效绝缘的目的。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的雷电绝缘鞋用橡胶的组成成分为：1#烟片胶、纳米氧化锌(HTZnO1)、硫磺、石蜡、硬脂酸、促进剂DM/TT、抗老剂(OM)、增塑剂(DOS)、滑石粉、改性塑粉(HTP)、复合纳米填料(HTG)，其各组成成分重量计千分比含量范围详见下表A：
表A雷电绝缘鞋用橡胶组成成分及各组分重量计千分比含量范围
| 项目名称 | 重量计千分比含量范围 | 项目名称 | 重量计千分比含量范围 |
| 1#烟片胶 | 607‰-615‰ | 纳米氧化锌 | 20‰-24‰ |
| 硫磺 | 10‰-12‰ | 石蜡 | 4‰-8‰ |
| 硬脂酸 | 1‰-5‰ | 促进剂DM/TT | 8‰-10‰ |
| 抗老剂 | 1‰-3‰ | 增塑剂 | 26‰-30‰ |
| 滑石粉 | 110‰-112‰ | 改性塑粉 | 110‰-112‰ |
| 复合纳米填料 | 85‰-87‰ | 合胶率 | 62％ |
本发明雷电绝缘鞋用橡胶在制作工艺方面，跟常规橡胶制作工艺的方法及步骤相同，没有显著的区分，只是在纳米复合材料添加上有一定的特殊要求。其要求是呈超细粉体壮的纳米复合材料必须均匀分散的添加到橡胶当中，因为只有这种均匀分散的添加工艺才能促使橡胶中大分子聚合物的结构和性能有效的变异，既对NR/PVC体系的相容性的改制，从而达到大幅度的提高了橡胶的绝缘性能的目的。
根据本发明雷电绝缘鞋用橡胶的工艺配方所制造的鞋已经在国家劳动保护用品质量监督检验中心及北京雷电防护装置测试中心做过多次对比实验和检测，并得到了中国实验室国家认可委员会的认可证书。其有益效果主要体现以下几个方面：
1、击穿强度：44～300KV/cm；
2、绝缘电阻：大于200GΩ，电阻率10～10Ω/cm；
3、密度：0.9～1.5g/cm；
4、邵氏强度：47～64；
5、阿克隆磨耗：1.8cm/1.61km；
6、硫化条件：141℃～147℃/7～15min。
本发明雷电绝缘鞋用橡胶的工艺配方是经过以下试验对多种纳米氧化物进行对比而得到的最佳配方，详见如下。
具体实施方式
一、制备实施示例
由于上述表A中本发明雷电绝缘鞋用橡胶的组成成分所给出的只是一组配比范围，所以下面将在上述配比范围内列出三组经过试验并验证可行可靠的配比详表，以做参考。详见下表B、表C、表D：
表B雷电绝缘橡胶的配方及制造工艺配比组1
| 项目名称 | 重量计千分比含量范围 | 项目名称 | 重量计千分比含量范围 |
| 1#烟片胶 | 607‰ | 纳米氧化锌 | 20‰ |
| 硫磺 | 10‰ | 石蜡 | 4‰ |
| 硬脂酸 | 5‰ | 促进剂DM/TT | 10‰ |
| 抗老剂 | 3‰ | 增塑剂 | 30‰ |
| 滑石粉 | 112‰ | 改性塑粉 | 112‰ |
| 复合纳米填料 | 87‰ |
表C雷电绝缘橡胶的配方及制造工艺配比组2
| 项目名称 | 重量计千分比含量范围 | 项目名称 | 重量计千分比含量范围 |
| 1#烟片胶 | 611‰ | 纳米氧化锌 | 22‰ |
| 硫磺 | 11‰ | 石蜡 | 6‰ |
| 硬脂酸 | 3‰ | 促进剂DM/TT | 9‰ |
| 抗老剂 | 2‰ | 增塑剂 | 28‰ |
| 滑石粉 | 111‰ | 改性塑粉 | 111‰ |
| 复合纳米填料 | 86‰ |
表D雷电绝缘橡胶的配方及制造工艺配比组3
| 项目名称 | 重量计千分比含量范围 | 项目名称 | 重量计千分比含量范围 |
| 1#烟片胶 | 615‰ | 纳米氧化锌 | 24‰ |
| 硫磺 | 12‰ | 石蜡 | 8‰ |
| 硬脂酸 | 1‰ | 促进剂DM/TT | 8‰ |
| 抗老剂 | 1‰ | 增塑剂 | 26‰ |
| 滑石粉 | 110‰ | 改性塑粉 | 110‰ |
| 复合纳米填料 | 85‰ |
实施示例试验
由于本发明雷电绝缘橡胶的组分中已经确定使用纳米氧化锌作为其主要橡胶改性物质，但在前期实验时，并未确定使用何种纳米氧化物，所以下面要做的实施示例实验仍然采用多种纳米氧化物作为改性物质，对比其改性性能的区别给出具体实验后的结果数据，以做参考。
1、实验部分
1.1主要试剂和仪器
实验所用试剂有：1#烟片胶、纳米氧化物(MgO、Al2O3、ZnO、ZrO、SiO2)、硫磺、石蜡、硬脂酸、促进剂DM/TT、抗老剂、增塑剂、滑石粉、改性塑粉、复合纳米填料；
实验所用设备有：XK-160型开炼机、粉体气流温和机、LH-II硫化仪、T50电热平板机。
1.2实验方法
(1)、以纳米氧化物MgO、Al2O3、ZnO、ZrO、SiO2单组分与NR/PVC共混并硫化，测试胶料的各项指标，确定纳米氧化物对基料的影响力。
(2)、以纳米氧化物MgO、Al2O3、ZnO、ZrO、SiO2单组分不同粒径(＜30nm、30～60nm，80nm、＜1600nm、200～300nm、＞300mn)与NR/PVC共混并硫化，测试胶料的各项指标确定各纳米氧化物对基料影响力最大的粒径范围。
1.3分析方法
胶料的物理性能及电气绝缘性能测试按国家标准：GB2941、GB528、GB1689GB531、GB3901等规定要求进行。
2、结果和讨论
2.1不同纳米氧化物对基料的影响
将各种纳米氧化物处理复合后的基料性能进行了比较，具体结果如下：
不同纳米氧化物处理复合后基料的烧结时间比较：ZnO＜MgO＜Al2O3＜SiO2；不同纳米氧化物处理复合后基料的磨耗体积比较：SiO2＜ZNO＜MGO
对基料性能有明显影响力的纳米氧化物有ZnO、MgO、Al2O3、ZrO、SiO2。纳米氧化锌对胶料硫化特性的影响最大，纳米级ZnO比表面积大，活性高，促进胶料交联密度提高，同时，纳米氧化锌的小尺寸效应增加了交联网络密度，实现了与高分子材料实现了分子水平的结合，胶料变形降低，密度提高，硫化完善迅速，胶料综合性能提高且补偿剂的用量减少约40％。
纳米氧化铝能够显着提高胶料的耐磨性，便得胶料硬度增大，压缩屈服强度和冲击韧性提高：纳米氧化硅作为填料介入，它能有效的高速胶料的硬度，调控配比，可以得到不同机械物理性能的胶料，作为防雷击橡胶的主要填料之一，由于它密度小，比表面大，表面氧化程度高，使用前应作表面处理。
2.2纳米氧化物粒径对基料的影响力
纳米氧化物的粒径对基料的影响在于：共混硫化时形成何种有效的形态结构和界面状态。实验表明，ZnO可选200～300nm、Al2O3可选80～120nm、MgO可选100～200nm、SiO2可选40～60nm，PVC、滑石粉粒度也应严格控制在1um以下。
2.3纳米复合橡胶的性能
研试成功纳米氧化物/橡胶/塑料复合材料，击穿强度：44～300KV/cm，绝缘电阻大雨200GΩ。由该材料制成的防雷靴、防雷伞、防雷衣已多次通过《北京雷电防护装置测试中心》不同能级的雷击测试，并已申报专利。
3、结论
纳米氧化物粉体经过特定的表面处理和复合，作为像胶/塑料共混聚合物的特种补强剂填充，易混炼，易分散，混炼胶质柔软，提高了压出加工性能和模型流动性，硫化胶体表面光滑，伸长量大，抗张强度高，永久变形小，耐撕裂强度高、耐磨、耐腐蚀、耐候性大大提高，特别是电性能的高指标稳定性和综合性能的提高，使该材料的应用前景快速提升。本技术可应用到野外作业，特种环境中的机场跑道、战机避护等等军用和民用领域。
防雷胶料——纳米氧化物/NR/PVC的形态结构是决定其性能的基本因素，通过工艺控制，共混物中PVC呈连续相，共混物的性能类似塑料，硬度高，强度高，伸长率低，永久变形大；共混物中的橡胶成连续相，共混物的性能类似于像胶，硬底低，绝缘低，伸长率高，永久变形小：多元纳米氧化物的添加，与PVC/橡胶的共混、相溶、富积包覆嵌入及交联，使胶料形态结构“复杂化”，但综合性能明显提升。实验表明，影响胶料形态结构的主要要素为相结构。共混物中，分散相粒径太小，分子难以显示物性的作用。分散相的相容性、组分比例、组分粘度、混炼工艺、硫化工艺等，均有影响。本研究的结果，给我们一个十分重要和特殊的思想启迪：在一个普通而古老的“橡——塑”天地间，由于纳米氧化物的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，在塑——橡共混体中表现出许多在磁、内阻、热、光、电等方面的新奇特性。具备像胶——塑料——陶瓷优越性能的“橡塑瓷”这类聚合物/无机物纳米复合材料，必然是二十一世界功能复合材料的主要发展方向。
Claims (2)
1、一种雷电绝缘鞋用橡胶，其特征在于本发明雷电绝缘鞋用橡胶的组成成分为：1#烟片胶、纳米氧化锌、硫磺、石蜡、硬脂酸、促进剂DM/TT、抗老剂、增塑剂、滑石粉、改性塑粉、复合纳米填料，其各组分重量计千分比含量范围如下：
1#烟片胶607‰-615‰、纳米氧化锌20‰-24‰、硫磺10‰-12‰、石蜡4‰-8‰、硬脂酸1‰-5‰、促进剂DM/TT 8‰-10‰、抗老剂1‰-3‰、增塑剂26‰-30‰、滑石粉110‰-112‰、改性塑粉110‰-112‰、复合纳米填料85‰-87‰，其合胶率为62％。
2、根据权利要求1所述雷电绝缘鞋用橡胶，其特征在于组分中纳米复合材料对橡胶基料的改性，制作时需将超细粉体的纳米复合材料均匀分散的添加到橡胶当中，从而使NR/PVC体系的相容性的改制，达到大幅度的提高了橡胶的绝缘性能的目的。
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|---|---|---|---|---|
| CN102702583A (zh) * | 2012-05-21 | 2012-10-03 | 际华三五三九制鞋有限公司 | 工矿胶靴靴面混炼胶 |
| CN106700143A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-05-24 | 宜兴市乐创文化发展有限公司 | 一种橡胶跑道 |
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| CN102702583B (zh) * | 2012-05-21 | 2013-09-11 | 际华三五三九制鞋有限公司 | 工矿胶靴靴面混炼胶 |
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