專利名稱：一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠及其制備方法
一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣絕緣高分子材料領(lǐng)域，特別涉及一種硅橡膠及其制備方法。背景技術(shù)：
硅橡膠材料具有非常優(yōu)秀的綜合性能，在電氣絕緣領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，并且近些年呈現(xiàn)不斷上升的趨勢。由于硅橡膠主鏈由硅氧鍵組成，硅氧鍵具有比C-C鍵更大的鍵能，并且Si元素本身不具有燃燒性，因此硅橡膠具有非常優(yōu)秀的性能，比如它的耐熱性、耐寒性、耐臭氧老化、耐候性以及良好的電絕緣性能、及耐電暈性和耐電弧性。與此同時，硅橡膠還具有非常寬的使用溫度范圍，可以從-50°c至300°C，這些都決定了硅橡膠是一種非常優(yōu)秀的電氣絕緣材料。目前，硅橡膠廣泛的應(yīng)用于高壓電力設(shè)備，尤其是在硅橡膠復(fù)合絕緣子以及硅橡膠電纜附件中。在高壓電力設(shè)備運(yùn)行過程中，經(jīng)常在絕緣材料表面出現(xiàn)電弧燃燒的現(xiàn)象，例如最常見的絕緣子表面的干帶放電現(xiàn)象，以及可帶電插拔電纜接頭在插拔過程中形成電弧的現(xiàn)象。雖然硅橡膠本身具有一定的耐電暈性及耐電弧性，但是在這種電弧燒蝕的情況下， 它本身的耐電弧性是遠(yuǎn)不能滿足要求的。因此，提高硅橡膠的耐電弧性能是非常需要解決的問題，可以有效地提高電力設(shè)備的運(yùn)行壽命，減少絕緣失效導(dǎo)致的故障問題。目前普遍采用的提高硅橡膠耐電弧性能的方法是加入氫氧化鋁(ATH)填料。Yong Zhu等使用高壓小電流耐電弧燒蝕實(shí)驗(yàn)測試了不同氫氧化鋁填充量的硅橡膠樣品，其中包括未填充氫氧化鋁的樣品，發(fā)現(xiàn)填充量越大，最終燒蝕損失質(zhì)量越小。參見^ng Zhu, Masahisa Otsubo, Chikahisa Honda, Akinori Ohno,Suppression effect of ATH filler on the erosion of filled silicone rubber exposed todry band arc discharge, Polymer Testing, 2005 ；24 :893_8990

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠以及其制備方法，采氫氧化鋁(ATH)和氮化硼(BN)顆?；旌咸畛涔柘鹉z，得到了耐電弧性能非常好的硅橡膠復(fù)合材料。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠采用如下技術(shù)方案—種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠，所述硅橡膠構(gòu)成原料及重量份數(shù)配比為硅橡膠生膠100份；ATH 50 200份；BN 25 100份；硫化劑0. 5 3. 5份； TAIC :1 3份；羥基硅油1 5份；硅烷偶聯(lián)劑1 5份/100份無機(jī)填料；無機(jī)填料由 ATH和BN組成。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于ATH和BN的比例為(1 4) 1。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于ATH粒徑為50nm，BN粒徑為50nm。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于硫化劑為雙_2，5硫化劑，硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三乙氧
基娃焼。
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于包括以下成分和重量份硅橡膠生膠100份；ATH 100份；BN=IOO份；硫化劑1份；TAIC :1份；羥基硅油 1份；硅烷偶聯(lián)劑10份。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠的制備方法，采用如下技術(shù)方案一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠的制備方法，包括以下步驟1)取乙醇倒入燒杯，將硅烷偶聯(lián)劑加入乙醇中，調(diào)節(jié)溶液pH值至4 5，加入水， 攪拌使硅烷偶聯(lián)劑充分水解，得到溶液A ；將無機(jī)填料加入溶液A中，攪拌均勻，得到乳液 B ；2)將硅橡膠生膠置于雙輥煉膠機(jī)上，包輥后逐漸加入乳液B，得到硅橡膠生膠與乳液B的共混物，之后加熱輥筒，使共混物中的乙醇全部揮發(fā)；3)待輥筒溫度降至30°C以下，依次加入羥基硅油、TAIC和雙_2，5硫化劑，反復(fù)混煉至均勻，得到混煉膠；4)將混煉膠放入金屬模具中，使用平板硫化劑進(jìn)行一段熱壓硫化；5) 一段硫化成型后，放入鼓風(fēng)烘箱中進(jìn)行二段硫化，冷卻后取出即得成品。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟4)中一段熱壓硫化溫度為165士5°C，壓力lOMPa， 時間15min ；步驟5)中二段硫化溫度為200°C，時間4小時。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟1)中加入乙醇的質(zhì)量份數(shù)大于無機(jī)填料質(zhì)量份數(shù)的1.25倍。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟1)中加入醋酸調(diào)節(jié)溶液PH值至4 5 ；醋酸的添加量為乙醇的質(zhì)量份數(shù)的五百分之一。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于步驟1)中加入水的質(zhì)量份數(shù)為硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 20% 30%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)1)與傳統(tǒng)的直接將納米粒子在雙輥煉膠機(jī)上進(jìn)行熔融共混相比，本方法中，將納米粒子的表面處理、納米粒子與硅橡膠混合兩個步驟相結(jié)合，將處理納米粒子得到的乳液直接與硅橡膠在雙輥煉膠機(jī)上進(jìn)行乳液共混，這樣既可以提高納米粒子在硅橡膠中的分散性，又可以避免傳統(tǒng)熔融共混法中納米粒子飛揚(yáng)對人體健康造成危害。2)在填充ATH基礎(chǔ)上，又加入BN，在高壓小電流耐電弧實(shí)驗(yàn)后，混合填充的硅橡膠損失質(zhì)量更小，并且電弧燒蝕過程中，電弧始終游離于材料表面，并且表面材料不發(fā)生燃燒現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)過后，材料表面僅出現(xiàn)微微發(fā)黃現(xiàn)象，在電極附近產(chǎn)生極少量的黑色殘留物。僅填充ATH的硅橡膠在實(shí)驗(yàn)過程中不形成導(dǎo)電通道，但是表面電極附近的材料會出現(xiàn)燃燒分解，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，材料表面形成明顯的凹坑。僅填充BN的試樣表面在實(shí)驗(yàn)過程中快速形成導(dǎo)電通道，通道形成時表面出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，形成火光。

圖1是實(shí)施例1與對比例1的耐電弧燒蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述實(shí)施例1 1)取質(zhì)量份數(shù)各為100份(相對于硅橡膠100份)的納米ATH和納米BN粒子進(jìn)行表面處理取250份乙醇倒入燒杯，將10份硅烷偶聯(lián)劑加入乙醇中，再加入0. 5份醋酸和 2. 4份水，調(diào)節(jié)溶液pH值至4 5，用高速攪拌機(jī)攪拌(IOmin)使硅烷偶聯(lián)劑充分水解，得到溶液A ；將ATH和BN粒子加入溶液A中，用高速攪拌機(jī)攪拌(20min)，得到乳液B ；2)將乳液B與硅橡膠生膠進(jìn)行乳液共混取質(zhì)量份數(shù)為100份硅橡膠生膠置于雙輥煉膠機(jī)，包輥后加入乳液B，得到硅橡膠生膠與無機(jī)粒子乳液的共混物，之后加熱輥筒，使共混物中的乙醇全部揮發(fā)；3)加入其他助劑待輥筒溫度降至30°C以下，依次加入羥基硅油1份、TAIC (三烯丙基異三聚氰酸酯)1份和雙-2，5硫化劑1份，反復(fù)混煉至均勻，得到混煉膠；4)將混煉膠放入2mm厚金屬模具中，使用平板硫化劑進(jìn)行一段熱壓硫化，硫化溫度 165士5°C，壓力 lOMPa，時間 15min ；5) 一段硫化成型后，放入鼓風(fēng)烘箱中進(jìn)行二段硫化，硫化溫度200°C，時間4小時， 冷卻后取出即得成品。其中，步驟1)中納米ATH和納米BN粒子的平均粒徑均為50nm。實(shí)施例2 9的制備步驟與反應(yīng)條件與實(shí)施例1相同，各反應(yīng)物的添加比例不同， 詳見表1。表1實(shí)施例2 9各反應(yīng)物比例
權(quán)利要求
1.一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠，其特征在于，所述硅橡膠構(gòu)成原料及重量份數(shù)配比為硅橡膠生膠100份；ATH 50 200 份；BN 25 100 份；硫化劑0. 5 3. 5份；TAIC :1 3 份；羥基硅油1 5份；硅烷偶聯(lián)劑1 5份/100份無機(jī)填料；無機(jī)填料由ATH和BN組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠，其特征在于，ATH和BN的比例為(1 4) 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠，其特征在于，ATH粒徑為50nm, BN 粒徑為 50nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠，其特征在于，硫化劑為雙-2，5硫化劑，硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三乙氧基硅烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠，其特征在于，包括以下成分和重量份硅橡膠生膠100份；ATH 100 份；BN 100 份；硫化劑1份；TAIC :1 份;羥基硅油1份；硅烷偶聯(lián)劑10份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟1)取乙醇倒入燒杯，將硅烷偶聯(lián)劑加入乙醇中，調(diào)節(jié)溶液pH值至4 5，加入水，攪拌使硅烷偶聯(lián)劑充分水解，得到溶液A ；將無機(jī)填料加入溶液A中，攪拌均勻，得到乳液B ；2)將硅橡膠生膠置于雙輥煉膠機(jī)上，包輥后逐漸加入乳液B，得到硅橡膠生膠與乳液B的共混物，之后加熱輥筒，使共混物中的乙醇全部揮發(fā)；3)待輥筒溫度降至30°C以下，依次加入羥基硅油、TAIC和雙-2，5硫化劑，反復(fù)混煉至均勻，得到混煉膠；4)將混煉膠放入金屬模具中，使用平板硫化劑進(jìn)行一段熱壓硫化；5)一段硫化成型后，放入鼓風(fēng)烘箱中進(jìn)行二段硫化，冷卻后取出即得成品。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中一段熱壓硫化溫度為
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中加入乙醇的質(zhì)量份數(shù)大于無機(jī)填料質(zhì)量份數(shù)的1. 25倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中加入醋酸調(diào)節(jié)溶液PH值至 4 5 ；醋酸的添加量為乙醇的質(zhì)量份數(shù)的五百分之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中加入水的質(zhì)量份數(shù)為硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20% 30%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有優(yōu)良耐電弧性能的硅橡膠，原料及重量份數(shù)配比為硅橡膠生膠100份；ATH50～200份；BN25～100份；硫化劑0.5～3.5份；TAIC1～3份；羥基硅油1～5份；硅烷偶聯(lián)劑1～5份/100份無機(jī)填料；無機(jī)填料由ATH和BN組成。本發(fā)明將乳液直接與硅橡膠生膠在雙輥煉膠機(jī)上進(jìn)行乳液共混，既可以提分散性，又可以避免納米粒子飛揚(yáng)；在填充ATH基礎(chǔ)上加入BN，在高壓小電流耐電弧實(shí)驗(yàn)后，損失質(zhì)量更小，并且電弧燒蝕過程中，電弧始終游離于材料表面，并且表面材料不發(fā)生燃燒現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)過后，材料表面僅出現(xiàn)微微發(fā)黃現(xiàn)象，電極附近出現(xiàn)極少量的黑色殘留物。
文檔編號H01B3/28GK102585506SQ20111045319
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者李建英, 李欣, 李盛濤, 雷璟 申請人:西安交通大學(xué)