通過紫外線交聯(lián)硅橡膠來制備復(fù)合絕緣子的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及制造復(fù)合絕緣子的方法。支撐性部件裝配有由硅橡膠制得的屏蔽物。本發(fā)明的特征在于，硅橡膠的交聯(lián)通過紫外線輻照引發(fā)。
【專利說明】通過紫外線交聯(lián)硅橡膠來制備復(fù)合絕緣子的方法
[0001]本發(fā)明涉及制造具有由紫外線交聯(lián)的硅橡膠制得的屏蔽物(shielding)的復(fù)合絕緣子(insulator)的方法。
[0002]硅酮-彈性體-復(fù)合絕緣子及其制備方法是已知的。利用被稱為固體橡膠(HTV -高溫交聯(lián)或HCR-高稠度橡膠)的硅橡膠注塑成型的特征在于，將具有相對(duì)高粘度的硅橡膠特色注射到加熱的模具中。所述方法在EP1091365中舉例進(jìn)行了描述，其已知為中空絕緣子。所述方法目前為止被用于所有類型的元件，包括，例如，棒狀絕緣子和電涌放電器。有時(shí)候較長的循環(huán)時(shí)間對(duì)所述方法和將要被屏蔽的部件(例如，纖維增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂棒或相應(yīng)的管)的要求所導(dǎo)致的結(jié)果有不利的影響，尤其是有時(shí)候從模具突出出來的金屬的外加部件(裝置)，其同樣必須被加熱至橡膠的交聯(lián)溫度。大型的元件有時(shí)候需要相當(dāng)大尺寸的機(jī)器和設(shè)備。
[0003]另一個(gè)缺點(diǎn)是在成型的元件上存在有模具-分離線，其有時(shí)候需要進(jìn)行后續(xù)的機(jī)械處理。
[0004]使用用于較低壓力的相似的工藝也是可以獲取的，并且其已知為液體橡膠(LSR _液體硅橡膠)。
[0005]存在稍早期的工藝，因此其是在大型注射機(jī)可以得到之前，并且其單獨(dú)制備屏蔽物(DE2746870)，以及某些時(shí)候的芯部屏蔽物(EP1130605)，然后再將它們裝配到一起。在此又一次地是主要使用固體橡膠。所述方法的優(yōu)點(diǎn)是屏蔽物布置的靈活性。但是較大數(shù)量的操作以及較大數(shù)量的屏蔽物-芯部絕緣連接點(diǎn)和/或屏蔽物-屏蔽物連接點(diǎn)可能會(huì)具有不利的影響。
[0006]固體橡膠同樣被用于螺旋屏蔽物的制造(EP821373)。雖然該工藝廣泛適用，但是其可能具有的缺點(diǎn)是，連接點(diǎn)同樣會(huì)在每個(gè)部位之間和在每個(gè)相鄰的部位之間產(chǎn)生。所述工藝不能完全自動(dòng)化。
[0007]早期的工藝全部被稱為澆注工藝(DE2044179，DE2519007)，其要求使用相對(duì)低粘度的橡膠。它們?nèi)渴褂帽环Q為室溫交聯(lián)型雙組分橡膠(RTV-2)，該橡膠在使用時(shí)可以在稍微升高的溫度下被交聯(lián)。因?yàn)槊總€(gè)操作都制造單個(gè)的屏蔽物，所述方法可以基本上獨(dú)立于元件的最終尺寸。該項(xiàng)技術(shù)因此目前仍可用于具有非常大直徑的絕緣子。沒有需要后續(xù)機(jī)械處理的徑向分離線。其缺點(diǎn)是，所用橡膠的相對(duì)較低交聯(lián)速度所導(dǎo)致的較長的循環(huán)時(shí)間。
[0008]所有已知工藝的共有特點(diǎn)是絕緣子外部屏蔽物的電絕緣材料的交聯(lián)或者是在室溫下自發(fā)進(jìn)行，或者是在升溫下熱引發(fā)。室溫交聯(lián)(可能通過例如根據(jù)DE2044179和DE2519007的具有開放式模具的常規(guī)方法)需要數(shù)十分鐘至數(shù)小時(shí)，而升溫下的交聯(lián)對(duì)于使用模具的方法需要數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘的時(shí)間(EP1147525、DE2746870和EP1091365)，在隨后在烘箱中進(jìn)行交聯(lián)的情形下直至高于100分鐘，例如依據(jù)EP821373和EPl 130605中所描述的方法。
[0009]本發(fā)明提供了一種用于制備復(fù)合絕緣子的方法，其中支撐性部件裝備有由硅橡膠制得的屏蔽物，其特征在于，硅橡膠的交聯(lián)通過紫外線輻照引發(fā)。
[0010]通過紫外線輻照引發(fā)硅橡膠交聯(lián)可使得交聯(lián)時(shí)間最短，并可以廣泛用于任何希望形狀的復(fù)合絕緣子，因此就總生產(chǎn)成本而言對(duì)用戶都是具有優(yōu)勢的。
[0011]處理成本更低，裝置成本更低，也不需要后續(xù)的機(jī)械操作。所述方法不僅可以用于制造短的運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以用于的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0012]合適的支撐性部件的實(shí)例是塑料模制件，優(yōu)選纖維增強(qiáng)的。所述支撐性部件優(yōu)選是伸長型的，即長度:直徑之比是至少2:1，尤其至少3:1，且優(yōu)選支撐性部件是圓柱形的，尤其是棒或管。
[0013]尤其地，使用纖維增強(qiáng)的塑料棒或纖維增強(qiáng)的塑料管。
[0014]硅橡膠優(yōu)選具有低的粘度。將硅橡膠進(jìn)料至合適的敞開的澆注模具，其沿將要被屏蔽的支撐性部件經(jīng)過，并且通向底部，模具被適宜地密封，使得硅橡膠在進(jìn)料程序中不會(huì)漏出。一旦進(jìn)料程序已經(jīng)完成，或者一旦達(dá)到了特定的填充水平，就使用紫外線來用光線輻照硅橡膠，或者用光線進(jìn)行中等或初步的硅橡膠輻照。澆注模具中的橡膠在此過程中非?？焖俚刈兂蔀榻宦?lián)的。
[0015]將紫外線輻照用于采用光線輻照硅橡膠的方法應(yīng)該有利地是一種能夠給出均勻快速的交聯(lián)、以輻照將要交聯(lián)的硅橡膠體積的方法。
[0016]優(yōu)選娃橡膠從燒注模具的敞開一側(cè)進(jìn)行福照。在一個(gè)同樣優(yōu)選的實(shí)施方案中，燒注模具由紫外線能夠穿透的材料形成，或澆注模具具有紫外線能夠穿透的窗口，并且硅橡膠通過澆注模具進(jìn)行輻照。這里優(yōu)選從除上面以外的方向額外地輻照在隨后屏蔽物中的特定位置。所述窗口可以舉例來說是在澆注模具的側(cè)面和/或在澆注模具下方。
[0017]從一個(gè)方向輻照有時(shí)候可能是不利的。為了實(shí)現(xiàn)硅橡膠的均勻輻照，可以從多個(gè)方向完全輻照。
[0018]澆注模具和其硅橡膠的原料(charge)可以在一個(gè)或多個(gè)步驟中用光線進(jìn)行輻照。
[0019]可能需要使用各種輻照條件用于硅橡膠的交聯(lián)，具體如將要制得的屏蔽物的尺寸和形狀所要求的。輻照可以在進(jìn)料程序完成之后進(jìn)行，或者在硅橡膠在澆注模具中達(dá)到特定的填充水平之后進(jìn)行。
[0020]用于使硅橡膠通向澆注模具的材料供應(yīng)路徑可以是包封的(encased)或不是的。
[0021]引發(fā)交聯(lián)的輻照裝置可以布置在硅橡膠用材料供應(yīng)路徑中。在此實(shí)施方案中，硅橡膠的特性必須是使得其交聯(lián)適宜地被延遲，并允許在輻照橡膠之后向澆注模具供給材料。
[0022]在材料供應(yīng)路徑的周圍、其下方、其側(cè)面或在澆注模具的上方可以布置加熱裝置，用于通過加熱來加速輻照后的硅橡膠的交聯(lián)。
[0023]紫外線輻照優(yōu)選至少0°C進(jìn)行，特別優(yōu)選至少10°C，尤其至少15°C，優(yōu)選不高于50 0C，特別優(yōu)選不高于35 °C，尤其不高于25 °C。
[0024]輻照時(shí)間優(yōu)選至少I秒，特別優(yōu)選至少5秒，且優(yōu)選不高于500秒，特別優(yōu)選不高于100秒。硅酮混合物的交聯(lián)開始源于氫化硅烷化反應(yīng)的開始-混合物凝膠化并硬化。
[0025]娃橡膠的粘度[D = 0.9/25°C ]優(yōu)選至少IOOmPas,尤其至少IOOOmPas,優(yōu)選不高于 40000mPas，尤其不高于 20000mPas。
[0026]紫外線輻照的波長優(yōu)選200_500nm。
[0027]硅橡膠可以是兩種組分組成的混合物，或者是僅一種組分組成的混合物。所述硅橡膠優(yōu)選包含:
[0028](A)聚有機(jī)硅氧烷，其每個(gè)分子包含至少兩個(gè)烯基，并且其25°C
[0029]下的粘度是0.1 至 500000Pa.s,
[0030](B)有機(jī)硅化合物，其每個(gè)分子包含至少兩個(gè)SiH官能團(tuán)，和
[0031](C)鉬族催化劑，其可由200至500nm的光線活化。
[0032]包含烯基的聚有機(jī)硅氧烷㈧的組成優(yōu)選對(duì)應(yīng)于以下的平均通式⑴:
[0033]R^R^SiO^^ (I)
[0034]其中
[0035]R1是單價(jià)的任選鹵素或氰基取代的C2-Cicr烴基，其包含脂族的碳-碳多重鍵，并且該烴基任選經(jīng)由有機(jī)二價(jià)基團(tuán)鍵接至硅；
[0036]R2是單價(jià)的任選鹵素或氰基取代的C1-Cltl-烴基，其經(jīng)由SiC而鍵接，并且不含脂族的碳-碳多重鍵；
[0037]X是非負(fù)數(shù)的數(shù)值，使得至少兩個(gè)基團(tuán)R1存在于每個(gè)分子中；和
[0038]y是非負(fù)數(shù)的數(shù)值，使得(x+y)處于1.8至2.5的范圍。
[0039]烯基(alkenyl)R1易于與SiH-官能的交聯(lián)劑進(jìn)行加成反應(yīng)。通常使用具有2 - 6個(gè)碳原子的烯基，例如乙烯基、烯丙基、甲基烯丙基、1-丙烯基、5-己烯基、乙炔基、丁二烯基、己二烯基、環(huán)戍烯基、環(huán)戍二烯基、環(huán)己烯基，優(yōu)選乙烯基和稀丙基。
[0040]聚合物鏈中的烯基R1可以通過其而鍵接至硅的有機(jī)二價(jià)基團(tuán)例如通過氧基亞烷基單元、例如以下通式(2)所構(gòu)成:
[0041]-(O)m[ (CH2)nOJ0- ⑵
[0042]其中
[0043]m是O或I的數(shù)值，尤其0，
[0044]η是1-4的數(shù)值，尤其I或2，和
[0045]ο是1-20的數(shù)值，尤其1-5。
[0046]通式(10)的氧基亞烷基單元在其左手側(cè)具有連接至硅原子的鍵接。
[0047]基團(tuán)R1的鍵接可以是在聚合物鏈的任何位置，尤其是通向末端硅原子的位置。
[0048]未取代的基團(tuán)R2的實(shí)例是烷基，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、新戊基、叔戊基、己基如正己基、庚基如正庚基、辛基如正辛基和異辛基，如2，2，4-三甲基戊基，壬基如正壬基、癸基如正癸基；烯基，例如乙烯基、烯丙基、正-5-己烯基、4-乙烯基環(huán)己基，和3-降冰片烯基；環(huán)烷基，例如環(huán)戊基、環(huán)己基、4-乙基環(huán)己基、環(huán)庚基、降冰片基，以及甲基環(huán)己基；芳基，例如苯基、聯(lián)苯基、萘基；烷芳基，例如鄰_、間_、對(duì)-甲苯基，以及乙苯基；芳烷基，例如苯基甲基，和α-和β-苯基乙基。
[0049]作為基團(tuán)R2的取代的烴基的實(shí)例是鹵代烴，其實(shí)例是氯甲基、3-氯丙基、3-溴丙基、3，3，3-三氟 丙基和5，5，5，4，4，3，3-六氟戊基，以及氯苯基、二氯苯基以及三氟甲苯基。
[0050]R2優(yōu)選具有1- 6個(gè)碳原子。甲基和苯基為特別優(yōu)選。
[0051]組分(A)也可以是包含烯基的各種聚有機(jī)硅氧烷的混合物，其中這些聚有機(jī)硅氧烷的區(qū)別在于例如烯基含量、烯基的特性，或者是結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。
[0052]包含烯基的聚有機(jī)硅氧烷(A)的結(jié)構(gòu)可以是線性、環(huán)狀或支化的。導(dǎo)致支化的聚有機(jī)硅氧烷的三官能和/或四官能單元的含量通常非常低，優(yōu)選至多20mol%，尤其至多0.1mol %。
[0053]尤其優(yōu)選為使用包含乙烯基的聚二甲基硅氧烷，其分子對(duì)應(yīng)于以下的通式(3):
[0054](ViMe2SiOl72) 2 (ViMeSiO) p (Me2SiO) q (3)
[0055]其中非負(fù)的整數(shù)p和q符合以下條件:p≥0，50〈(p+q)〈20000，優(yōu)選200< (p+q)〈1000，且 0< (p+1) / (p+q)〈0.2。
[0056]聚有機(jī)硅氧烷(A)在25°C下的粘度優(yōu)選0.5-100000Pa.s,尤其是l_2000Pa.S。
[0057]每個(gè)分子包含至少兩個(gè)SiH官能團(tuán)的有機(jī)硅化合物(B)的組成優(yōu)選具有以下的平均通式⑷:
[0058]HaR3bSiO(4_a_b)/2(4)
[0059]其中
[0060]R3是單價(jià)的任選鹵素或氰基取代的C1-C18-烴基，其經(jīng)由SiC而鍵接，并且不含脂族的碳-碳多重鍵，和
[0061]a和b是非負(fù)的整數(shù)，
[0062]條件是 0.5〈 (a+b)〈3.0和0〈a〈2，且至少兩個(gè)硅鍵合的氫原子存在于每個(gè)分子中。
[0063]R3的實(shí)例是針對(duì)R2所描述的。R3優(yōu)選具有1- 6個(gè)碳原子。甲基和苯基為特別優(yōu)選。
[0064]優(yōu)選使用每個(gè)分子包含三個(gè)或更多個(gè)SiH鍵的有機(jī)硅化合物(B)。如果使用每個(gè)分子僅包含兩個(gè)SiH鍵的有機(jī)硅化合物(B)，則建議使用每個(gè)分子具有至少三個(gè)烯基的聚有機(jī)硅氧烷(A)。
[0065]與直接鍵接至硅原子的氫原子特有地相關(guān)的有機(jī)硅化合物(B)的氫含量優(yōu)選0.002-1.7重量％的氫，優(yōu)選0.1-1.7重量％的氫。
[0066]有機(jī)硅化合物(B)優(yōu)選每個(gè)分子包含至少三個(gè)硅原子，和至多600個(gè)硅原子。優(yōu)選使用每個(gè)分子包含4 - 200個(gè)硅原子的有機(jī)硅化合物(B)。
[0067]有機(jī)硅化合物(B)的結(jié)構(gòu)可以是線性、支化、環(huán)狀或網(wǎng)狀類型的。
[0068]特別優(yōu)選的有機(jī)硅化合物⑶是以下通式(5)的聚有機(jī)硅氧烷:
[0069](HR42SiOl72) c (R43SiOl72) d (HR4SiO272) e (R42SiO272) f (5)
[0070]其中
[0071]R4的定義如針對(duì)R3的定義，
[0072]非負(fù)整數(shù)C、d、e 和 f 符合以下條件:(c+d) = 2，(c+e) >2，5〈 (e+f)〈200，和 Ke/(e+f) <0.1。
[0073]SiH官能的有機(jī)硅化合物(B)在可交聯(lián)有機(jī)硅組合物中的量優(yōu)選使得SiH基團(tuán)與烯基的摩爾比是0.5-5,尤其是1.0-3.0。
[0074]所用的催化劑(C)可以包含任何已知類型的鉬族催化劑，其中這些催化劑催化氫化硅烷化反應(yīng)，該反應(yīng)是在加成交聯(lián)有機(jī)硅組合物的交聯(lián)期間進(jìn)行的，并催化劑(C)可以被200-500nm的光線活化。
[0075]催化劑(C)包含選自鉬、銠、釕和銥的至少一種金屬或一種化合物，優(yōu)選鉬。
[0076]特別合適的催化劑(C)是鉬的環(huán)戊二烯絡(luò)合物，優(yōu)選以下通式(6)的:
[0077]
【權(quán)利要求】
1.一種制備復(fù)合絕緣子的方法，其中支撐性部件裝配有由硅橡膠制得的屏蔽物，其特征在于，硅橡膠的交聯(lián)通過紫外線輻照引發(fā)。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中支撐性部件是由纖維增強(qiáng)的塑料制得的棒或管。
3.權(quán)利要求1或2所述的方法，其中硅橡膠從澆注模具的敞開一側(cè)輻照。
4.權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其中澆注模具由紫外線能夠穿透的材料構(gòu)成，或者澆注模具具有紫外線能夠穿透的窗口，且硅橡膠通過澆注模具輻照。
5.權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其中硅橡膠的輻照在硅橡膠通向澆注模具的材料供應(yīng)路徑中進(jìn)行，并且硅橡膠的特性使得其交聯(lián)被延遲，并允許在橡膠輻照之后向澆注模具供給材料。
6.權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其中硅橡膠的粘度[D= 0.9/250C ]是IOOOmPas至20000mPaso
7.權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其中紫外線輻照的波長是200至500nm。
8.權(quán)利要求1-7之一所述的方法,其中娃橡膠包含: (A)聚有機(jī)硅氧烷，其每個(gè)分子包含至少兩個(gè)烯基，并且在25°C下的粘度是.0.l-500000Pa.s, (B)有機(jī)硅化合物，其每個(gè)分子包含至少兩個(gè)SiH官能團(tuán)，和 (C)鉬族催化劑，其可由200至500nm的光線活化。
【文檔編號(hào)】H01B3/47GK103930955SQ201280056088
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月12日
【發(fā)明者】J·蘭布雷希特, G·西姆松, H-J·溫特 申請(qǐng)人:瓦克化學(xué)股份公司