專利名稱：一種具有優良耐電弧性能的硅橡膠及其制備方法
一種具有優良耐電弧性能的硅橡膠及其制備方法
技術領域：
本發明屬于電氣絕緣高分子材料領域，特別涉及一種硅橡膠及其制備方法。背景技術：
硅橡膠材料具有非常優秀的綜合性能，在電氣絕緣領域有著非常廣泛的應用，并且近些年呈現不斷上升的趨勢。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秀的電氣絕緣材料。目前，硅橡膠廣泛的應用于高壓電力設備，尤其是在硅橡膠復合絕緣子以及硅橡膠電纜附件中。在高壓電力設備運行過程中，經常在絕緣材料表面出現電弧燃燒的現象，例如最常見的絕緣子表面的干帶放電現象，以及可帶電插拔電纜接頭在插拔過程中形成電弧的現象。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備的運行壽命，減少絕緣失效導致的故障問題。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驗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，發現填充量越大，最終燒蝕損失質量越小。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
發明內容本發明的目的在于提供一種具有優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)顆粒混合填充硅橡膠，得到了耐電弧性能非常好的硅橡膠復合材料。為實現上述目的，本發明一種具有優良耐電弧性能的硅橡膠采用如下技術方案—種具有優良耐電弧性能的硅橡膠，所述硅橡膠構成原料及重量份數配比為硅橡膠生膠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；硅烷偶聯劑1 5份/100份無機填料；無機填料由 ATH和BN組成。本發明進一步的改進在于ATH和BN的比例為(1 4) 1。本發明進一步的改進在于ATH粒徑為50nm，BN粒徑為50nm。本發明進一步的改進在于硫化劑為雙_2，5硫化劑，硅烷偶聯劑為乙烯基三乙氧
基娃焼。
本發明進一步的改進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；硅烷偶聯劑10份。為實現上述目的，本發明一種具有優良耐電弧性能的硅橡膠的制備方法，采用如下技術方案一種具有優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，將硅烷偶聯劑加入乙醇中，調節溶液pH值至4 5，加入水， 攪拌使硅烷偶聯劑充分水解，得到溶液A ；將無機填料加入溶液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；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，使用平板硫化劑進行一段熱壓硫化；5) 一段硫化成型后，放入鼓風烘箱中進行二段硫化，冷卻后取出即得成品。本發明進一步的改進在于步驟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。本發明進一步的改進在于步驟1)中加入乙醇的質量份數大于無機填料質量份數的1.25倍。本發明進一步的改進在于步驟1)中加入醋酸調節溶液PH值至4 5 ；醋酸的添加量為乙醇的質量份數的五百分之一。本發明進一步的改進在于步驟1)中加入水的質量份數為硅烷偶聯劑質量分數的 20% 30%。與現有技術相比，本發明至少具有以下優點1)與傳統的直接將納米粒子在雙輥煉膠機上進行熔融共混相比，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上進行乳液共混，這樣既可以提高納米粒子在硅橡膠中的分散性，又可以避免傳統熔融共混法中納米粒子飛揚對人體健康造成危害。2)在填充ATH基礎上，又加入BN，在高壓小電流耐電弧實驗后，混合填充的硅橡膠損失質量更小，并且電弧燒蝕過程中，電弧始終游離于材料表面，并且表面材料不發生燃燒現象，實驗過后，材料表面僅出現微微發黃現象，在電極附近產生極少量的黑色殘留物。僅填充ATH的硅橡膠在實驗過程中不形成導電通道，但是表面電極附近的材料會出現燃燒分解，實驗結束，材料表面形成明顯的凹坑。僅填充BN的試樣表面在實驗過程中快速形成導電通道，通道形成時表面出現燃燒現象，形成火光。
圖1是實施例1與對比例1的耐電弧燒蝕實驗結果對比圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明進行詳細描述實施例1 1)取質量份數各為100份(相對于硅橡膠100份)的納米ATH和納米BN粒子進行表面處理取250份乙醇倒入燒杯，將10份硅烷偶聯劑加入乙醇中，再加入0. 5份醋酸和 2. 4份水，調節溶液pH值至4 5，用高速攪拌機攪拌(IOmin)使硅烷偶聯劑充分水解，得到溶液A ；將ATH和BN粒子加入溶液A中，用高速攪拌機攪拌(20min)，得到乳液B ；2)將乳液B與硅橡膠生膠進行乳液共混取質量份數為100份硅橡膠生膠置于雙輥煉膠機，包輥后加入乳液B，得到硅橡膠生膠與無機粒子乳液的共混物，之后加熱輥筒，使共混物中的乙醇全部揮發；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，放入鼓風烘箱中進行二段硫化，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。實施例2 9的制備步驟與反應條件與實施例1相同，各反應物的添加比例不同， 詳見表1。表1實施例2 9各反應物比例
權利要求
1.一種具有優良耐電弧性能的硅橡膠，其特征在于，所述硅橡膠構成原料及重量份數配比為硅橡膠生膠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；硅烷偶聯劑1 5份/100份無機填料；無機填料由ATH和BN組成。
2.根據權利要求1所述的一種具有優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.根據權利要求1所述的一種具有優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.根據權利要求1所述的一種具有優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，硅烷偶聯劑為乙烯基三乙氧基硅烷。
5.根據權利要求1所述的一種具有優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；硅烷偶聯劑10份。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的一種具有優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，將硅烷偶聯劑加入乙醇中，調節溶液pH值至4 5，加入水，攪拌使硅烷偶聯劑充分水解，得到溶液A ；將無機填料加入溶液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；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，使用平板硫化劑進行一段熱壓硫化；5)一段硫化成型后，放入鼓風烘箱中進行二段硫化，冷卻后取出即得成品。
7.根據權利要求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.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中加入乙醇的質量份數大于無機填料質量份數的1. 25倍。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中加入醋酸調節溶液PH值至 4 5 ；醋酸的添加量為乙醇的質量份數的五百分之一。
10.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中加入水的質量份數為硅烷偶聯劑質量分數的20% 30%。
全文摘要
本發明提供了一種具有優良耐電弧性能的硅橡膠，原料及重量份數配比為硅橡膠生膠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；硅烷偶聯劑1～5份/100份無機填料；無機填料由ATH和BN組成。本發明將乳液直接與硅橡膠生膠在雙輥煉膠機上進行乳液共混，既可以提分散性，又可以避免納米粒子飛揚；在填充ATH基礎上加入BN，在高壓小電流耐電弧實驗后，損失質量更小，并且電弧燒蝕過程中，電弧始終游離于材料表面，并且表面材料不發生燃燒現象，實驗過后，材料表面僅出現微微發黃現象，電極附近出現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 優先權日2011年12月20日
發明者李建英, 李欣, 李盛濤, 雷璟 申請人:西安交通大學