混炼硅橡胶的配合技术_五_

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技术讲座
有机硅材料 , 2006 , 20 (5) : 268~272 SIL ICON E MA TERIAL
Hale Waihona Puke Baidu
混炼硅橡胶的配合技术 (五)
黄文润
(中蓝晨光化工研究院 , 成都 610041)
摘要 : 介绍了合成绝缘子用混炼硅橡胶的配制 , 着重介绍了氢氧化铝的粒径 、用量 、表面处理剂种类
胶料编号
初期性能 邵尔 A 硬度/ 度 拉伸强度/ MPa 伸长率/ % 体积电阻率/Ω·cm 电气强度/ MV·m - 1 介电常数 (60 Hz) 介质损耗因数 (60 Hz) 浸水后的性能 质量变化率/ % 体积电阻率/Ω·cm 电气强度/ MV·m - 1 介电常数 (60 Hz) 介质损耗因数 (60 Hz) 浸硝酸后的性能 质量变化率/ % 邵尔 A 硬度/ 度 拉伸强度/ MPa 伸长率/ %
711
1817
85
69
612
1911
耐漏电起痕性 / min 380 334 360 292 343 182 287 127
由表 28 可见 , V TES 及 A TH 的用量增加 , 硅橡胶的耐漏电起痕性相应增加 。硅烷偶联剂除 采用乙烯基三乙氧基硅烷外 , 还可以用乙烯基三 甲氧基硅烷 、甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷 。 A TH 的粒径应在 10 μm 以下 ; 用量过多会影响 绝缘子部件的加工性 , 适宜的用量为 100 份甲基 乙烯基硅橡胶生胶中加 50~200 份 。气相法白炭 黑为补强剂 , 适宜的用量为 100 份硅橡胶中加 20~80 份 。配方中的石英粉为促进气相法白炭 黑与 A TH 在生胶中充分混合 、分散及赋予硅橡 胶导热性的成分 , 混炼硅橡胶的着色剂可以根据 实际需要选择炭黑 、红色氧化铁 、黄色氧化铁 、 黑色氧化铁及白色氧化钛 。混炼硅橡胶的塑性值 应控制在 250~350 , 以便于成形加工 。
氧化铝改为 90 份 , 其它条件不变 , 配成胶料 2 ;
胶料 1 配方中 , 将平均粒径 8μm 的硅烷处理氢
氧化铝改为 70 份 , 平均粒径 1μm 的硅烷处理氢
氧化铝改为 110 份 , 其它条件不变 , 配成胶料
3 ; 为比较 , 胶料 1 配方中 , 将硅烷处理氢氧化
铝改为未处理的氢氧化铝 (型号分别为 H 32 M
以及原硼酸 、碳酸锌对混炼硅橡胶耐漏电起痕性的影响 。
关键词 : 混炼硅橡胶 , 绝缘子 , 原硼酸 , 碳酸锌 , 氢氧化铝
中图分类号 : TQ333193 文献标识码 : A
文章编号 : 1009 - 4369 (2006) 05 - 0268 - 05
314 合成绝缘子用混炼硅橡胶的配制 合成绝缘子由玻纤复合材料芯棒和硅橡胶伞
裙构成 , 具有质量轻 、安全可靠 、抗无线电干 扰 、耐污性好 、安装费用低等优点 , 适用于高 压 、超高压输变电工程 , 自 20 世纪 60 年代后期 以来 , 作为瓷与玻璃绝缘子的有效替代物已得到 普遍应用[29 - 30 ] 。硅橡胶伞裙在合成绝缘子芯棒 的外面起承受高电场及保护芯棒的作用 ; 因此 , 对硅橡胶的性能要求是具有电绝缘性 、耐漏电起 痕 、耐电弧 、耐候 、阻燃 、耐低温及实用的物理 机械性能 。其中 , 耐漏电起痕性和电蚀损性是最 重要 的 性 能 指 标 , 通 常 都 是 按 IEC - 587 和 ASTM D 2303 测定 , 我国相应的标准为 GB/ T 6553 —1986 。漏电起痕是绝缘材料表面在有电位 差的部位形成炭化导电通路而使材料受到破坏的 一种现象 。材料耐漏电起痕性的优劣主要取决于 材料的结构与添加剂的种类 。硅橡胶的分子主链 由 Si —O 键 构 成 , Si —O 键 的 键 能 高 达 450 kJ / mol ; 因而耐热性好 , 即使在高温下也只 产生不导电的 SiO2 残渣 , 难以形成导电通路 , 所以具有很好的耐漏电起痕性 。与其它耐漏电起 痕材料一样 , 添加氢氧化铝粉末可使硅橡胶的升 压法 耐 漏 电 起 痕 等 级 ( SMAX) 达 到 最 高 级 610 kV [31 - 40 ] 。
- 718 18 018 210
大量添加氢氧化铝粉末可以提高硅橡胶的电 性能 , 满足高电压电绝缘体的要求 ; 但混炼硅橡 胶的加工性能会变差 , 硫化后的物理机械性能 低 。配方中添加适量的偏硼酸或原硼酸 , 使其在 混炼过程中与结构化控制剂反应 , 可促进混炼硅 橡胶的各组分混炼均匀 , 使胶料的加工性能得到 改善 , 硫化硅橡胶的机械强度提高 ; 其添加量为 100 份硅橡胶生胶中加 0101~110 份 。在配制胶 料过程中 , 应在 80~200 ℃下加热混炼 , 以促进 胶料的各组分均匀分散 。
72 315 250 511 ×1014 33 319 010381
+ 0128 813 ×1014
29 319 010562
+ 0130 512 ×1014
30 318 010402
+ 0125 412 ×1014
29 317 010430
+ 0188 211 ×108
15 918 01095
+ 0191 712 ×106
11 815 01089
- 415 49 118 380
- 511 50 117 200
- 613 51 118 230
- 816 20 017 200
- 911 18 017 190
6
73 313 200 511 ×1014 30 317 010379
+ 0125 315 ×104
28 317 010498
采取 2 种不同平均粒径且经硅烷处理的氢氧 化铝组合使用 , 可以显著改善绝缘子的耐电晕 性 、耐电弧性和耐漏电起痕性 。即平均粒径为 015~115μm 的硅烷处理氢氧化铝与平均粒径为 8~15μm 的硅烷处理氢氧化铝按质量比 60∶40~ 40∶60 混合 , 100 份甲基乙烯基硅橡胶生胶中的 总添加量为 100~300 份 。氢氧化铝的表面处理 剂可使用乙烯基三烷氧基硅烷 、四甲基二乙烯基 二硅氮烷 、六甲基二乙烯基三硅氮烷等含乙烯基 的硅烷偶联剂 ; 1 g 处理后的氢氧化铝中含 110 ×10 - 5~110 ×10 - 8mol 的乙烯基 。
例 如 : 100 份 甲 基 乙 烯 基 硅 橡 胶 生 胶 [ (CH3) 2 (CH2 CH) SiO1/ 2链节封端 , (CH3) 2SiO链 节摩尔分数 99187 %、(CH3) (CH2 CH) SiO 链 节摩尔分数 0113 % , 平均聚合度约 5 000 ] 中 , 加入 25 份表面经二甲基二氯硅烷处理 、比表面 积 220 m2/ g 的气相法白炭黑 , 0105 份原硼酸 , 415 份粘度 30 mPa·s 的 α, ω- 二羟基聚二甲基 硅氧烷 , 在捏合机中混炼均一 , 再于 175 ℃下热
配方中 V TES 及 A TH 的添加量对硫化硅橡 胶的耐漏电起痕性及其它物理性能的影响见表 28 , 其它成分及工艺条件不变 。
收稿日期 : 2005 - 10 - 11 。
第5期
黄文润. 混炼硅橡胶的配合技术 (五)
· 269 ·
V TES 用量 /份
1 015
1 015
1 015
1 015
表 28 V TES 及 A TH 的用量对硅橡胶性能的影响
A TH 用量 /份
邵尔 A 硬度 /度
拉伸强度 / MPa
电气强度 / MV·m - 1
100
75
618
1911
100
73
613
1813
100
72
617
1712
100
71
610
1911
85
74
712
1815
85
72
617
1914
85
71
例 如 : 100 份 甲 基 乙 烯 基 硅 橡 胶 生 胶 [ (CH3) 2 (CH2 CH) Si1/ 2链节摩尔分数 01025 %、 (CH3) (CH2 CH) SiO 链节摩尔分数 0115 %、 (CH3) 2 SiO 链节摩尔分数 991825 %、平均聚合度 约 8 000 ]中 , 加入 5 份平均聚合度 10 的α, ω二 羟 基 聚 二 甲 基 硅 氧 烷 , 10 份 比 表 面 积 200 m2/ g的 气 相 法 白 炭 黑 , 110 份 平 均 粒 径
三甲基硅烷 , 其它成分不变 , 150 ℃处理 3 h ,
配成胶料 6 。
在胶料 1~6 中 , 分别加入 110 份双二五质
量分数为 40 %的双二五/ 甲基乙烯基硅橡胶生胶
/ 气相法白炭黑膏状物 , 在双辊炼胶机上分散均
匀 ; 在 165 ℃×10 min条件下热压硫化成厚度为
2 mm 及 1 mm 的试片 , 按下列方法评价性能 ,
表 29 氢氧化铝粒径对混炼硅橡胶耐湿性能的影响
1
2
3
4
5
70 310 350 815 ×1014 30 318 010380
72 410 250 312 ×1014 32 316 010372
70 318 290 318 ×1014 29 318 010435
65 310 360 312 ×1014 29 412 010410
和 H 42 M) , 其它条件不变 , 配成胶料 4 ; 胶料
1 配方中 , 仅使用 180 份平均粒径 8 μm 的硅烷
处理氢氧化铝 , 其它成分不变 , 150 ℃热处理
3 h , 配成胶料 5 ; 胶料 1 配方中 , 仅使用 180 份
平均料径 1 μm 的硅烷处理氢氧化铝 , 5 份甲基
· 270 ·
有机硅材料
第 20 卷
取出后测电性能 , 求其电性能变化 。 浸酸后的物性变化 : 将同样试片放入 25 ℃
的 1 mol/ L 硝酸水溶液中浸泡 96 h 后 , 再放入 去离子水中浸 24 h ; 取出后测其质量变化及物性
变化 。 由表 29 可见 , 不同粒径的氢氧化铝以适当
比例混合能显著改善硅橡胶的耐湿性 。
例如 : 在捏合机 (Banbury 搅拌) 中 , 加入 40 份粘度 (25 ℃,下同) (20~30) ×106 mPa·s 的 甲基乙烯基硅橡胶生胶 [ ( CH3) 2 SiO 链节摩尔分 数 99177 %、(CH3) (CH2 CH) SiO 链节摩尔分
数 0123 %] , 60 份粘度 (30~120) ×106 mPa·s 的 甲基乙烯基硅橡胶生胶 [ ( CH3) 2SiO 链节摩尔分 数 99102 %、( CH3) ( CH2 CH) SiO 键节摩尔分 数 0108 %] , 2 份粘度 30 mPa·s 的 α, ω - 二羟 基聚二甲基硅氧烷 , 015 份乙烯基三乙氧基硅烷 (V TES) , 35 份经二甲基环硅氧烷处理 、比表面 积 200 m2/ g 的气相法白炭黑 , 120 份平均粒径 1μm 的 氢 氧 化 铝 ( A TH) 及 35 份 平 均 粒 径 10μm的粉碎石英粉 , 室温下混炼均一 ; 再加入 013 份硬脂酸铝 (随意成分) 、0188 份炭黑质量 分数为 50 %的硅橡胶生胶黑色母胶 、1125 份2 ,5 - 二甲基 - 2 ,5 - 二 (叔丁基过氧) 乙烷 (简称双 二五) , 在双辊炼胶机上混合均一 , 在 177 ℃× 15 min 条件下热压成形 。测其性能为 : 邵尔 A 硬度 70 度 , 拉伸强度 519 M Pa , 伸长率 188 % , 撕裂强度 B 1419 kN/ m , 相对密度 1156 , 电气 强度 21 MV/ m , 耐 漏 电 起 痕 性 ( ASTM - D 2303) 300 min , 耐 漏 电 起 痕 性 ( IEC - 587 ) 415 kV , 疏水恢复性 24 h 。疏水恢复性是根据 硫化的硅橡胶试片 ( 15214 mm ×15214 mm × 119 mm) 的表面经电晕处理前后水的接触角的 变化确定的 。即经 381 μm 间隙电晕放电 40 次 后 , 硅橡胶试片疏水性恢复的时间 。
8μm 、经乙烯基硅烷表面处理的氢氧化铝 (
H 32 STV , 日本昭和电工公司) , 70
份平均粒径 1 μm 、表面经乙烯基硅烷处理的氢
氧化铝 (
H 42 STV , 日本昭和电
工公司) , 在加压密炼机中混炼 , 配成胶料 1 。
胶料 1 配方中 , 将平均粒径 8μm 的硅烷处理氢
氧化铝改为 90 份 , 平均粒径 1μm 的硅烷处理氢
结果列于表 29 。
浸水 后 的 质 量 变 化 : 将 尺 寸 为 80 mm ×
80 mm ×2 mm的试片称其初期质量后 , 在 25 ℃
的去离子水中浸 100 h ; 取出后称其质量 , 求其
质量变化 。
浸水后的电性能变化 : 将 1 mm 厚的试片在
测试电性能后 , 在 25 ℃的去离子水中浸 100 h ;
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