專利名稱：一種液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橡膠基非線性電介質(zhì)材料。
背景技術(shù)：
娃橡膠具有電絕緣性能好,耐高低溫,耐臭氧老化、氧老化、光老化、氣候老化，憎水性好，耐燃燒等優(yōu)點(diǎn)，因而在電氣絕緣領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。將聚合物，如聚烯烴、橡膠、環(huán)氧樹脂等與某些功能無(wú)機(jī)填料復(fù)合，可制得非線性絕緣材料，由于非線性絕緣材料的電導(dǎo)率或(和)介電常數(shù)能隨外施電場(chǎng)強(qiáng)度的增大而提高，電導(dǎo)或(和)介電常數(shù)呈非線性，因而其在非均勻電場(chǎng)中具有自行均化電場(chǎng)分布的能力，能有效抑制空間電荷的產(chǎn)生及電樹枝的形成與生長(zhǎng)，顯著提高絕緣性能。現(xiàn)有的聚烯烴基非線性復(fù)合材料是由聚烯烴樹脂與一種或多種填料共混制得，具有非線性電導(dǎo)或(和)非線性介電常數(shù)。受基體樹脂聚烯烴自身性能的影響，聚烯烴基非線性復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域受到限制，無(wú)法應(yīng)用到某些需使用橡膠制品的場(chǎng)合。在2009年《 功能材料》第10期第40卷《電場(chǎng)處理對(duì)碳化硅/聚合物復(fù)合材料電導(dǎo)特性的影響》和博士后研究工作報(bào)告《聚合物基非線性復(fù)合材料制備過(guò)程中施加電、磁場(chǎng)對(duì)其性能及微觀結(jié)構(gòu)的影響》中公開了碳化硅/硅橡膠復(fù)合材料具有電導(dǎo)非線性特性，其文中應(yīng)用的碳化娃分別為平均粒徑7μηι ΙΟμπι和20μηι 30μηι的微米碳化娃和納米碳化硅。文中碳化硅的最小添加量為11.lVol%，計(jì)算時(shí)碳化硅和液體硅橡膠的比重分別確定為
3.2g/cm3和1.0g/cm3，也即實(shí)際配方是在100份液體硅橡膠中至少添加40份的微米或納米碳化硅。公開的文獻(xiàn)只是從理論研究的角度指出所研究的碳化硅/硅橡膠具有電導(dǎo)非線性特性，沒有介紹該材料的其它性能，但因碳化硅的添加量很大，導(dǎo)致碳化硅/硅橡膠復(fù)合材料出現(xiàn)以下問(wèn)題:(1)復(fù)合材料擊穿強(qiáng)度低，直流擊穿強(qiáng)度不超過(guò)10kV/mm，不能應(yīng)用于高電壓絕緣；(2)復(fù)合材料的機(jī)械性能不好，拉伸斷裂強(qiáng)度小于2.5MPa，斷裂伸長(zhǎng)率小于40% ；
(3)復(fù)合材料粘度大，攪拌混合困難，不易排除氣泡。同時(shí)雖然文獻(xiàn)中也介紹了添加炭黑能提高微米碳化硅/硅橡膠復(fù)合材料的電導(dǎo)非線性特性，但所提及的材料中碳化硅和炭黑添加量最少的材料為:碳化硅的添加量15.8Vol%，炭黑的添加量1.3Vol%，也即該材料的配方為98.5份硅橡膠、60份微米碳化硅、3份炭黑，炭黑比重設(shè)為2.0g/cm3。由于添加的碳化硅更多，且又添加了炭黑，得到的碳化硅/硅橡膠復(fù)合材料的直流擊穿強(qiáng)度也不超過(guò)IOkV/mm ;機(jī)械性能更加不好，拉伸斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別為1.5MPa和20%，同時(shí)又因復(fù)合材料的粘度大，加大了攪拌混合和排氣的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有硅橡膠基電導(dǎo)非線性復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度低、物理一機(jī)械性能差的問(wèn)題，而提供一種液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料。本發(fā)明液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠和10 20份非線性功能填料制成,非線性功能填料由納米氧化鋅、納米二氧化鈦、納米碳化硅、碳納米管、導(dǎo)電炭黑和納米石墨組成；其中液體硅橡膠為聚合度100 2000的雙組分液體硅橡膠，納米氧化鋅的粒徑為IOnm IOOnm,納米二氧化鈦的粒徑為IOnm IOOnm,納米碳化娃的粒徑為IOnm IOOnm,碳納米管為直徑5nm 80nm、管長(zhǎng)I μ m 15 μ m的單臂碳納米管、雙臂碳納米管或多壁碳納米管，導(dǎo)電炭黑的粒徑為IOnm IOOnm,納米石墨的片厚為IOnm lOOnm、片徑為I μ m
2μ m0采用真空攪拌機(jī)將液體硅橡膠與各種填料在50°C以下混合均勻并排除氣泡，成型后經(jīng)硫化得到液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料。本發(fā)明采用多種非線性功能填料復(fù)配，充分發(fā)揮各功能填料的協(xié)同效應(yīng)，100份液體硅橡膠中添加的非線性功能填料不超過(guò)20份，攪拌過(guò)程中的復(fù)合材料粘度低，易于攪拌，制備得到的液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料的交流擊穿強(qiáng)度不小于30kV/mm，直流擊穿強(qiáng)度不小于60kV/mm,在8kV/mm以下電場(chǎng)中下體積電阻率不小于IO13 Ω.ηι,最大非線性系數(shù)6 20,拉伸強(qiáng)度不小于6.0MPa,斷裂伸長(zhǎng)率不小于200%。本發(fā)明主要應(yīng)用于高壓復(fù)合絕緣材料。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:本實(shí)施方式液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體娃橡膠和10 20份非線性功能填料制成,非線性功能填料由納米氧化鋅、納米二氧化鈦、納米碳化硅、碳納米管、導(dǎo)電炭黑和納米石墨組成；其中液體硅橡膠為聚合度100 2000的雙組分液體硅橡膠，納米氧化鋅的粒徑為IOnm IOOnm,納米二氧化鈦的粒徑為IOnm IOOnm,納米碳化娃的粒徑為IOnm IOOnm,碳納米管為直徑5nm 80nm、管長(zhǎng)I μ m 15 μ m的單臂碳納米管、雙臂碳納米管或多壁碳納米管，導(dǎo)電炭黑的粒徑為IOnm IOOnm,納 米石墨的片厚為IOnm lOOnm、片徑為I μ m
2μ m0本實(shí)施方式所用原料均為市售產(chǎn)品，非線性功能填料均為納米材料，由于納米材料顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大，具有獨(dú)特的量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。非線性功能填料納米氧化鋅、納米二氧化鈦、納米碳化硅、碳納米管、導(dǎo)電炭黑和納米石墨可按任意比組成，本發(fā)明充分發(fā)揮各納米功能填料的協(xié)同效應(yīng)，得到液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料的交流擊穿強(qiáng)度不小于30kV/mm，直流擊穿強(qiáng)度不小于60kV/mm，最大非線性系數(shù)6 20，拉伸強(qiáng)度不小于6.0MPa,斷裂伸長(zhǎng)率不小于200%的非線性絕緣材料。
具體實(shí)施方式
二:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是液體娃橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠和12 18份非線性功能填料制成。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是液體娃橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠和13份非線性功能填料制成。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同的是液體娃橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠和20份非線性功能填料制成，非線性功能填料中含有5 15份納米氧化鋅。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至三之一相同。
具體實(shí)施方式
五:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是液體娃橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠和20份非線性功能填料制成，非線性功能填料中含有3 10份納米碳化硅。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
六:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同的是液體娃橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠和20份非線性功能填料制成，非線性功能填料中含有4 6份納米碳化娃。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至四之一相同。
具體實(shí)施方式
七:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至六之一不同的是液體娃橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠、10份納米氧化鋅、2份納米二氧化鈦、5份納米碳化硅、0.5份碳納米管、0.5份導(dǎo)電炭黑和0.5份納米石墨制成。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八:本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至七之一不同的是納米氧化鋅的粒徑為40nm 60nm,納米二氧化鈦的粒徑為40nm 70nm,納米碳化娃的粒徑為40nm 60nm,碳納米管為直徑IO nm 20nm、管長(zhǎng)5 μ m 10 μ m的單臂碳納米管、雙臂碳納米管或多壁碳納米管，導(dǎo)電炭黑的粒徑為20nm 40nm,納米石墨的片厚為20nm 40nm、片徑為Ιμπι 2μηι。其它參數(shù)與具體實(shí)施方式
一至七之一相同。實(shí)施例一:本實(shí)施例液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠、10份納米氧化鋅、2份納米二氧化鈦、5份納米碳化硅、0.5份碳納米管、0.5份導(dǎo)電炭黑和0.5份納米石墨制成；其中液體硅橡膠為平均聚合度為500的雙組分液體硅橡膠，納米氧化鋅的粒徑為30nm 60nm,納米二氧化鈦的粒徑為40nm 60nm,納米碳化娃的粒徑為30nm 60nm,碳納米管為直徑5nm 15nm、管長(zhǎng)5 μ m 15 μ m的單臂碳納米管,導(dǎo)電炭黑的粒徑為IOnm 30nm,納米石墨的片厚為30nm 50nm、片徑為I μ m 2 μ m。采用真空攪拌機(jī)將液體硅橡膠與各種填料在45°C下混合均勻并排除氣泡，成型后經(jīng)硫化得到液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料。本實(shí)施例得到的液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料在8kV/_以下電場(chǎng)中體積電阻率為5 X IO14 Ω.m,交流擊穿強(qiáng)度為32kV/mm，直流擊穿強(qiáng)度為63kV/mm，最大非線性系數(shù)為12.5，拉伸強(qiáng)度為7.0MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為240%。實(shí)施例二:本實(shí)施例液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠、5份納米氧化鋅、I份納米二氧化鈦、4份納米碳化硅、1.0份碳納米管、I份導(dǎo)電炭黑和I份納米石墨制成；其中液體硅橡膠為平均聚合度為800的雙組分液體硅橡膠，納米氧化鋅的粒徑為40nm 60nm,納米二氧化鈦的粒徑為40nm 70nm,納米碳化娃的粒徑為40nm 60nm,碳納米管為直徑IOnm 20nm、管長(zhǎng)5 μ m 10 μ m的雙臂碳納米管，導(dǎo)電炭黑的粒徑為20nm 40nm,納米石墨的片厚為20nm 40nm、片徑為I μ m 2 μ m。采用真空攪拌機(jī)將液體硅橡膠與各種填料在45°C下混合均勻并排除氣泡，成型后經(jīng)硫化得到液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料。本實(shí)施例得到的液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料在8kV/mm以下電場(chǎng)中體積電阻率為9 X IO14 Ω.m,交流擊穿強(qiáng)度為36kV/mm，直流擊穿強(qiáng)度為67kV/mm，最大非線性系數(shù)為10.0，拉伸強(qiáng)度為7.6MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為280%。實(shí)施例三:本實(shí)施例液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠、3份納米氧化鋅、I份納米二氧化鈦、3.5份納米碳化硅、I份碳納米管、I份導(dǎo)電炭黑和0.5份納米石墨制成； 其中液體硅橡膠為平均聚合度為1500的雙組分液體硅橡膠，納米氧化鋅的粒徑為30nm 50nm,納米二氧化鈦的粒徑為40nm 60nm,納米碳化娃的粒徑為30nm 60nm,碳納米管為直徑IOnm 20nm、管長(zhǎng)5 μ m 15 μ m的多臂碳納米管,導(dǎo)電炭黑的粒徑為20nm 40nm,納米石墨的片厚為40nm 60nm、片徑為I μ m 2 μ m。采用真空攪拌機(jī)將液體硅橡膠與各種填料在40°C下混合均勻并排除氣泡，成型后經(jīng)硫化得到液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料。本實(shí)施例得到的液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料在8kV/mm以下電場(chǎng)中體積電阻率為I X IO15 Ω.πι，交流擊穿強(qiáng)度為38kV/mm，直流擊穿強(qiáng)度為70kV/mm，最大非線性系數(shù)為8.5，拉伸強(qiáng)度為8.0MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為290%。
權(quán)利要求
1.一種液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料，其特征在于液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠和10 20份非線性功能填料制成，非線性功能填料由納米氧化鋅、納米二氧化鈦、納米碳化硅、碳納米管、導(dǎo)電炭黑和納米石墨組成； 其中液體硅橡膠為聚合度100 2000的雙組分液體硅橡膠，納米氧化鋅的粒徑為IOnm IOOnm,納米二氧化鈦的粒徑為IOnm IOOnm,納米碳化娃的粒徑為IOnm IOOnm,碳納米管為直徑5nm 80nm、管長(zhǎng)I μ m 15 μ m的單臂碳納米管、雙臂碳納米管或多壁碳納米管，導(dǎo)電炭黑的粒徑為IOnm IOOnm,納米石墨的片厚為IOnm lOOnm、片徑為I μ m 2μ m0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料，其特征在于液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠和12 18份非線性功能填料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料，其特征在于液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠和13份非線性功能填料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料，其特征在于液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠和20份非線性功能填料制成，非線性功能填料中含有5 15份納米氧化鋅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料，其特征在于液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠和20份非線性功能填料制成，非線性功能填料中含有3 10份納米碳化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料，其特征在于液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠和20份非線性功能填料制成，非線性功能填料中含有4 6份納米碳化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料，其特征在于液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料按重量份數(shù)由100份液體硅橡膠、10份納米氧化鋅、2份納米二氧化鈦、5份納米碳化硅、0.5份碳納米管、0.5份導(dǎo)電炭黑和0.5份納米石墨制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的一種液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料，其特征在于納米氧化鋅的粒徑為40nm 60nm,納米二氧化鈦的粒徑為40nm 70nm,納米碳化娃的粒徑為40nm 60nm,碳納米管為直徑IOnm 20nm、管長(zhǎng)5 μ m 10 μ m的單臂碳納米管、雙臂碳納米管或多壁碳納米管，導(dǎo)電炭黑的粒徑為20nm 40nm,納米石墨的片厚為20nm 40nm、片徑為I μ m 2 μ m。
全文摘要
一種液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料，它涉及一種橡膠基非線性電介質(zhì)材料。它要解決現(xiàn)有硅橡膠基電導(dǎo)非線性復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度低、物理―機(jī)械性能差的問(wèn)題。本發(fā)明的非線性絕緣材料是由液體硅橡膠和非線性功能填料制成，非線性功能填料由納米氧化鋅、納米二氧化鈦、納米碳化硅、碳納米管、導(dǎo)電炭黑和納米石墨組成。本發(fā)明得到的液體硅橡膠基電導(dǎo)非線性絕緣材料的交流擊穿強(qiáng)度不小于30kV/mm，最大非線性系數(shù)6～20，拉伸強(qiáng)度不小于6.0MPa，斷裂伸長(zhǎng)率不小于200%。本發(fā)明主要用于高壓復(fù)合絕緣材料。
文檔編號(hào)C08K3/22GK103214851SQ20131017574
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月13日
發(fā)明者韓寶忠, 李忠華, 李長(zhǎng)明, 陳宇 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué)