本公開的實施例涉及電絕緣材料的領(lǐng)域、特別是基于苯乙烯嵌段共聚物的電絕緣材料，和用于制備電絕緣元件的方法。

背景技術(shù)：

目前，常用的絕緣材料有三元乙丙橡膠(epdm)、硅橡膠或環(huán)氧樹脂。這些材料分別有其缺點。對于epdm，用于制造具有該材料的絕緣體時需要交聯(lián)，并且epdm在室外環(huán)境中的疏水性較低。硅橡膠的加工工藝比較復(fù)雜，其中牽涉到交聯(lián)這會增加生產(chǎn)成本。對于環(huán)氧樹脂，交聯(lián)步驟也是比較耗時的，并且環(huán)氧樹脂產(chǎn)品是硬而脆，因此很容易在安裝或運輸過程中被破壞。

期望能提供一種相對便宜且容易制作的電絕緣材料。同時，該電絕緣材料應(yīng)該滿足對戶外絕緣的技術(shù)要求，并具有良好的機械和電氣性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

現(xiàn)在，上面提到的這些問題可以由一種新的絕緣子材料來解決。該電絕緣材料包含基體組分、填料組分和液體疏水組分?；w組分包括飽和苯乙烯嵌段共聚物。

根據(jù)示例性實施例，飽和苯乙烯嵌段共聚物包括苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，即sebs；苯乙烯-乙烯-丙基-苯乙烯嵌段共聚物，即seps；或者sebs和seps的混合物。

根據(jù)示例性實施例，填料組分的量至多為電絕緣材料的總重量的85％，優(yōu)選地在電絕緣材料的總重量的從5％至85％的范圍內(nèi)、更優(yōu)選地在從40％至80％的范圍內(nèi)、更優(yōu)選地在從50％至80％的范圍內(nèi)并且最優(yōu)選地在從50％至70％的范圍內(nèi)。

根據(jù)示例性實施例，填料組分包括耐漏電起痕和電蝕損填料。

根據(jù)示例性實施例，液體疏水組分的量在電絕緣材料的總重量的從1％至15％的范圍內(nèi)，并且填料組分進一步包含用于吸附液體疏水組分的填料。

根據(jù)示例性實施例，耐漏電起痕和電蝕損填料包含由以下構(gòu)成的組中的一個或多個材料：天然純化砂、氧化硅、氫氧化硅、氧化鋁、氫氧化鋁、氧化鈦、氫氧化鈦、硼酸鋅、氧化鋅、氫氧化鋅、硅酸鹽、硅鋁硅酸鹽和礦物碳酸鹽。

根據(jù)示例性實施例，用于吸附液體疏水組分的填料包含由以下構(gòu)成的組中的一個或多個材料：地質(zhì)聚合物、納米二氧化硅、玻璃、云母、陶瓷顆粒和有機填料。

根據(jù)示例性實施例，填料組分具有在從1.0μm至200μm的范圍內(nèi)、優(yōu)選地在從1μm至100μm的范圍內(nèi)、并且更優(yōu)選地在從5μm至50μm的范圍內(nèi)、更優(yōu)選地在從5μm至40μm的范圍內(nèi)、最優(yōu)選地在從5μm至35μm的范圍內(nèi)的平均粒徑。

根據(jù)示例性實施例，電絕緣材料進一步包含添加劑組分。添加劑組分可以包括以下中的至少一個：抗氧化劑、相容劑、增塑劑、增韌劑和uv穩(wěn)定劑。添加劑組分的量可以在電絕緣材料的總重量的從0.1％至10％的范圍內(nèi)。

根據(jù)示例性實施例，液體疏水組分包含擁有以下基團中的一種或多種材料：包含-ch2-單元、-chf-單元、-cf2-單元、-cf3-單元、-chcl-單元、-c(cl)2-單元和/或-c(cl)3-單元的液體氟化或氯化烴；和環(huán)狀、線型或支化的液體有機聚硅氧烷。

根據(jù)示例性實施例，液體疏水組分具有依照din53019在20℃下測得的在從50cst至10000cst的范圍內(nèi)、優(yōu)選地在從100cst至10000cst的范圍內(nèi)并且最優(yōu)選地在從40cst至1000cst的范圍內(nèi)的粘度。

根據(jù)示例性實施例，液體有機聚硅氧烷對應(yīng)于通式(iii)：

其中

r彼此獨立的是含有1～8個碳原子的無取代或氯代或氟代烷基、(c1-c4-烷基)芳基或芳基；

r1每次出現(xiàn)時獨立的具有r或r2的定義之一，連接到不同si原子上的兩個末端取代基r1可以被合到一起成為一個氧原子(即環(huán)狀化合物)；

r2具有r的定義之一，或是氫或基團-(a)r-ch＝ch2；

a是基團-csh2s-，式中

s是從1至6的整數(shù)；

r是0或1；

m是從0至5000；

n是從0至100；

非環(huán)狀化合物的[m+n]的總和為至少20，并且分子中的基團-[si(r)(r)o]-和-[si(r1)(r2)o]-的順序是任意的。

根據(jù)示例性實施例，液體有機聚硅氧烷的量在電絕緣材料的總重量的從0.1％至15％的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在電絕緣材料的總重量的從0.25％至10％的范圍內(nèi)并且最優(yōu)選地在從5％至10％的范圍內(nèi)。

根據(jù)示例性實施例，提供了一種用于制備具有如上面提到的電絕緣材料的電絕緣元件的方法，包括步驟：a)將電絕緣材料的各組分以任何期望的順序混合以得到混合物；b)將來自步驟a)的混合物放入布拉本德(brabender)混合器或擠出機中以便以熔融狀態(tài)共混，c)將來自步驟b)的混合物切割成顆粒；和d)將來自步驟c)的顆粒放入注塑機中以生產(chǎn)出電絕緣元件的所期望的形狀。

基于飽和苯乙烯嵌段共聚物的電絕緣材料具有良好的疏水性能、耐漏電起痕和電蝕損性和熱穩(wěn)定性。同時，與硅橡膠相比，它具有較低的介電常數(shù)和介電損耗。此外，該材料的成本遠低于硅橡膠。更重要的是該材料的加工優(yōu)勢。因為飽和苯乙烯嵌段共聚物是熱塑性材料，所以可以通過注塑成型或擠出的方式進行加工，這比需要交聯(lián)步驟的硅橡膠的加工工藝要簡單并快捷得多。因此，加工成本和產(chǎn)品成本都可以大大地降低。

具體實施方式

在下文中，將在描述本公開的機制和精神時參考示例性實施例。應(yīng)理解的是，這些實施例僅僅是被提供以便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解并進而實現(xiàn)本公開，而不是以任何方式限制本公開的范圍。

電絕緣材料包含基體組分、填料組分和液體疏水組分。基體組分包括飽和苯乙烯嵌段共聚物。飽和苯乙烯嵌段共聚物可以是苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，即sebs；苯乙烯-乙烯-丙基-苯乙烯嵌段共聚物，即seps；或sebs和seps的混合物。

sebs的通式示出如下：

其中m、n、p和q的指數(shù)可以是任何整數(shù)，并且聚合物包括無規(guī)共聚物嵌段。

seps的通式示出如下：

其中m、n、p和q的指數(shù)可以是任何整數(shù)，并且聚合物包括無規(guī)共聚物嵌段。

這種基體材料顯示出良好的柔韌性能、拉伸強度性能、抗uv性能、疏水性能、穩(wěn)定性能和抗老化性能，并且適合用作電絕緣材料的基體材料。

為了改善材料的介電性能、耐漏電起痕和電蝕損能力、阻燃能力、疏水性恢復(fù)能力和機械性能，可以將一些填料添加到電絕緣材料中。填料組分的量為電絕緣材料的總重量的至多85％，優(yōu)選地在電絕緣材料的總重量的從5％至85％的范圍內(nèi)、更優(yōu)選地在從40％至80％的范圍內(nèi)、更優(yōu)選地在從50％至80％的范圍內(nèi)并且最優(yōu)選地在從50％至70％的范圍內(nèi)。

為了改善耐漏電起痕和電蝕損能力，可以添加以下填料中的至少一個：天然純化砂、氧化硅(諸如干二氧化硅粉末)、氫氧化硅；氧化鋁、氫氧化鋁；氧化鈦、氫氧化鈦、硼酸鋅、氧化鋅、氫氧化鋅、包括硅酸鈉和硅酸鉀的硅酸鹽和硅鋁硅酸鹽、包括鈣-鎂碳酸鹽和鈣-硅-鎂碳酸鹽的礦物碳酸鹽。

為了改善材料的疏水性恢復(fù)，可以添加一些填料用于吸附液體疏水組分。這種填料可以選自以下中的至少一種：包括基于鋁硅酸鹽或其他堿土金屬的隕硫鐵(trolites)和沸石的地質(zhì)聚合物、納米二氧化硅、玻璃、云母、陶瓷顆粒和有機填料，諸如ptfe粉末。這種填料可以在材料中保持更多的液體疏水組分，使得即使材料的最外表面上的液體疏水組分歸因于惡劣的環(huán)境(例如，歸因于雨水的沖洗或灰塵的清除)而損耗，吸附在該填料中的液體疏水組分也可以滲入材料的最外表面以恢復(fù)疏水性。

還可以添加其他填料以在以上方面和其他方面進一步改善材料的性能，諸如阻燃能力和機械性能。這種填料可以選自以下中的至少一種：氧化鋅、氫氧化鋅、硼酸鋅、三水合氧化鋁、礦物碳酸鹽和其他有機填料。

為了更好的疏水性恢復(fù)能力，液體疏水組分的量在電絕緣材料的總重量的從1％至15％的范圍內(nèi)。用于吸附液體疏水組分的填料的量一般可以等于按重量計的液體疏水組分的量。

填料組分具有在從1.0μm至200μm的范圍內(nèi)、優(yōu)選地在從1μm至100μm的范圍內(nèi)并且更優(yōu)選地在從5μm至50μm的范圍內(nèi)、更優(yōu)選地在從5μm至40μm的范圍內(nèi)并且最優(yōu)選地在從5μm至35μm的范圍內(nèi)的平均粒徑。另外，優(yōu)選地，填料的晶粒中的至少50％的粒徑在以上范圍內(nèi)。

在示例性實施例中，液體疏水組分包含由以下構(gòu)成的組中的一個或多個材料：包含-ch2-單元、-chf-單元、-cf2-單元、-cf3-單元、-chcl-單元、-c(cl)2-單元和/或-c(cl)3-單元的液體氟化或氯化烴；和環(huán)狀、線型或支化的液體有機聚硅氧烷(也稱為硅油)。

優(yōu)選地，液體疏水組分具有依照din53019在20℃下測得的在從50cst至10000cst的范圍內(nèi)、優(yōu)選地在從100cst至10000cst的范圍內(nèi)并且最優(yōu)選地在從40cst至1000cst的范圍內(nèi)的粘度。

優(yōu)選地，液體有機聚硅氧烷對應(yīng)于通式(iii)：

其中

r彼此獨立的是含有1～8個碳原子的無取代的或氯化或氟化的烷基、(c1-c4-烷基)芳基或芳基；

r1每次出現(xiàn)時獨立的具有r或r2的定義之一，連接到不同si原子上的兩個末端取代基r1可以合到一起成為一個氧原子(即環(huán)狀化合物)；

r2具有r的定義之一，或是氫或基團-(a)r-ch＝ch2；

a是基團-csh2s-，式中

s是從1至6的整數(shù)；

r是0或1；

m是從0至5000；

n是從0至100；

非環(huán)狀化合物的[m+n]的總和為至少20，并且分子中的基團-[si(r)(r)o]-和-[si(r1)(r2)o]-的順序是任意的。

發(fā)現(xiàn)根據(jù)本公開的電絕緣材料中的有機聚硅氧烷和地質(zhì)聚合物(特別是和基于鋁硅酸鹽或其他堿土金屬的隕硫鐵(trolites)和沸石)的組合可以顯著地改善材料的疏水性恢復(fù)。

優(yōu)選地，液體有機聚硅氧烷的量在電絕緣材料的總重量的從0.1％至15％的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在電絕緣材料的總重量的0.25％至10％的范圍內(nèi)并且最優(yōu)選地在從5％至10％的范圍內(nèi)。

也可以將一些添加劑添加到電絕緣材料中。添加劑組分可以包括以下中的至少一個：抗氧化劑、相容劑、增塑劑、增韌劑和uv穩(wěn)定劑，其在本領(lǐng)域是公知的。

添加劑組分的量可以在電絕緣材料的總重量的從0.1％至10％的范圍內(nèi)。

在液體疏水組分、填料組分和添加劑組分的加入之后，材料中的基于苯乙烯嵌段共聚物的基體組分的量可以高達70重量％。

根據(jù)本公開的電絕緣材料可以用于生產(chǎn)電絕緣元件。用于制備電絕緣元件的方法可以包括步驟：a)將電絕緣材料的各組分以任何期望的順序混合以得到混合物；b)將來自步驟a)的混合物放入布拉本德(brabender)混合器或擠出機中以便以熔融狀態(tài)共混，c)將來自步驟b)的混合物切割成顆粒；和d)將來自步驟c)的顆粒放入注塑機中以生產(chǎn)出電絕緣元件的所期望的形狀。

根據(jù)本公開生產(chǎn)出的電絕緣材料和電絕緣元件的優(yōu)選用途是用于戶外使用的高電壓絕緣，尤其用于與高電壓線路相關(guān)聯(lián)的戶外絕緣體，如長桿、復(fù)合和帽型絕緣體，并且還用于中壓領(lǐng)域的基礎(chǔ)絕緣體，用于與絕緣體相關(guān)的戶外電力開關(guān)、測量傳感器、引線和過電壓保護器，用于開關(guān)柜構(gòu)造、電力開關(guān)、干式變壓器和電機，用于晶體管和其他半導(dǎo)體元件的涂層材料和/或用以浸漬電氣元件。本公開進一步涉及包含根據(jù)本公開的電絕緣元件的電氣制品。以下示例說明本公開。

示例1

從以下組分制備配方：100份sebs；140份氫氧化鋁；40份的干二氧化硅粉末(2000目)；20份硅油(10份50cst和10份300cst)；20份沸石粉末(500目)；0.3份抗氧化劑1010和0.5份uv穩(wěn)定劑ls791。

混合過程為1)將所有sebs和填料、添加劑放入傳統(tǒng)的高速混合器中；2)將a)的混合物放入brabender混合器或擠出機中以便以熔融狀態(tài)共混，并切成顆粒；3)將來自b)的顆粒放入注塑機中以生產(chǎn)出電絕緣元件的期望的形狀。

示例2

從以下組分制備配方：100份sebs；70份氫氧化鋁；20份硼酸鋅；3份氣相二氧化硅；10份硅油(5份50cst和5份500cst)；20份沸石粉末(500目)；0.3份抗氧化劑1076和0.5份uv穩(wěn)定劑uv326?；旌线^程與示例1相同。

示例3

從以下組分制備配方：100份seps；140份氫氧化鋁；40份的干二氧化硅粉末(2000目)；20份硅油(10份50cst和10份300cst)；20份沸石粉末(500目)；0.3份抗氧化劑1010和0.5份uv穩(wěn)定劑ls791?；旌线^程與示例1相同。

示例4

從以下組分制備配方：70份sebs和30份seps；70份氫氧化鋁；20份硼酸鋅；3份氣相二氧化硅；10份硅油(5份50cst和5份500cst)；20份沸石粉末(500目)；0.3份抗氧化劑1076和0.5份uv穩(wěn)定劑uv326?；旌线^程與示例1相同。

表1示出了分別根據(jù)示例1至4中討論的四個配方1至4的電絕緣材料和作為參考的普通硅橡膠的測試結(jié)果?？磥砀鶕?jù)以上示例的電絕緣材料與硅橡膠相比呈現(xiàn)出更好的機械性能、介電性能，同時滿足耐漏電起痕和電蝕損性要求。

表1

盡管已參照當前考慮的實施例描述了本公開，但應(yīng)該理解的是，本公開不限于所公開的實施例。相反，本公開旨在覆蓋落入所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同布置。所附權(quán)利要求的范圍符合最廣泛的解釋并且涵蓋所有這樣的修改和等同結(jié)構(gòu)與功能。