一種耐電弧硅橡膠復(fù)合材料、制備方法及其用圖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種耐電弧硅橡膠復(fù)合材料、制備方法及其用途，更具體涉及一種輕質(zhì)耐電弧硅橡膠復(fù)合材料、制備方法及其用途。
【背景技術(shù)】
[0002]在高壓輸電絕緣子中，高溫硫化硅橡膠復(fù)合絕緣子在近年來得到了廣泛的應(yīng)用，相比傳統(tǒng)的玻璃和陶瓷絕緣子，高溫硫化硅橡膠復(fù)合絕緣子具有體積小、重量輕、便于運(yùn)輸和安裝，疏水性優(yōu)異、高強(qiáng)度和良好的耐老化性等特點(diǎn)，因而發(fā)展迅速。
[0003]目前的高溫硫化硅橡膠復(fù)合絕緣子主要由硅橡膠，填料及硫化劑混合熱硫化成型而成，其耐漏電起痕和電蝕損偏低，一般為交流1A4.5級(jí)，其應(yīng)用輸電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)為100kV以下，無法滿足100kV以上的直流特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用要求。而且，填料多為氫氧化鋁，其用于提高復(fù)合絕緣子的耐漏電起痕和電蝕損性能，由于具備良好的絕緣阻燃性能和低廉的價(jià)格而成為復(fù)合絕緣子中最常用的填料，但大量的填料加入會(huì)大大影響復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能和表面疏水性，并且高溫電弧燒蝕下氫氧化鋁釋放出的結(jié)合水在一定程度上會(huì)使復(fù)合絕緣子表面變得更加粗糙，從而影響復(fù)合絕緣子的使用壽命。因此，在提高復(fù)合絕緣子耐漏電起痕和電蝕損性能的基礎(chǔ)上，同時(shí)保證復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能和加工性能非常重要，因此提高填料在硅橡膠基體中的分散性，增強(qiáng)填料與硅橡膠基體的界面結(jié)合作用，是提高高溫硫化硅橡膠復(fù)合絕緣子材料性能的關(guān)鍵問題，這也是目前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0004]CN 103642247A公開了一種耐高溫絕緣硅橡膠，采用可溶性聚金屬有機(jī)硅氧烷和耐熱添加劑改善硅橡膠的耐高溫性能，制備的硅橡膠耐漏電起痕性可達(dá)到4.5KV以上。CN104610754A公開了一種復(fù)合絕緣子用的微納硅橡膠復(fù)合膠料及其制備方法，將微米和納米氫氧化鋁進(jìn)行復(fù)配來改善界面，提高耐漏電起痕性能，可達(dá)到1A4.5KV。但上述已有技術(shù)公開的硅橡膠的耐漏電起痕性能仍較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)已有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種輕質(zhì)耐電弧硅橡膠復(fù)合材料，其具有優(yōu)異的耐漏電起痕和電蝕損性能，同時(shí)具有高的機(jī)械性能、擊穿強(qiáng)度等電氣性能和阻燃性能及可加工性能，可用于特高壓直流輸電線路復(fù)合絕緣子的制備。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0007]—種輕質(zhì)耐電弧硅橡膠復(fù)合材料，其主要由如下原料制備得到:
[0008]⑷至少一種硅橡膠；
[0009](B)改性納米膨脹蛭石。
[0010]本發(fā)明組分(B)改性納米膨脹蛭石的加入可以改善硅橡膠的加工性能，可以充分發(fā)揮納米顆粒的納米效應(yīng)，增強(qiáng)界面結(jié)合，提高復(fù)合材料的機(jī)械性能，并同時(shí)提高復(fù)合材料的耐熱穩(wěn)定性，從而提高耐漏電起痕和電蝕損性能。此外，片層狀的膨脹蛭石還可以提高復(fù)合材料的阻燃性能。
[0011]優(yōu)選地，所述組分㈧的重量占組分㈧和組分⑶的重量總和的重量百分比為 61 ?91%，例如 62%、64%、67%、70%、73%、76%、79%、82%、85%、88%或 90%，優(yōu)選77 ?89%。
[0012]優(yōu)選地，所述組分(A)為甲基封端的甲基乙烯基硅橡膠或/和乙烯基封端的甲基乙稀基娃橡膠。
[0013]優(yōu)選地，所述甲基封端的甲基乙烯基硅橡膠和乙烯基封端的甲基乙烯基硅橡膠均獨(dú)立地為乙烯基含量為0.05%?0.11%、0.13%?0.19%、0.21 %?0.28%或0.30%?0.36%的硅橡膠中的任意一種或者至少兩種的混合物。
[0014]優(yōu)選地，所述組分(A)為甲基封端的甲基乙烯基硅橡膠或乙烯基封端的甲基乙烯基硅橡膠，所述硅橡膠的乙烯基含量為0.05%?0.11%或0.13%?0.19%，進(jìn)一步優(yōu)選0.06%?0.08%或 0.14%?0.16%。
[0015]優(yōu)選地，所述組分(A)為乙烯基含量分別為0.05%?0.09%和0.30%?0.36%的兩種甲基封端的甲基乙烯基硅橡膠的組合。
[0016]優(yōu)選地，所述組分(A)為乙烯基含量分別為0.05%?0.09%和0.30%?0.36%的兩種乙烯基封端的甲基乙烯基硅橡膠的組合。
[0017]優(yōu)選地，所述組分(A)為乙烯基含量為0.05%?0.09%的甲基封端的甲基乙烯基硅橡膠和乙烯基含量為0.30%?0.36%乙烯基封端的甲基乙烯基硅橡膠的組合。
[0018]優(yōu)選地，所述組分(A)為乙烯基含量為0.05%?0.09%的乙烯基封端的甲基乙烯基硅橡膠和乙烯基含量為0.30%?0.36%甲基封端的甲基乙烯基硅橡膠的組合。
[0019]當(dāng)所述組分(A)為兩種硅橡膠時(shí)，即為甲基封端的甲基乙烯基硅橡膠和乙烯基封端的甲基乙烯基硅橡膠時(shí)，各硅橡膠之間的混合比例不作限定，可以為任意比例。
[0020]優(yōu)選地，所述組分(B)改性納米膨脹蛭石的重量占組分(A)和組分(B)的重量總和的重量百分比為 9 ?39%，例如 10%、13%、16%、19%、22%、25%、28%、31%、33%、35%或 37%，優(yōu)選 11 ?23%。
[0021]優(yōu)選地，所述組分⑶主要由納米膨脹蛭石、帶有乙烯基的硅烷偶聯(lián)劑、固化劑以及助劑制備得到，所述納米膨脹蛭石、帶有乙烯基的硅烷偶聯(lián)劑、固化劑以及助劑的重量比為(6 ?29): (I ?4): (0.5 ?2.5): (1.5 ?3.5)，例如 7:2:1:1.5、8:2:1:1.8、10:1:2:2、12:2:2:3、15:3:1:3.5、18:1.5:2:2.5、22:2.5:1.5:2.5 或 24:3:2.5:3。
[0022]優(yōu)選地，所述帶有乙稀基的娃燒偶聯(lián)劑為乙稀基二甲氧基娃燒、乙稀基二乙氧基硅烷、乙烯基三(β -甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三叔丁基過氧硅烷或乙烯基三乙酰氧基硅烷中的任意一種或者至少兩種的混合物。
[0023]優(yōu)選地，所述固化劑為2，5- 二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧基)己烷。
[0024]優(yōu)選地，所述助劑為羥基硅油和/含氫硅油。
[0025]優(yōu)選地，所述組分(B)改性納米膨脹蛭石的制備方法包括以下步驟:
[0026]將納米膨脹蛭石、帶有乙烯基的硅烷偶聯(lián)劑、固化劑和助劑在球磨機(jī)中進(jìn)行球磨，得到改性納米膨脹蛭石。
[0027]優(yōu)選地，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200r/min?600r/min，優(yōu)選350r/min?550r/min，球磨時(shí)間為 20min ?720min，優(yōu)選 60min ?600min。
[0028]本發(fā)明采用球磨的方法制備改性納米膨脹蛭石，簡單易行，得到的產(chǎn)品分散均勻，對(duì)硅橡膠復(fù)合材料的性能提升更加優(yōu)異。
[0029]優(yōu)選地，所述納米膨脹蛭石的制備方法包括以下步驟:
[0030](I)將膨脹蛭石、正硅酸乙酯和低碳醇均勻混合，在酸性條件下，正硅酸乙酯發(fā)生水解反應(yīng)，將得到的產(chǎn)物球磨，得到二氧化硅改性膨脹蛭石；
[0031](2)將二氧化硅改性膨脹蛭石放入球磨機(jī)球磨(即干磨)，得到納米膨脹蛭石。
[0032]優(yōu)選地，所述納米膨脹蛭石的制備方法包括以下步驟:
[0033](I)將膨脹蛭石、正硅酸乙酯和無水乙醇均勻混合，然后調(diào)節(jié)溶液pH為2?5 (例如 2.3,2.6,2.9,3.2,3.5,3.8,4.1,4.4 或 4.7)，40°C?70°C下水浴攪拌，冷卻，過濾，洗滌至PH為中性，放入球磨機(jī)中濕磨，然后烘干，得到二氧化硅改性膨脹蛭石；
[0034](2)將二氧化硅改性膨脹蛭石再放入球磨機(jī)球磨，得到納米膨脹蛭石。
[0035]本發(fā)明通過采用正硅酸乙酯原位水解生成納米改性膨脹蛭石，并首先采用濕磨，再采用干磨得到納米膨脹蛭石，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)膨脹蛭石良好的粉碎，提升了其對(duì)硅橡膠復(fù)合材料的性能改進(jìn)效果。
[0036]優(yōu)選地，正硅酸乙酯和無水乙醇的摩爾比為1:2?1:30，例如1:4、1:6、1:9、1:12、1:15、1:18、1:21、1:24 或 1:27，優(yōu)選 1:5 ?1:20。
[0037]優(yōu)選地，膨脹蛭石和正硅酸乙酯的質(zhì)量比為1:1?1:9，例如1:2、1:3、1:4、1:5、1:6、1:7 或 1:8，優(yōu)選 1:2 ?1:6。
[0038]優(yōu)選地，通過加酸調(diào)節(jié)溶液pH至2?5，所述酸優(yōu)選為鹽酸，進(jìn)一步優(yōu)選為濃度為Imo I/L的鹽酸。
[0039]優(yōu)選地，步驟(I)攬摔30min ?480min，優(yōu)選 60min ?300min。
[0040]優(yōu)選地，步驟(I)用去離子水和無水乙醇洗至pH為7。
[0041 ] 優(yōu)選地，步驟(I)球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200?700r/min，優(yōu)選350r/min?600r/min，球磨時(shí)間為 10min ?500min，例如 150min、200min、250min、300min、350min、400min 或 450min，優(yōu)選 150min ?400min。
[0042]優(yōu)選地，步驟⑴烘干溫度為40?90°C。
[0043]優(yōu)選地，步驟(2)球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200?700r/min，優(yōu)選350r/min?600r/min，球磨時(shí)間為 20min ?720min，例如 50min、lOOmin、150min、200min、250min、300min、350min、400min、450min、500min、550min、600min 或 650min，優(yōu)選 60min ?600mino
[0044]優(yōu)選地，所述納米膨脹輕石的厚度為30nm?lOOnm，長度0.3 μ m?500 μ m，優(yōu)選0.5 μ m ?200 μ m。
[0045]優(yōu)選地，所述膨脹蛭石的制備方法包括以下步驟:
[0046]對(duì)蛭石礦進(jìn)行預(yù)處理:所述預(yù)處理包括將蛭石粉碎過篩，然后將蛭石粉放入9800?950°C加熱爐中加熱膨脹處理0.5?2min，研磨過篩，粒徑為250?600目。
[0047]優(yōu)選地，所述輕石礦原生粒徑為20 μ m?5_，優(yōu)選25 μ m?800 μ m，進(jìn)一步優(yōu)選29 μ m ?650 μ m。
[0048]本發(fā)明的目的之二在于提供一種如上所述的輕質(zhì)耐電弧硅橡膠復(fù)合材料的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0049]將組分(B)改性納米膨脹蛭石與組分(A)至少一種硅橡膠混煉，將得到的混煉膠硫化出片，得到輕質(zhì)耐電弧硅橡膠復(fù)合材料。
[0050]優(yōu)選地，通過密煉機(jī)、捏合機(jī)或開煉機(jī)進(jìn)行混煉。
[0051]優(yōu)選地，硫化溫度為160°C?170°C。
[0052]優(yōu)選地，所述組分(B)主要由納米膨脹蛭石、帶有乙烯基的硅烷偶聯(lián)劑、固化劑以及助劑制備得到，所述納米膨脹蛭石、帶有乙烯基的硅烷偶聯(lián)劑、固化劑以及助劑的重量比為(6 ?29): (I ?4): (0.5