一種高性能耐漏電起痕硅橡膠及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聚合物絕緣材料領(lǐng)域，特別是涉及硅橡膠絕緣材料領(lǐng)域，具體涉及一 種高性能耐漏電起痕硅橡膠及其制備方法。 技術(shù)背景
[0002] 工業(yè)和社會(huì)的發(fā)展推動(dòng)著絕緣材料不斷更新?lián)Q代。早期，高電壓環(huán)境下使用的絕 緣材料，幾乎都是陶瓷、玻璃等無機(jī)材料。陶瓷、玻璃絕緣材料雖然具有較好的電氣性能以 及長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但存在易破碎、不耐污、生產(chǎn)成本高、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。有機(jī)高分子絕 緣材料的出現(xiàn)很好的解決了上述問題。與陶瓷、玻璃相比，高分子材料獨(dú)特的性能特點(diǎn)，如 質(zhì)量小、成本低、疏水防污以及較好的力學(xué)性能等，使其能夠更好地滿足絕緣材料的性能要 求。其中，硅橡膠還具有優(yōu)良的耐老化性能、阻燃性能、耐高壓絕緣性、廣泛的溫度適應(yīng)性、 憎水及憎水迀移性等，在高壓絕緣領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。然而，不可避免的是，硅橡膠絕緣 材料在長期使用過程中會(huì)受到污穢、潮氣、鹽露以及其它化學(xué)品的污染，在外界強(qiáng)電場的作 用下，產(chǎn)生沿面泄漏電流及電弧反復(fù)放電，促使材料表面水分蒸發(fā)、炭化并形成導(dǎo)電通路 (即漏電起痕破壞），致使硅橡膠絕緣材料失效甚至燃燒。近年來，隨著環(huán)境問題（如霧霾、 酸雨、沙塵暴等）的日益惡化，以及電力系統(tǒng)中電壓等級(jí)的逐步提高，硅橡膠絕緣材料面臨 著嚴(yán)酷工作環(huán)境和高電壓等級(jí)的雙重考驗(yàn)，因其漏電起痕破壞導(dǎo)致電力電氣設(shè)備損壞、高 壓超高壓輸變電網(wǎng)大面積停電等事故頻繁發(fā)生，造成了惡劣的社會(huì)影響和巨額的財(cái)產(chǎn)損 失。因此，硅橡膠的耐漏電起痕性能和耐電蝕損性能亟待進(jìn)一步提高。
[0003] 目前，主要通過加入耐漏電起痕助劑的方法來改善硅橡膠的耐漏電起痕性能。常 用的耐漏電起痕助劑主要有氫氧化鋁、氧化鋁、二氧化鈦、鈦酸鋇、碳酸鋅和堿式碳酸鋅 等。中國發(fā)明專利申請CN104130580A采用氫氧化鋁、硼酸鋅以及三氧化二鋁等多種無 機(jī)填料復(fù)配填充，制備了一種耐漏電起痕的硅橡膠，但由于填料的添加量大、相容性差， 劣化了加工性能和力學(xué)性能。Lars E. Schmidt報(bào)道三聚氰胺氰尿酸鹽和白炭黑復(fù)配填 充也可以顯著提高硅橡膠耐漏電起痕性能和阻燃性能，但同樣存在相容性差、力學(xué)性能 惡化的問題（Tracking and erosion resistance of high temperature vulcanizing ATH-free silicone rubber, IEEE Transactions on Dielectric and Electrical Insulation, 2010, 17(2) :533-540)。中國發(fā)明專利申請CN103642247A采用聚金屬有機(jī)硅 氧燒、硅烷處理過的氛氧化錯(cuò)、納米 > 氧化錫等提尚娃橡Jj父體系相容性和耐漏電起痕性能， 制備了一種耐高溫絕緣硅橡膠，但存在填料添加量大、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。
[0004] 綜上所述，當(dāng)前關(guān)于耐漏電起痕硅橡膠取得了一些進(jìn)展，但現(xiàn)有的制備方法還存 在不足：耐漏電起痕助劑往往需要較大的添加量（>50wt% )才能達(dá)到滿意的耐漏電起痕效 果，嚴(yán)重?fù)p害了硅橡膠的加工性能和力學(xué)性能。這不僅大大限制了硅橡膠絕緣材料的應(yīng)用 范圍，還影響硅橡膠制品在長期運(yùn)行中的防護(hù)性能，存在一定的安全隱患。因此，研宄高效 耐漏電起痕添加劑，制備具有良好耐漏電起痕性能和力學(xué)性能的娃橡膠，具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有耐漏電起痕硅橡膠的缺點(diǎn)，提供一種耐漏電起痕性能 和力學(xué)性能優(yōu)良的硅橡膠。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供所述高性能耐漏電起痕硅橡膠的制備方法。
[0007] 本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種高性能耐漏電起痕娃橡膠，以質(zhì)量份計(jì)，該耐漏電起痕娃橡膠原料組成為：
[0009]
[0010] 所述含氮硅烷的結(jié)構(gòu)式為下述中一種：
[0011]
[0012] R5CH2CH2CH2Si (OR3) 3_i (OR4) i
[0013] 其中 Rn 馬為-H、-(CH 2)nCH3、-Ph 或 _(CH2)nNHCmH2m+1，n、m 為 0 ~8 的整數(shù)；R3為-CH3或-CH 2CH3;R 4為-CH 2CH = CH2、-CH2CH = CHCH3或-CH 2CH = C (CH3) 2; i 為 0 ~3 ;R 5為-NHCONR1R2 或-NHC ( = NH) NR 況。
[0014] 所述鉑化合物為氯鉑酸的烯烴硅氧烷絡(luò)合物、氯鉑酸的四甲基二硅氧烷絡(luò)合物、 氯鉑酸的異丙醇溶液或氯鉑酸的四氫呋喃溶液；
[0015] 所述甲基乙烯基硅橡膠為乙烯基含量分別為0.04~0· IOmol %和0· 15~3mol % 的兩種甲基乙烯基硅橡膠，兩者質(zhì)量比為94:6~50:50 ;
[0016] 為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述鉑化合物的鉑濃度為1500~4000ppm。
[0017] 優(yōu)選地，所述甲基乙烯基硅橡膠的分子量50~65萬。
[0018] 優(yōu)選地，所述氣相法白炭黑的比表面積為180~380m2/g。
[0019] 優(yōu)選地，所述羥基硅油的羥基含量為4~8wt %。
[0020] 優(yōu)選地，所述含氫硅油的含氫量為0. 5~I. 5wt %。
[0021] 所述高性能耐漏電起痕硅橡膠的制備方法，包括如下步驟：
[0022] (1)在捏合機(jī)中將甲基乙烯基硅橡膠、氣相法白炭黑、羥基硅油、含氫硅油于室溫 下混煉均勻，再于150°C~180°C熱處理1~4h，抽真空混煉lh，冷卻到室溫，得到基礎(chǔ)膠 料；
[0023] (2)在開練機(jī)上將所述基礎(chǔ)膠料、含氮硅烷、鉑化合物以及2, 5-二甲基-2, 5-二叔 丁基過氧化己烷混煉均勻；然后于160~180°C硫化0. 1~0. 5h成型，180~220°C二段硫 化1~5h，得到所述硅橡膠。
[0024] 本發(fā)明中，鉑化合物與含氮硅烷對(duì)提高硅橡膠耐漏電起痕性能具有良好的協(xié)同作 用。這可能是鉑化合物在電弧放電產(chǎn)生的高溫下能夠催化硅橡膠分子鏈的交聯(lián)反應(yīng)，含氮 硅烷又可以通過配位作用提高鉑化合物的催化活性，從而有利于形成致密的阻隔層，抑制 了硅橡膠的降解，提高了硅橡膠的漏電起痕性能。
[0025] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 1、本發(fā)明克服了常用硅橡膠絕緣材料高填充量的缺點(diǎn)，通過添加少量的含氮硅烷 與鉑化合物，顯著提高了硅橡膠的耐漏電起痕性能，能夠通過1A4. 5級(jí)。
[0027] 2、本發(fā)明采用集中交聯(lián)和加入含氮硅烷與鉑化合物的方法制備硅橡膠，體系相容 性好，具有優(yōu)良的力學(xué)性能，克服了當(dāng)前耐漏電起痕硅橡膠力學(xué)性能較差的缺點(diǎn)。
[0028] 3、本發(fā)明的高性能耐漏電起痕硅橡膠原料易得，制備工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化 生產(chǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0029] 圖Ia為實(shí)施例1硅橡膠經(jīng)漏電起痕斜板試驗(yàn)后的樣品數(shù)碼照片。
[0030] 圖Ib為比較例1硅橡膠經(jīng)漏電起痕斜板試驗(yàn)后的樣品數(shù)碼照片。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但是本發(fā)明的 實(shí)施方式不限于此。
[0032] 實(shí)施例1
[0033] 將90質(zhì)量份0. 05mol%乙烯基含量的甲基乙烯硅橡膠（分子量56萬）、10質(zhì)量 份3mol %乙烯基含量的甲基乙烯基硅橡膠（分子量60萬）、40質(zhì)量份氣相法白炭黑（比 表面積260m3/g)、8質(zhì)量份羥基硅油（羥基含量6wt%)和0.6質(zhì)量份含氫硅油（氫含量 1. 2wt% )在捏合機(jī)中混合，室溫下混煉4h。再加熱至150°C繼續(xù)混煉2h，然后抽真空混煉 lh，冷卻至室溫，得到硅橡膠基礎(chǔ)膠。
[0034] 將上述基礎(chǔ)膠在開煉機(jī)上加入2. 5質(zhì)量份脲丙基三甲氧基硅烷（分子式=H2NCO NHCH2CH2CH2Si (OCH3)3)、0· 3質(zhì)量份氯鉑酸的二乙烯基四甲基二硅氧烷絡(luò)合物和2質(zhì)量份 2, 5-二甲基-2, 5-二叔丁基過氧化已烷，混煉均勻后出片。在165°C下分別硫化15min和 lOmin，分別制成6mm和Imm厚的膠片，再于200°C下二段硫化4h，得到用于耐漏電起痕和力 學(xué)性能測試的樣品。試樣性能如表1所示。
[0035] 從表1可以看出，比較例1~4均無法通過1A3. 5級(jí)的耐漏電起痕試驗(yàn)，3. 5kv的 測試電壓便可使其發(fā)生漏電起痕破壞。其中，比較例1硅橡膠漏電起痕試驗(yàn)后照片如圖Ib 所示。而實(shí)施例1的硅橡膠能夠通過1A4. 5級(jí)的耐漏電起痕試驗(yàn)，試驗(yàn)后照片如圖Ia所 示。表明不加或者單獨(dú)加入脲丙基三甲氧基硅烷或氯鉑酸的二乙烯基四甲基二硅氧烷絡(luò)合 物均無法使硅橡膠通過耐漏電起痕實(shí)驗(yàn)。只有脲丙基三甲氧基硅烷和氯鉑酸的二乙烯基四 甲基二硅氧烷絡(luò)合物復(fù)配，同時(shí)，采用兩種不同乙烯基含量的硅橡膠并用，才可以制備出耐 漏電起痕性能和力學(xué)性能優(yōu)異的硅橡膠。
[0036] 實(shí)施例2
[0037] 本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處是將90質(zhì)量份0.05mol %乙烯基含量與10質(zhì)量份 3mol %乙烯基含量的甲基乙烯基硅橡膠分別變換為50質(zhì)量份0. 07mol %乙烯基含量（分子 量60萬）和50質(zhì)量份0.25mol %乙烯基含量（分子量60萬）的甲基乙烯基硅橡膠，2. 5 質(zhì)量份脲丙基三甲氧基硅烷變換為1質(zhì)量份胺丙基三乙氧基硅烷（分子式A2N