CN108276772A - 一种电力绝缘橡胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力绝缘橡胶材料及其制备方法，涉及绝缘材料技术领域，该材料包括以下原料：活性纳米碳酸钙、钠基膨润土、聚亚苯基砜树脂、聚己二酸己二醇酯、硬脂酸钙、抗静电剂、交联剂、抗氧化剂和阻燃剂。其制备方法是通过对原料的混料及两段硫化制得的。本发明的电力绝缘橡胶材料制备简单方便，成本低廉，具有优异的电绝缘性、抗臭氧、耐紫外线、耐酸碱腐蚀、耐天候性和耐老化性，应用场合宽泛，使用寿命长，具有广阔的应用前景。

Description

一种电力绝缘橡胶材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及绝缘材料技术领域，具体是涉及一种电力绝缘橡胶材料及其制备方法。
背景技术
目前市场上的绝缘橡胶主要是乙丙橡胶，三元乙丙橡胶主链由化学性稳定的饱和烃组成，仅在侧链中含不饱和双键，故基本上属于种饱和型橡胶。由于分子结构内无极性取代基，分子间内聚能低，故分子链可在较宽的温度范围内保持柔顺性。其综合性能优良，居通用橡胶之首，可以作为轮胎胎侧、胶条和内胎以及汽车的零部件，还可以作电线、电缆***及高压、超高压绝缘材料。还可制造胶鞋、卫生用品等浅色制品，但是其本身特性存在的相容性、粘性差的缺陷导致制备工艺困难繁琐，成本较高，因此，研制出一种性能优良、制备简单方便的新型橡胶应用于电力绝缘材料领域相当有必要。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电力绝缘橡胶材料及其制备方法，该种橡胶材料制备简单方便，成本低廉，具有优异的电绝缘性、抗臭氧、耐紫外线、耐酸碱腐蚀、耐天候性和耐老化性，应用场合宽泛，使用寿命长，具有广阔的应用前景。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种电力绝缘橡胶材料，包括以下按重量份计的原料：改性复合橡胶160-200份、活性纳米碳酸钙10-20份、钠基膨润土6-10份、聚亚苯基砜树脂5-15份、聚己二酸己二醇酯4-8份、硬脂酸钙8-12份、抗静电剂1-3份、交联剂1-5份、抗氧化剂1-3份和阻燃剂1-3份；
上述的改性复合橡胶通过以下步骤制得的：取聚氨酯橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为18-24g/L聚氨酯橡胶溶液；取硅橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为20-30g/L硅橡胶溶液；向所述聚氨酯橡胶溶液中加入相当于其质量15-25％的N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌均匀后得混合液A；向所述硅橡胶溶液中加入相当于其质量10-20％的n-异丙基丙烯酰胺，搅拌均匀后得混合液B；将混合液A和混合液B混合，并加入引发剂在氮气气氛下加热反应，得混合液C；最后将混合液C加入沉淀剂进行沉析，并采用索氏提取器对沉析物进行抽提，抽提完毕即得。
进一步地，上述的橡胶材料包括以下按重量份计的原料：改性复合橡胶180份、活性纳米碳酸钙15份、钠基膨润土8份、聚亚苯基砜树脂10份、聚己二酸己二醇酯6份、硬脂酸钙10份、抗静电剂2份、交联剂3份、抗氧化剂2份和阻燃剂2份。
进一步地，上述的改性复合橡胶通过以下步骤制得的：取聚氨酯橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为21g/L聚氨酯橡胶溶液；取硅橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为25g/L硅橡胶溶液；向所述聚氨酯橡胶溶液中加入相当于其质量20％的N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌均匀后得混合液A；向所述硅橡胶溶液中加入相当于其质量15％的n-异丙基丙烯酰胺，搅拌均匀后得混合液B；将混合液A和混合液B混合，并加入引发剂在氮气气氛下加热反应，得混合液C；最后将混合液C加入沉淀剂进行沉析，并采用索氏提取器对沉析物进行抽提，抽提完毕即得，所述引发剂为羟基环已基苯基甲酮，所述沉淀剂为石油醚。
优选地，上述活性纳米碳酸钙通过以下步骤制得：将按重量份计算的纳米碳酸钙置于高速搅拌机中，加入相当于纳米碳酸钙质量1-3％的偶联剂KH550，之后在温度80-90℃条件下搅拌共混处理10-12min即得，其中，搅拌转速不低于600r/min。
优选地，上述抗静电剂采用乙氧基化烷基胺或乙氧基月桂酷胺。
优选地，上述的交联剂采用三羟甲基丙烷、间苯二甲胺或钛酸四正丁酯中的一种。
优选地，上述的抗氧化剂采用三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯或四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的一种。
优选地，上述的阻燃剂采用叔丁基化芳基磷酸酯、三羟甲基氧化磷或二苯基磷酸酯中的一种。
上述的一种电力绝缘橡胶材料的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)按所述重量份配比称取原料；
(2)先将改性复合橡胶、活性纳米碳酸钙、聚亚苯基砜树脂、聚己二酸己二醇酯、质量50％的硬脂酸钙和交联剂输送至双辊炼胶机中混炼30-35min，薄通2-3次；再将其它剩余原料加入到双辊炼胶机中混炼20-30min，薄通4-6次后打卷出片；
(3)将下片后的橡胶进行两段硫化处理即可；
①一段硫化：在平板硫化机上进行，硫化温度为125-135℃，硫化压力为8-10MPa，硫化时间为25-35min；
②二段硫化：在鼓风干燥箱中进行，硫化温度为145-155℃，硫化时间为80-100min。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的电力绝缘橡胶材料制备简单方便，生产工艺稳定，效率高，原料来源广泛，成本低廉，原料利用率高，无排放、无污染，不使用含有违禁化合物的原料，绿色环保，成品材料密度小，硫化过程中不产生任何对人体及环境有害的气体，生产可靠安全，适宜大规模工业化量产；
(2)本发明原料中所述的改性复合橡胶，相比现有的三元乙丙橡胶，综合性能同样优良，其在于解决了三元乙丙橡胶自身缺陷，无需利用粘合剂进行粘着，简化了生产工艺，从而避免了粘合剂仓储与劣化所可能引起的不良因素；
(3)本发明的电力绝缘橡胶材料电绝缘性、抗臭氧、耐紫外线、耐酸碱腐蚀、耐天候性和耐老化性优异；提高加入耐高温聚亚苯基砜树脂，其耐高温性进一步提高，耐热极限可达160℃，另外，可耐酮、酯等极性溶剂，化学性能稳定；通过加入填料活性纳米碳酸钙和钠基膨润土，提高了材料的冲击弹性以及机械强度；加入的阻燃剂使其具有较好的阻燃能力，即使是在着火情况下，材料也具有较好的抑烟能力；该种橡胶材料应用场合宽泛，使用寿命长，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种电力绝缘橡胶材料，称取如下表1的原料进行制备：
表1
上述的改性复合橡胶通过以下步骤制得的：取聚氨酯橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为18g/L聚氨酯橡胶溶液；取硅橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为20g/L硅橡胶溶液；向聚氨酯橡胶溶液中加入相当于其质量15％的N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌均匀后得混合液A；向硅橡胶溶液中加入相当于其质量10％的n-异丙基丙烯酰胺，搅拌均匀后得混合液B；将混合液A和混合液B混合，并加入引发剂(羟基环已基苯基甲酮)在氮气气氛下加热反应，得混合液C；最后将混合液C加入沉淀剂(石油醚)进行沉析，并采用索氏提取器对沉析物进行抽提，抽提完毕即得。
上述活性纳米碳酸钙通过以下步骤制得：将10kg纳米碳酸钙置于高速搅拌机中，加入0.1kg的偶联剂KH550，之后在温度80℃条件下搅拌共混处理10min即得，其中，搅拌转速设定为600r/min。
一种电力绝缘橡胶材料的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将上述改性复合橡胶、活性纳米碳酸钙、聚亚苯基砜树脂、聚己二酸己二醇酯、质量50％的硬脂酸钙和交联剂输送至双辊炼胶机中混炼30min，薄通2次；再将其它剩余原料加入到双辊炼胶机中混炼20min，薄通4次后打卷出片；
(2)最后将下片后的橡胶进行下列两段硫化处理即可；
①一段硫化：在平板硫化机上进行，硫化温度为125℃，硫化压力为8MPa，硫化时间为25min；
②二段硫化：在鼓风干燥箱中进行，硫化温度为145℃，硫化时间为80min。
实施例2
一种电力绝缘橡胶材料，称取如下表2的原料进行制备：
表2
上述的改性复合橡胶通过以下步骤制得的：取聚氨酯橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为21g/L聚氨酯橡胶溶液；取硅橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为25g/L硅橡胶溶液；向所述聚氨酯橡胶溶液中加入相当于其质量20％的N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌均匀后得混合液A；向所述硅橡胶溶液中加入相当于其质量15％的n-异丙基丙烯酰胺，搅拌均匀后得混合液B；将混合液A和混合液B混合，并加入引发剂(羟基环已基苯基甲酮)在氮气气氛下加热反应，得混合液C；最后将混合液C加入沉淀剂(石油醚)进行沉析，并采用索氏提取器对沉析物进行抽提，抽提完毕即得。
上述活性纳米碳酸钙通过以下步骤制得：将15kg纳米碳酸钙置于高速搅拌机中，加入0.3kg的偶联剂KH550，之后在温度85℃条件下搅拌共混处理11min即得，其中，搅拌转速设定为800r/min。
一种电力绝缘橡胶材料的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将上述改性复合橡胶、活性纳米碳酸钙、聚亚苯基砜树脂、聚己二酸己二醇酯、质量50％的硬脂酸钙和交联剂输送至双辊炼胶机中混炼35min，薄通3次；再将其它剩余原料加入到双辊炼胶机中混炼25min，薄通5次后打卷出片；
(2)最后将下片后的橡胶进行下列两段硫化处理即可；
①一段硫化：在平板硫化机上进行，硫化温度为130℃，硫化压力为9MPa，硫化时间为30min；
②二段硫化：在鼓风干燥箱中进行，硫化温度为150℃，硫化时间为90min。
实施例3
一种电力绝缘橡胶材料，称取如下表3的原料进行制备：
表3
上述的改性复合橡胶通过以下步骤制得的：取聚氨酯橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为24g/L聚氨酯橡胶溶液；取硅橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为30g/L硅橡胶溶液；向所述聚氨酯橡胶溶液中加入相当于其质量25％的N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌均匀后得混合液A；向所述硅橡胶溶液中加入相当于其质量20％的n-异丙基丙烯酰胺，搅拌均匀后得混合液B；将混合液A和混合液B混合，并加入引发剂(羟基环已基苯基甲酮)在氮气气氛下加热反应，得混合液C；最后将混合液C加入沉淀剂(石油醚)进行沉析，并采用索氏提取器对沉析物进行抽提，抽提完毕即得。
上述活性纳米碳酸钙通过以下步骤制得：将20kg的纳米碳酸钙置于高速搅拌机中，加入0.6kg的偶联剂KH550，之后在温度90℃条件下搅拌共混处理12min即得，其中，搅拌转速设定为600r/min。
一种电力绝缘橡胶材料的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将上述改性复合橡胶、活性纳米碳酸钙、聚亚苯基砜树脂、聚己二酸己二醇酯、质量50％的硬脂酸钙和交联剂输送至双辊炼胶机中混炼35min，薄通3次；再将其它剩余原料加入到双辊炼胶机中混炼30min，薄通6次后打卷出片；
(2)最后将下片后的橡胶进行下列两段硫化处理即可；
①一段硫化：在平板硫化机上进行，硫化温度为135℃，硫化压力为10MPa，硫化时间为35min；
②二段硫化：在鼓风干燥箱中进行，硫化温度为155℃，硫化时间为100min。
材料性能测定
对上述实施例1-3制得橡胶材料进行有关绝缘性、耐温性、机械性能等性能测定，与下列对比例4进行比较，测定结果见下表4所示；
对比例4：一种电力绝缘橡胶材料，包括以下原料：三元乙丙橡胶、煅烧陶土、微细滑石粉、陶瓷玻璃粉、硫化剂过氧化二异丙苯、防老剂2-硫醇基苯并咪唑、偶联剂硅烷偶联剂KH172、阻燃剂氢氧化铝和增塑剂甘油。其制备方法是通过对上述原料的混炼及硫化制得的，其中，混炼时间至少需要6小时，硫化时间至少需要5小时。
表4
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电力绝缘橡胶材料，其特征在于，包括以下按重量份计的原料：改性复合橡胶160-200份、活性纳米碳酸钙10-20份、钠基膨润土6-10份、聚亚苯基砜树脂5-15份、聚己二酸己二醇酯4-8份、硬脂酸钙8-12份、抗静电剂1-3份、交联剂1-5份、抗氧化剂1-3份和阻燃剂1-3份；
所述改性复合橡胶通过以下步骤制得的：取聚氨酯橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为18-24g/L聚氨酯橡胶溶液；取硅橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为20-30g/L硅橡胶溶液；向所述聚氨酯橡胶溶液中加入相当于其质量15-25％的N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌均匀后得混合液A；向所述硅橡胶溶液中加入相当于其质量10-20％的n-异丙基丙烯酰胺，搅拌均匀后得混合液B；将混合液A和混合液B混合，并加入引发剂在氮气气氛下加热反应，得混合液C；最后将混合液C加入沉淀剂进行沉析，并采用索氏提取器对沉析物进行抽提，抽提完毕即得。
2.根据权利要求1所述的一种电力绝缘橡胶材料，其特征在于，包括以下按重量份计的原料：改性复合橡胶180份、活性纳米碳酸钙15份、钠基膨润土8份、聚亚苯基砜树脂10份、聚己二酸己二醇酯6份、硬脂酸钙10份、抗静电剂2份、交联剂3份、抗氧化剂2份和阻燃剂2份。
3.根据权利要求1所述的一种电力绝缘橡胶材料，其特征在于，所述改性复合橡胶通过以下步骤制得的：取聚氨酯橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为21g/L聚氨酯橡胶溶液；取硅橡胶溶于甲苯中，配制成浓度为25g/L硅橡胶溶液；向所述聚氨酯橡胶溶液中加入相当于其质量20％的N-乙烯基吡咯烷酮，搅拌均匀后得混合液A；向所述硅橡胶溶液中加入相当于其质量15％的n-异丙基丙烯酰胺，搅拌均匀后得混合液B；将混合液A和混合液B混合，并加入引发剂在氮气气氛下加热反应，得混合液C；最后将混合液C加入沉淀剂进行沉析，并采用索氏提取器对沉析物进行抽提，抽提完毕即得，所述引发剂为羟基环已基苯基甲酮，所述沉淀剂为石油醚。
4.根据权利要求1所述的一种电力绝缘橡胶材料，其特征在于，所述活性纳米碳酸钙通过以下步骤制得：将按重量份计算的纳米碳酸钙置于高速搅拌机中，加入相当于纳米碳酸钙质量1-3％的偶联剂KH550，之后在温度80-90℃条件下搅拌共混处理10-12min即得，其中，搅拌转速不低于600r/min。
5.根据权利要求1所述的一种电力绝缘橡胶材料，其特征在于，所述抗静电剂为乙氧基化烷基胺或乙氧基月桂酷胺。
6.根据权利要求1所述的一种电力绝缘橡胶材料，其特征在于，所述交联剂为三羟甲基丙烷、间苯二甲胺或钛酸四正丁酯中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种电力绝缘橡胶材料，其特征在于，所述抗氧化剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯或四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的一种。
8.根据权利要求1所述的一种电力绝缘橡胶材料，其特征在于，所述阻燃剂为叔丁基化芳基磷酸酯、三羟甲基氧化磷或二苯基磷酸酯中的一种。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的电力绝缘橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按所述重量份配比称取原料；
(2)先将改性复合橡胶、活性纳米碳酸钙、聚亚苯基砜树脂、聚己二酸己二醇酯、质量50％的硬脂酸钙和交联剂输送至双辊炼胶机中混炼30-35min，薄通2-3次；再将其它剩余原料加入到双辊炼胶机中混炼20-30min，薄通4-6次后打卷出片；
(3)将下片后的橡胶进行两段硫化处理即可；
①一段硫化：在平板硫化机上进行，硫化温度为125-135℃，硫化压力为8-10MPa，硫化时间为25-35min；
②二段硫化：在鼓风干燥箱中进行，硫化温度为145-155℃，硫化时间为80-100min。
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