CN110204906A - 一种高分子复合防鸟伞罩及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高分子复合防鸟伞罩及其制备方法，通过将甲基乙烯基硅橡胶与丁苯橡胶、聚丙烯、二苯乙烯等组分共混，对甲基乙烯基硅橡胶基体进行改性，明显提高了橡胶基体的耐老化性和力学强度；向高分子基体中加入玄武岩纤维作为增强体，以提高基体材料的拉伸强度；将硅橡胶与纳米碳酸钙粉末共混，与单一组分的硅橡胶基体相比，原材料成本显著降低；使用硅烷类偶联剂处理玄武岩纤维、纳米碳酸钙粉末和阻燃剂，在基体中加入马来酸酐接枝聚丙烯相容剂，能有效解决各组分之间的相容性问题，制得的高分子防鸟伞罩完全可以满足使用要求。

Description

一种高分子复合防鸟伞罩及其制备方法
技术领域
本发明涉及高压输电线路上绝缘子保护装备技术领域，具体涉及一种高分子防鸟伞罩及其制备方法。
背景技术
近年来，由于鸟类活动引发的线路跳闸、接地故障等问题时常出现，鸟害引起的线路故障已成为威胁线路安全运行的重要因素之一，对居民生活、工厂生产的正常用电造成了严重影响。现有技术通常在绝缘子高压侧均压环上方15-20cm范围内的合适位置安装绝缘伞盖，以阻挡鸟粪、异物下落时接触或靠近绝缘子边缘，确保绝缘子串不发生短路、周围场强不发生畸变，从而避免发生因绝缘子串上方有鸟粪或者异物落下造成的放电跳闸故障。
中国专利CN201610004639.6公开了一种金具式防鸟伞罩，橡胶伞面完全包裹在金属骨架外，解决了上述伞罩强度低、易被破坏、使用寿命短的问题。但引入金属骨架作为伞罩的骨架，明显的提高了原材料成本，而且金属骨架容易发生锈蚀，一定程度上影响伞罩的使用寿命。
中国专利CN201010204167.1公开了一种防鸟硅橡胶复合绝缘子的制备方法，该发明将硅橡胶、白炭黑、二甲基硅油、羟基硅油、过氧二异丙苯、胺基苯甲酸甲酯混合制备防鸟硅橡胶复合绝缘子，产品中不含金属骨架，整体强度较低，因此，极易被鸟类、风沙等外力破坏，使用寿命较短，而且成本较高。
中国专利CN201510056447.5公开了一种抗风折的均压环防鸟害保护罩，保护罩整体为硅橡胶材质，准备通过在设计拉索结构实现在不改动原气动结构的情况下达到力结构平衡，以提高保护罩在风力较大地区的使用寿命。仅对产品结构进行调整，而未对材料本身进行改进，依然不能显著提升产品的使用寿命。
发明内容
本发明的目的使提供一种高分子复合防鸟伞罩及其制备方法，以克服上述现有技术存在的缺陷。通过将甲基乙烯基硅橡胶与丁苯橡胶、聚丙烯、二苯乙烯等组分共混，对甲基乙烯基硅橡胶基体进行改性，以提高橡胶基体的耐老化性和力学强度；同时，向高分子基体中加入玄武岩纤维作为增强体，以进一步提高基体材料的强度；将硅橡胶与聚丙烯、纳米碳酸钙粉末共混，以降低原材的成本；使用硅烷类偶联剂处理玄武岩纤维、纳米碳酸钙粉末，在基体中加入马来酸酐接枝聚丙烯相容剂，解决各组分之间的相容性问题，保证高分子防鸟伞罩满足使用要求；通过合理设计高分子复合材料共混体系，产品在模压过程中即完成硫化，脱模即为成品，简化了生产工艺、降低了生产成本。
本发明所述的高分子复合防鸟伞罩包括如下以重量份计算的组分：
所述改性甲基乙烯基硅橡胶的粘流温度为145-175℃；
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯相容剂，最小接枝率为1.2％；
所述玄武岩纤维、纳米碳酸钙和阻燃剂经过硅烷类偶联剂预处理；
所述玄武岩纤维的直径为5-20μm，长度为2-5mm；
所述阻燃剂为氧化铝、氢氧化镁、氧化锑中的一种；
所述紫外线吸收剂为水杨酸酯类、苯酮类、苯并***类中的一种；
所述抗氧剂为二烷基二硫代氨基甲酸锌、N-苯基-α-萘胺和烷基吩噻嗪中的一种；
所述的硫化剂为过氧化苯甲酰、2,4-二氯过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯中的一种；
优选地，所述抗氧剂、硫化剂和色母料的组分分别为1.2、1.2和2.4份；
优选地，所述玄武岩纤维的直径为18μm，长度为3mm；
优选地，所述阻燃剂为氧化铝；
优选地，所述紫外线吸收剂为水杨酸酯类；
本发明所述高分子复合防鸟伞罩的制备方法包括如下步骤：
(1)改性甲基乙烯基硅橡胶的制备：
配方包括如下以重量份计算的组分：甲基乙烯基硅橡胶35-55份、丁苯橡胶15-18份、二苯乙烯10-12份、二甲基硅油8-10份、聚丙烯20-30份、偶氮二异丁腈2-4份、三烯丙基异氰脲酸酯1-2份、过氧化二异丙苯0.2-1份；
改性甲基乙烯基硅橡胶的制备方法如下：
a.按组成原料的重量份将甲基乙烯基硅橡胶、丁苯橡胶、聚丙烯和二甲基硅油，在120-130℃下搅拌反应2-3h；
b.在步骤(a)混合料中按重量份加入二苯乙烯和偶氮二异丁腈，在130-145℃条件下搅拌反应3-5h；
c.在步骤(b)混合料中按重量份加入三烯丙基异氰脲酸酯和过氧化二异丙苯，在150-160℃条件下搅拌反应1-2h；
(2)按比例称取上述改性甲基乙烯基硅橡胶和玄武岩纤维、相容剂、纳米碳酸钙、阻燃剂、紫外线吸收剂、抗氧剂、硫化剂、色母料，加入到捏合机中混炼30-60min得到橡胶复合基体，控制温度不超过170℃；
(3)橡胶复合基体经过圆形口模挤出，按照生产需要裁剪成模压料坯；
(4)将模压料坯置于模具内进行模压成型，成型压力为4-6MPa，温度为190-200℃，保压时间为8-12min，脱模后自然冷却即得高分子防鸟伞罩成品。
其中，步骤(2)所得橡胶复合基体的粘流温度为162-213℃。
本发明的有益效果
(1)通过将甲基乙烯基硅橡胶与丁苯橡胶、聚丙烯、二苯乙烯等组分共混，对甲基乙烯基硅橡胶基体进行改性，明显提高了橡胶基体的耐老化性和力学强度；
(2)向高分子基体中加入玄武岩纤维作为增强体，以提高基体材料的强度；
(3)将硅橡胶与纳米碳酸钙粉末共混，与单一组分的硅橡胶基体相比，原材料成本显著降低；
(4)使用硅烷类偶联剂处理玄武岩纤维、纳米碳酸钙粉末和阻燃剂，在基体中加入马来酸酐接枝聚丙烯相容剂，解决各组分之间的相容性问题；
(5)通过合理设计高分子复合材料共混体系，产品在模压过程中一步完成硫化，脱模即为成品，省略了二次硫化工序，简化了生产工艺、降低了生产成本。
(6)本发明意料之外的发现，当抗氧剂、硫化剂和色母料的组分分别为1.2、1.2和2.4份，并且玄武岩纤维的直径为18μm，长度为3mm，同时阻燃剂为氧化铝、紫外线吸收剂为水杨酸酯类时，可显著提升产品的曲挠龟裂等级，并且压缩生热试验结果最佳。
具体实施方式
下面，对本发明的实施方式进行说明，以下实施例中各组分所称份数均为重量份。
实施例1：
改性甲基乙烯基硅橡胶的制备：
a.称取55份甲基乙烯基硅橡胶、15份丁苯橡胶、30份聚丙烯和8份二甲基硅油，在120℃下搅拌反应3h；
b.向步骤(a)混合料中加入12份二苯乙烯、4份偶氮二异丁腈，在130℃下搅拌反应5h；
c.在步骤(b)混合料中加入2份三烯丙基异氰脲酸酯和0.8份过氧化二异丙苯，在160℃条件下搅拌反应1h后，得到改性甲基乙烯基硅橡胶，改性橡胶的粘流温度为160℃。
称取改性甲基乙烯基硅橡胶80份、接枝率为1.5％的马来酸酐接枝聚丙烯相容剂15份、经过硅烷偶联剂处理的玄武岩纤维10份、经过硅烷偶联剂处理的纳米碳酸钙30份、经过硅烷偶联剂处理的氧化铝阻燃剂15份、紫外线吸收剂2-(2’-羟基-3’,5’-二叔苯基)-5-氯化苯并***1.5份、抗氧剂N-苯基-α-萘胺和烷基吩噻嗪1.2份、硫化剂2,4-二氯过氧化苯甲酰1份、色母料5份，加入到捏合机中混炼35min得到橡胶复合基体，控制温度不超过170℃，所得橡胶复合基体粘流温度为200℃。
高分子复合材料经过圆形口模挤出，按照生产需要裁剪成模压料坯。将模压料坯置于模具内进行模压成型，成型压力为6MPa，模压温度为200℃，保压时间为30min，脱模后自然冷却即得高分子防鸟伞罩成品。
实施例2：
本实施例中，未对甲基乙烯基硅橡胶进行改性，直接将甲基乙烯基硅橡胶与相容剂、玄武岩纤维、纳米碳酸钙等组分混合制备高分子防鸟伞罩产品，其余组分、生产工艺均与实施例1相同。
实施例3：
本实施例中，未向混合料中加入相容剂和玄武岩纤维，且纳米碳酸钙和阻燃剂未经过偶联剂处理，其余组分、生产工艺均与实施例2相同。
实施例4：
本实施例中，未向混合料中加入经过硅烷偶联剂改性的纳米碳酸钙，其余组分、生产工艺均与实施例1相同。
实施例5：
a.称取38份甲基乙烯基硅橡胶、18份丁苯橡胶、20份聚丙烯和10份二甲基硅油，在130℃下搅拌反应2h；
b.向步骤(a)混合料中加入10份二苯乙烯、2.5份偶氮二异丁腈，在142℃下搅拌反应3h；
c.在步骤(b)混合料中加入1份三烯丙基异氰脲酸酯和0.6份过氧化二异丙苯，在160℃条件下搅拌反应1h后，得到改性甲基乙烯基硅橡胶，改性橡胶的粘流温度为155-175℃。
称取改性甲基乙烯基硅橡胶100份、接枝率为1.2％的马来酸酐接枝聚丙烯相容剂12份、经过硅烷偶联剂处理的玄武岩纤维15份、经过硅烷偶联剂处理的纳米碳酸钙25份、经过硅烷偶联剂处理的氧化锑阻燃剂10份、紫外线吸收剂邻羟基苯甲酸苯酯1份、抗氧剂二烷基二硫代氨基甲酸锌1.2份、硫化剂过氧化二异丙苯1.2份、色母料3份，加入到捏合机中混炼50min得到橡胶复合基体，控制温度不超过170℃，所得橡胶复合基体粘流温度为162-201℃。
高分子复合材料经过圆形口模挤出，按照生产需要裁剪成模压料坯。将模压料坯置于模具内进行模压成型，成型压力为4MPa，模压温度为190℃，保压时间为20min，脱模后自然冷却即得高分子防鸟伞罩成品。
实施例6：
本实施例中，未对甲基乙烯基硅橡胶进行改性，直接将甲基乙烯基硅橡胶与相容剂、玄武岩纤维、纳米碳酸钙等组分混合制备高分子防鸟伞罩产品，其余组分、生产工艺均与实施例5相同。
实施例7：
本实施例中，未向混合料中加入相容剂和玄武岩纤维，且纳米碳酸钙和阻燃剂未经过偶联剂处理，其余组分、生产工艺均与实施例6相同。
实施例8：
本实施例中，未向混合料中加入经过硅烷偶联剂改性的纳米碳酸钙，其余组分、生产工艺均与实施例5相同。
实验例1：
对上述8组实施例所得产品进行性能测试，并计算各组产品的成本，具体结果如表1所示：
表1
由此可见，通过将将甲基乙烯基硅橡胶与丁苯橡胶、聚丙烯、二苯乙烯等组分共混，对甲基乙烯基硅橡胶基体进行改性，明显提高了橡胶基体的耐老化性和力学强度；向高分子基体中加入玄武岩纤维提高基体材料的拉伸强度；将硅橡胶与纳米碳酸钙粉末共混，与单一组分的硅橡胶基体相比，原材料成本显著降低；使用硅烷类偶联剂处理玄武岩纤维、纳米碳酸钙粉末和阻燃剂，在基体中加入马来酸酐接枝聚丙烯相容剂，能有效解决各组分之间的相容性问题，制得的高分子防鸟伞罩完全可以满足使用要求。
实施例9：
改性甲基乙烯基硅橡胶的制备：
a.称取55份甲基乙烯基硅橡胶、15份丁苯橡胶、30份聚丙烯和8份二甲基硅油，在120℃下搅拌反应3h；
b.向步骤(a)混合料中加入12份二苯乙烯、4份偶氮二异丁腈，在130℃下搅拌反应5h；
c.在步骤(b)混合料中加入2份三烯丙基异氰脲酸酯和0.8份过氧化二异丙苯，在160℃条件下搅拌反应1h后，得到改性甲基乙烯基硅橡胶，改性橡胶的粘流温度为150℃。
称取改性甲基乙烯基硅橡胶80份、接枝率为1.5％的马来酸酐接枝聚丙烯相容剂15份、经过硅烷偶联剂处理的玄武岩纤维10份、经过硅烷偶联剂处理的纳米碳酸钙30份、经过硅烷偶联剂处理的氧化铝阻燃剂15份、紫外线吸收剂邻羟基苯甲酸甲酯1.5份、抗氧剂二烷基二硫代氨基甲酸锌1.2份、硫化剂2,4-二氯过氧化苯甲酰1.2份、色母料2.4份，加入到捏合机中混炼35min得到橡胶复合基体，控制温度不超过158℃，所得橡胶复合基体粘流温度为180℃。
高分子复合材料经过圆形口模挤出，按照生产需要裁剪成模压料坯。将模压料坯置于模具内进行模压成型，成型压力为6MPa，模压温度为200℃，保压时间为30min，脱模后自然冷却即得高分子防鸟伞罩成品。
实验例2
橡胶老化试验，表面龟裂法，分别采用实施例1-9制得的高分子防鸟罩成品进行试验，每项产品重复3次，记录结果，试验方法按照GB/T 11206方法A，数据如表2所示：
表2
本实验例意料之外的发现，当玄武岩纤维的直径为18μm，长度为3mm，同时阻燃剂为氧化铝、紫外线吸收剂为邻羟基苯甲酸甲酯，并且抗氧剂为二烷基二硫代氨基甲酸锌1.2份、硫化剂为2,4-二氯过氧化苯甲酰1.2份、色母料2.4份时可显著提升产品的曲挠龟裂等级，提高使用寿命。

Claims (6)

1.一种高分子复合防鸟伞罩，其特征在于，包括如下以重量份计算的组分：
2.一种如权利要求1所述的高分子复合防鸟伞罩的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)改性甲基乙烯基硅橡胶的制备：
改性甲基乙烯基硅橡胶的配方包括如下以重量份计算的组分：甲基乙烯基硅橡胶35-55份、丁苯橡胶15-18份、二苯乙烯10-12份、二甲基硅油8-10份、聚丙烯20-30份、偶氮二异丁腈2-4份、三烯丙基异氰脲酸酯1-2份、过氧化二异丙苯0.2-1份；
改性甲基乙烯基硅橡胶的制备方法如下：
a.按组成原料的重量份称量甲基乙烯基硅橡胶、丁苯橡胶、聚丙烯和二甲基硅油，在120-130℃下搅拌反应2-3h；
b.在步骤(a)混合料中按重量份加入二苯乙烯和偶氮二异丁腈，在130-145℃条件下搅拌反应3-5h；
c.在步骤(b)混合料中按重量份加入三烯丙基异氰脲酸酯和过氧化二异丙苯，在150-160℃条件下搅拌反应1-2h；
(2)按比例称取上述改性甲基乙烯基硅橡胶和玄武岩纤维、相容剂、纳米碳酸钙、阻燃剂、紫外线吸收剂、抗氧剂、硫化剂、色母料，加入到捏合机中混炼30-60min得到橡胶复合基体，控制温度不超过170℃；
(3)橡胶复合基体经过圆形口模挤出，按照生产需要裁剪成模压料坯；
(4)将模压料坯置于模具内进行模压成型，成型压力为4-6MPa，温度为190-200℃，保压时间为8-12min，脱模后自然冷却即得高分子防鸟伞罩成品。
3.如权利要求2所述的高分子复合防鸟伞罩的制备方法，其特征在于，所述改性甲基乙烯基硅橡胶的粘流温度为145-175℃。
4.如权利要求2所述的高分子复合防鸟伞罩的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤(2)中所得橡胶复合基体的粘流温度为162-213℃。
5.如权利要求1所述的高分子复合防鸟伞罩，其特征在于，
所述玄武岩纤维的直径为5-20μm，长度为2-5mm；
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯相容剂，最小接枝率为1.2％；
所述玄武岩纤维、纳米碳酸钙和阻燃剂经过硅烷类偶联剂预处理；
所述阻燃剂为氧化铝、氢氧化镁、氧化锑中的一种；
所述紫外线吸收剂为水杨酸酯类、苯酮类、苯并***类中的一种；
所述抗氧剂为二烷基二硫代氨基甲酸锌、N-苯基-α-萘胺和烷基吩噻嗪中的一种。
6.如权利要求1所述的高分子复合防鸟伞罩，其特征在于，
所述抗氧剂、硫化剂和色母料的组分分别为1.2、1.2和2.4份；
所述玄武岩纤维的直径为18μm，长度为3mm；
所述阻燃剂为氧化铝；
所述紫外线吸收剂为水杨酸酯类。
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