CN111171716A - 一种环氧化硅橡胶涂覆材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

一种环氧化硅橡胶涂覆材料及其制备方法与应用,以环氧化硅橡胶、硅树脂、白炭黑为主要原料而制得。利用具有流动性的加成型液体环氧化硅橡胶替代硅橡胶/甲苯稀溶液对玻璃纤维进行涂覆，本发明环氧化硅橡胶的环氧基团与玻璃纤维表面硅氧基团会形成大量的氢键，大大增加了环氧化硅橡胶与玻璃纤维之间的粘接作用，该工艺过程无需使用任何有机试剂，具有绿色环保、工艺简单、生产效率高等优点，完全消除了现有技术严重危害自然环境和人体健康的问题。

Description

一种环氧化硅橡胶涂覆材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于电气绝缘防护高分子材料领域，具体涉及一种环氧化硅橡胶涂覆材料及其制备方法与应用。
背景技术
有机硅材料是重要的工业基础原材料，也是汽车制造中不可缺少的重要材料之一。其中，硅橡胶材料具有电绝缘、耐高低温、耐老化、耐磨损等优异性能，在综合聚烯烃、热塑性弹性体材料优点的同时弥补它们的不足，且可以减轻汽车重量和减少二氧化碳排放，是新能源汽车电池、电机、电控等电气***首选的防护材料。
硅橡胶涂覆纤维套管由于具有耐温、绝缘、耐油、难燃等优异特性，已经被广泛用于新能源汽车、高速列车、电子电器、电机电控等领域。现有的硅橡胶涂覆玻纤套管采用高纯度无碱玻璃纤维编制成管，再在其管外壁涂覆硅橡胶经高温硫化处理而制成。其中，涂覆工艺需要硅橡胶具有较低的粘度，因此常采用甲苯等有机溶剂进行溶解，但有机溶剂会在涂覆或硫化过程中会挥发而对环境造成严重危害。另外，玻璃纤维必须进行特殊表面处理才能获得良好的粘接效果，工艺繁琐复杂且能耗高。因此，如何解决和改善现有硅橡胶涂覆纤维套管的工艺配方中存在的问题已经迫在眉睫。
发明内容
针对上述技术现状，本发明提供了一种环氧化硅橡胶涂覆材料及其制备方法与应用，其目的是为了解决现有硅橡胶涂覆纤维套管制备过程中存在的环保和高能耗问题。
为达到上述目的，本发明光交联有机硅涂覆材料采用的技术方案是：一种环氧化硅橡胶涂覆材料，按照质量份数计，其配方如下：
环氧化硅橡胶 100份；
硅树脂 5-60份；
白炭黑 2-50份；
交联剂 2-10份；
催化剂 0.5-5份；
色膏 0-15份。
其中：
所述环氧化硅橡胶为端基或侧基含环氧基的乙烯基硅橡胶；其动力粘度为300～20000mPa•s，环氧基浓度为0.01-0.25mol/kg，乙烯基浓度为0.005-0.20mol/kg；
所述硅树脂为乙烯基硅树脂和乙烯基MQ硅树脂中的一种或两种以上按任意比例的混合物，其动力粘度为300～20000mPa•s，M/Q的摩尔比为0.1～1.5，其中，M表示单官能团Si-O单元，Q表示四官能团Si-O单元；
所述交联剂为线性甲基氢聚硅氧烷、环状甲基氢聚硅氧烷、含硅氢基的MQ硅树脂中的一种或两种以上按任意比例的混合物，其粘度为10～100mPa•s，SiH/SiVi的摩尔比为1.0-2.2；
所述催化剂为铂-硅氧烷配合物、铂-炔烃基配合物、醇改性氯铂酸中的一种或两种以上按任意比例的混合物。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1．上述方案中，所述催化剂中，铂的质量分数为催化剂的0.1%-1.5%。针对催化剂，采用炔醇类化合物、多乙烯基聚硅氧烷、酰胺类化合物或马来酸酯类化合物来控制铂催化剂的硫化速度和改善涂覆材料的储存稳定性。
2．上述方案中，所述白炭黑为气相法白炭黑，其比表面积为100-500m2/g。针对气相法白炭黑，采用六甲基二硅氮烷和水对气相法白炭黑进行表面疏水处理，其中，六甲基二硅氮烷为1-10份，水为0.5-4份。
为达到上述目的，本发明光交联有机硅涂覆材料制备方法采用的技术方案是：一种环氧化硅橡胶涂覆材料的制备方法，在上述环氧化硅橡胶涂覆材料配方基础上，按如下步骤进行制备：
第一步，将环氧化硅橡胶、硅树脂、白炭黑加入至捏合机中进行混炼，混合均匀后，制得环氧化硅橡胶涂覆基料；
第二步，取第一步制得的一部分环氧化硅橡胶涂覆基料，对其中加入交联剂，混合均匀后，配成涂覆基料A；
第三步，取第一步制得的另一部分环氧化硅橡胶涂覆基料，对其中加入催化剂，混合均匀后，配成涂覆基料B；
第四步，将第二步制得的涂覆基料A与第三步制得的涂覆基料B加入机械搅拌器中进行混合，混合均匀，制得环氧化硅橡胶涂覆料。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1．上述方案中，第四步中，先将第二步制得的涂覆基料A中加入色膏搅拌均匀，然后与第三步制得的涂覆基料B加入机械搅拌器中进行混合。
2．上述方案中，在第一步中，混合温度为50～150℃，混合时间为10～60min，转子转速60～200rpm；
在第二步中，混合温度为25-80℃，混合时间为10-60min，转子转速为40-120rpm；
在第三步中，混合温度为30～80℃，混合时间为10～60min，转子转速为40～120rpm；
在第四步中，混合温度为25～50℃，混合时间为10～60min，转子转速为100～1000rpm，涂覆基料A与涂覆基料B的质量比为1:2-1:15。
为达到上述目的，本发明纤维套管涂覆处理方法采用的技术方案是：一种纤维套管的涂覆处理方法，其特征在于：将纤维套管通过装有上述制得的环氧化硅橡胶涂覆料的容器，并且通过调控该容器底部设置的贯穿孔孔径大小来控制纤维套管表面的涂覆料厚度进而控制涂覆量，在高温热风通道中进行硫化，制得硅橡胶涂覆纤维套管，其中，热风温度为120-200℃，硫化时间为3-30min，其中，热风通道设置为三段温度加热，即第一段、第二段、第三段热风温度依次升高，以确保硅橡胶涂覆表面平整和涂覆层硫化充分。
由于上述技术方案的运用，与现有技术相比，本发明的环氧化硅橡胶涂覆料采用环氧化硅橡胶、硅树脂、白炭黑为主要原料而制得，具有如下优点：
1．本发明利用具有流动性的加成型液体环氧化硅橡胶替代硅橡胶稀释溶液对玻璃纤维进行涂覆，该工艺过程无需使用任何有机试剂，具有绿色环保、工艺简单、生产效率高等优点，完全消除了现有技术严重危害自然环境和人体健康的问题。
2．本发明环氧化硅橡胶的环氧基团与玻璃或石英纤维表面硅氧基团会形成大量的氢键，大大增加了环氧化硅橡胶与玻璃或石英纤维之间的粘接作用，因此玻璃或石英纤维基材可不需进行特殊表面处理，同时配方中也无需添加增粘剂，便可直接进行涂覆工艺，避免玻璃或石英纤维表面需进行化学刻蚀、高温灼烧等复杂预处理。
3．本发明制备的硅橡胶涂覆纤维套管产品性能十分突出，其耐热性超过C级高温等级，即可在高于250℃环境下长期工作，并兼具耐老化、高强度、耐久性、绝缘、防火等特性。
总之，本发明采用环氧化硅橡胶、硅树脂、白炭黑为主要原料，利用具有流动性的加成型液体环氧化硅橡胶替代硅橡胶/甲苯稀溶液对玻璃纤维进行涂覆，玻璃纤维等基材不必做特殊表面处理也能获得优异的粘接效果，因此该生产技术具有绿色环保、工艺简单、生产成本低、生产效率高等优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例1-5：一种环氧化硅橡胶涂覆材料的原材料组成如表1所示，表1中的原材料组成数值均为质量份数。
表1 为实施例1-5一种环氧化硅橡胶涂覆材料的原料配方：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
环氧化硅橡胶 100份 100份 100份 100份 100份
硅树脂 57份 45份 10份 34 22份
白炭黑 35份 13份 46份 6份 28份
交联剂 7份 10份 2份 4份 9份
催化剂 0.6份 3.4份 5份 1.3份 2.1份
色膏 0 13 4 10 7
上述表1中的原材料名称和特性说明如下：
1.所述环氧化硅橡胶为端基或侧基含环氧基的乙烯基硅橡胶；其动力粘度为300～20000 mPa•s，环氧基浓度为0.01-0.25mol/kg，乙烯基浓度为0.005-0.20mol/kg。
实施例1：采用端基含环氧基的乙烯基硅橡胶。
实施例2：采用端基含环氧基的乙烯基硅橡胶。
实施例3：采用侧基含环氧基的乙烯基硅橡胶。
实施例4：采用端基含环氧基的乙烯基硅橡胶。
实施例5：采用侧基含环氧基的乙烯基硅橡胶。
2.所述硅树脂为乙烯基硅树脂和乙烯基MQ硅树脂中的一种或两种以上按任意比例的混合物，其动力粘度为300～20000mPa•s，M/Q的摩尔比为0.1～1.5，其中，M表示单官能团Si-O单元，Q表示四官能团Si-O单元。
实施例1：采用乙烯基硅树脂。
实施例2：采用乙烯基硅树脂和乙烯基MQ硅树脂。
实施例3：采用乙烯基MQ硅树脂。
实施例4：采用乙烯基硅树脂和乙烯基MQ硅树脂。
实施例5：采用乙烯基硅树脂。
3.所述白炭黑为气相法白炭黑，其比表面积为100-500m2/g。针对气相法白炭黑，采用六甲基二硅氮烷和水对气相法白炭黑进行表面疏水处理，其中，六甲基二硅氮烷为1-10份，水为0.5-4份。
4.所述交联剂为线性甲基氢聚硅氧烷、环状甲基氢聚硅氧烷、含硅氢基的MQ硅树脂中的一种或两种以上按任意比例的混合物，其粘度为10～100mPa•s，SiH/SiVi的摩尔比为1.0-2.2。
实施例1：采用线性甲基氢聚硅氧烷。
实施例2：采用线性甲基氢聚硅氧烷。
实施例3：采用含硅氢基的MQ硅树脂。
实施例4：采用线性甲基氢聚硅氧烷和线性甲基氢聚硅氧烷。
实施例5：采用线性甲基氢聚硅氧烷和含硅氢基的MQ硅树脂。
4.所述催化剂为铂-硅氧烷配合物、铂-炔烃基配合物、醇改性氯铂酸中的一种或两种以上按任意比例的混合物。所述催化剂中，铂的质量分数为催化剂的0.1%-1.5%。
针对催化剂，采用炔醇类化合物、多乙烯基聚硅氧烷、酰胺类化合物或马来酸酯类化合物来控制铂催化剂的硫化速度和改善涂覆材料的储存稳定性。
所述炔醇类化合物具体为炔烃氧基硅烷、含炔烃氧基聚硅氧烷、炔醇/丙烯酸酯并用或者炔醇/胺并用；所述多乙烯基聚硅氧烷具体为甲基乙烯基环四硅氧烷或者甲基乙烯基二硅氧烷；所述酰胺类化合物具体为二烯丙基甲酰胺、二烯丙基苯甲酰胺或四烯丙基苯二甲酰胺；所述马来酸酯类化合物具体为马来酸单乙酯、马来酸单烯丙酯或者马来酸二烯丙酯。这些物质为铂催化剂的抑制剂，通过铂催化剂/抑制剂配比和抑制剂种类可以控制催化剂的活性，即确保催化剂在常温下的硫化速度慢，在高温下硫化速度快。
实施例6：一种环氧化硅橡胶涂覆材料的制备方法，其特征在于：在实施例1-5之一所述环氧化硅橡胶涂覆材料配方基础上，按如下步骤进行制备：
第一步，将环氧化硅橡胶、硅树脂、白炭黑加入至捏合机中进行混炼，混合均匀后，制得环氧化硅橡胶涂覆基料。在第一步中，混合温度为50～150℃，进一步优选为60～120℃；混合时间为10～60min，进一步优选为混合时间20～40min；转子转速60～200rpm，进一步优选为100～150rpm。
第二步，取第一步制得的一部分环氧化硅橡胶涂覆基料，对其中加入交联剂，混合均匀后，配成涂覆基料A。在第二步中，混合温度为25-80℃，进一步优选为35～50℃；混合时间为10-60min，进一优选为15～25min；转子转速为40-120rpm，进一步优选为60～80rpm。
第三步，取第一步制得的另一部分环氧化硅橡胶涂覆基料，对其中加入催化剂，混合均匀后，配成涂覆基料B。在第三步中，混合温度为30～80℃，进一步优选为35～50℃；混合时间为10～60min，进一优选为15～25min；转子转速为40～120rpm，进一步优选为60～80rpm。
第四步，先将第二步制得的涂覆基料A中加入色膏搅拌均匀，然后与第三步制得的涂覆基料B加入机械搅拌器中进行混合，混合均匀，制得环氧化硅橡胶涂覆料。在第四步中，混合温度为25～50℃，进一步优选为30～40℃；混合时间为10～60min，进一优选为15～25min；转子转速为100～1000rpm，进一步优选为300～800rpm；涂覆基料A与涂覆基料B的质量比为1:2-1:15。
实施例7：一种纤维套管的涂覆处理方法，其特征在于：将纤维套管通过装有权利要求7制得的环氧化硅橡胶涂覆料的容器，并且通过调控该容器底部设置的贯穿孔孔径大小来控制纤维套管表面的涂覆料厚度进而控制涂覆量，在高温热风通道中进行硫化，制得硅橡胶涂覆纤维套管，其中，热风温度为120-200℃，进一步优选为150～180℃；硫化时间为3-30min，进一步优选为5～15min，其中，热风通道设置为三段温度加热，即第一段、第二段、第三段热风温度依次升高，以确保硅橡胶涂覆表面平整和涂覆层硫化充分。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环氧化硅橡胶涂覆材料，其特征在于：按照质量份数计，其配方如下：
环氧化硅橡胶 100份；
硅树脂 5-60份；
白炭黑 2-50份；
交联剂 2-10份；
催化剂 0.5-5份；
色膏 0-15份；
其中：
所述环氧化硅橡胶为端基或侧基含环氧基的乙烯基硅橡胶；其动力粘度为300～20000mPa•s，环氧基浓度为0.01-0.25mol/kg，乙烯基浓度为0.005-0.20mol/kg；
所述硅树脂为乙烯基硅树脂和乙烯基MQ硅树脂中的一种或两种以上按任意比例的混合物，其动力粘度为300～20000mPa•s，M/Q的摩尔比为0.1～1.5，其中，M表示单官能团Si-O单元，Q表示四官能团Si-O单元；
所述交联剂为线性甲基氢聚硅氧烷、环状甲基氢聚硅氧烷、含硅氢基的MQ硅树脂中的一种或两种以上按任意比例的混合物，其粘度为10～100mPa•s，SiH/SiVi的摩尔比为1.0-2.2；
所述催化剂为铂-硅氧烷配合物、铂-炔烃基配合物、醇改性氯铂酸中的一种或两种以上按任意比例的混合物。
2.根据权利要求1所述的环氧化硅橡胶涂覆材料，其特征在于：所述催化剂中，铂的质量分数为催化剂的0.1%-1.5%。
3.根据权利要求2所述的环氧化硅橡胶涂覆材料，其特征在于：针对催化剂，采用炔醇类化合物、多乙烯基聚硅氧烷、酰胺类化合物或马来酸酯类化合物来控制铂催化剂的硫化速度和改善涂覆材料的储存稳定性。
4.根据权利要求3所述的有机硅液体涂覆材料，其特征在于：所述炔醇类化合物具体为炔烃氧基硅烷、含炔烃氧基聚硅氧烷、炔醇/丙烯酸酯并用或者炔醇/胺并用；所述多乙烯基聚硅氧烷具体为甲基乙烯基环四硅氧烷或者甲基乙烯基二硅氧烷；所述酰胺类化合物具体为二烯丙基甲酰胺、二烯丙基苯甲酰胺或四烯丙基苯二甲酰胺；所述马来酸酯类化合物具体为马来酸单乙酯、马来酸单烯丙酯或者马来酸二烯丙酯。
5.根据权利要求1所述的环氧化硅橡胶涂覆材料，其特征在于：所述白炭黑为气相法白炭黑，其比表面积为100-500m2/g。
6.根据权利要求5所述的环氧化硅橡胶涂覆材料，其特征在于：针对气相法白炭黑，采用六甲基二硅氮烷和水对气相法白炭黑进行表面疏水处理，其中，六甲基二硅氮烷为1-10份，水为0.5-4份。
7.一种环氧化硅橡胶涂覆材料的制备方法，其特征在于：在权利要求1所述环氧化硅橡胶涂覆材料配方基础上，按如下步骤进行制备：
第一步，将环氧化硅橡胶、硅树脂、白炭黑加入至捏合机中进行混炼，混合均匀后，制得环氧化硅橡胶涂覆基料；
第二步，取第一步制得的一部分环氧化硅橡胶涂覆基料，对其中加入交联剂，混合均匀后，配成涂覆基料A；
第三步，取第一步制得的另一部分环氧化硅橡胶涂覆基料，对其中加入催化剂，混合均匀后，配成涂覆基料B；
第四步，将第二步制得的涂覆基料A与第三步制得的涂覆基料B加入机械搅拌器中进行混合，混合均匀，制得环氧化硅橡胶涂覆料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：第四步中，先将第二步制得的涂覆基料A中加入色膏搅拌均匀，然后与第三步制得的涂覆基料B加入机械搅拌器中进行混合。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：
在第一步中，混合温度为50～150℃，混合时间为10～60min，转子转速60～200rpm；
在第二步中，混合温度为25-80℃，混合时间为10-60min，转子转速为40-120rpm；
在第三步中，混合温度为30～80℃，混合时间为10～60min，转子转速为40～120rpm；
在第四步中，混合温度为25～50℃，混合时间为10～60min，转子转速为100～1000rpm，涂覆基料A与涂覆基料B的质量比为1:2-1:15。
10.一种纤维套管的涂覆处理方法，其特征在于：将纤维套管通过装有权利要求7制得的环氧化硅橡胶涂覆料的容器，并且通过调控该容器底部设置的贯穿孔孔径大小来控制纤维套管表面的涂覆料厚度进而控制涂覆量，在高温热风通道中进行硫化，制得硅橡胶涂覆纤维套管，其中，热风温度为120-200℃，硫化时间为3-30min，其中，热风通道设置为三段温度加热，即第一段、第二段、第三段热风温度依次升高，以确保硅橡胶涂覆表面平整和涂覆层硫化充分。
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