CN115505334B - 挤出涂覆用硅橡胶、耐高温耐火纤维绝缘套管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种挤出涂覆用硅橡胶、耐高温耐火纤维绝缘套管及其制作方法。其中，该挤出涂覆用硅橡胶包括以下原料：100重量份的甲基乙烯基硅橡胶生胶；5‑30重量份的改性用硅橡胶生胶；0.5‑4.0重量份的增粘剂；1.2‑6.5重量份的含氢硅油；0.005‑0.1重量份的反应抑制剂；以及0.01‑0.45重量份的催化剂。本发明技术方案通过采用无溶剂硅橡胶，无需二甲苯稀释硅胶，可以实现环保生产，避免了生产过程的环境污染，避免溶剂挥发对操作人员身体造成伤害。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘套管技术领域，具体为一种挤出涂覆用硅橡胶、耐高温耐火纤维绝缘套管及其制作方法。
背景技术
硅橡胶及硅树脂玻璃纤维套管，是以无碱玻璃纤维纱编织成套管，然后涂以有机硅树脂或硅橡胶，经高温硫化而制成，具有较高的电气绝缘性和耐热性。
现有的硅胶玻璃纤维套管的生产方式主要包括以下工艺过程：使用无碱玻璃纤维编织玻璃纤维胚管、通管、脱蜡定型、上胶槽上胶、长烘道硫化(该过程根据成品击穿电压的不同，会重复2-3次)、上盘以及裁切。
上述生产方式存在以下问题：
其一，玻璃纤维绝缘套管生产时耗能高，污染严重。现有技术中该产品上胶工序皆为在液体或者固体硅橡胶加入大量二甲苯进行稀释，然后将含有二甲苯的硅胶加入上胶槽中，在玻璃纤维胚管经过上胶槽后表面涂覆一层含有二甲苯溶剂的硅胶，再利用重力作用进行均匀覆盖，从而实现上胶涂覆的可行性。使用的硅胶原料产品中一般二甲苯溶剂的含量在40％-50％，部分二甲苯含量已超过70％，甚至达到85％的超高含量，在后续的100-250℃长烘道加热硫化过程中，所有的二甲苯有机溶剂全部挥发掉，对环境造成严重污染。而且在生产过程中，二甲苯溶剂稀释硅胶的配料工序，上胶的浸润工序中，刺激性的二甲苯溶剂的挥发都会给操作员工的身体造成伤害。
其二，生产效率低，现有技术中单根玻璃纤维套管的生产速率在 0.5-1m/min，原因是上胶工序中使用了含二甲苯溶剂的硅橡胶，硫化过程中二甲苯溶剂的挥发需要足够的时间，否则将造成硅胶玻璃纤维套管表面产品气泡，产品生产不合格。
其三，生产工序复杂，能源浪费严重；因为采用的是含溶剂的二甲苯稀释的硅胶，则一次性涂覆后玻璃纤维套管表面的硅胶层较薄，造成产品的击穿电压，柔韧性较差。因此该行业中，1.5kV电压等级及以下的一般上胶涂覆一次，烘道高温硫化烘烤一次；2.5-4kV电压等级的产品则需要至少2次的涂覆过程，2次的烘道高温硫化烘烤；4kV以上的电压等级则需要至少3次，甚至5 次的上胶涂覆，烘道高温硫化烘烤过程。这些繁杂的过程一方面造成了生产工艺的复杂性，影响生产效率，一方面烘道炉普遍在6m以上，烘道温度在200℃左右，由此造成了能源的极大浪费；
最后，现有技术中主要采取合成低粘度的无溶剂环保型硅树脂方式进行涂覆，实用性低(粘度低无法挤出)。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种挤出涂覆用硅橡胶，旨在解决现有技术中的挤出涂覆用硅橡胶需要二甲苯稀释，粘度低无法挤出的技术问题。
为实现上述目的，本发明提出的挤出涂覆用硅橡胶，包括以下原料：
100重量份的甲基乙烯基硅橡胶生胶；
5-30重量份的改性用硅橡胶生胶；
0.5-4.0重量份的增粘剂；
1.2-6.5重量份的含氢硅油；
0.005-0.1重量份的反应抑制剂；以及
0.01-0.45重量份的催化剂。
较优地，所述甲基乙烯基硅橡胶生胶选自乙烯基摩尔含量为0.03％-0.35％的乙烯基封端型甲基乙烯基硅橡胶生胶或乙烯基摩尔含量为0.8％-6.5％的甲基封端型甲基乙烯基硅橡胶生胶中的至少一种。
和/或，所述改性用硅橡胶生胶选自甲基硅树脂、乙烯基硅树脂或25℃下粘度低于100000mPa·s的液体聚硅氧烷中的至少一种。
可选地，所述增粘剂选自硼酸三乙酯、聚硼硅氧烷、硅烷偶联剂或聚异丁烯中的至少一种；所述催化剂为选自铂类催化剂、钯类催化剂或铑类催化剂中的至少一种；所述反应抑制剂至少包含乙炔基环己醇。
较优地，该挤出涂覆用硅橡胶还包括以下原料：
0-100重量份的填充剂；
和/或，0.1-5.0重量份的结构化控制剂；
和/或，10-60重量份的补强材料。
较优地，所述填充剂选自轻质碳酸钙、陶土或硅灰石中的至少一种；
和/或，所述补强材料为比表面积150m2/g以上的气相法或沉淀法二氧化硅；
和/或，所述结构化控制剂选自羟基硅油、六甲基环三硅氮烷或六甲基二硅氮烷中的至少一种。
本发明还提出一种耐高温耐火纤维绝缘套管，包括套管主体，还包括涂覆在所述套管主体表面上的硅橡胶层，所述硅橡胶层的制作材料包含如上所述的挤出涂覆用硅橡胶。
优选地所述套管主体为玄武岩纤维套管。
本发明还提出一种耐高温耐火纤维绝缘套管的制作方法，包括以下步骤：
制备挤出涂覆用硅橡胶：将所述挤出涂覆用硅橡胶的原料依次经过捏合混炼、真空处理、研磨、过滤、再混炼后，制得所述挤出涂覆用硅橡胶；
制作套管主体：以玄武岩纤维为原料制作套管主体；
挤出涂覆：将套管主体经过T型挤出机机头，使用拉伸机均匀拉伸，将所述挤出涂覆用硅橡胶置于硅橡胶挤出机中进行挤出涂覆生产，控制螺杆转速15-35转/分钟，挤出机头温度30℃以下，高温炉550℃-700℃，烘道炉温度在220℃-350℃之间；涂覆后得到所述耐高温耐火纤维绝缘套管。
较优地，制作套管主体包括以下步骤：玄武岩纤维编织成玄武岩纤维套管，然后经过通胚机器进行通管圆整；经过高温脱蜡炉，于500-600℃下脱蜡定型10-50分钟，制得套管主体。
较优地，制备挤出涂覆用硅橡胶包括以下步骤：先将配比量的甲基乙烯基硅橡胶生胶和改性用硅橡胶生胶加入到捏合机中，再分一次以上加入补强材料和结构化控制剂，每次加入后捏合10-20分钟，加入完毕后捏合混炼1-3 小时；再分一次以上加入配比量的增粘剂和填充剂，加入完毕后捏合混炼 0.5-1h；再于100-150℃温度下抽真空0.5-2h，真空度范围为-0.05～-0.1MPa，混合充分后将混炼物料过研磨机研磨，过滤，待冷却放置12h以上后加入配比量的含氢硅油、反应抑制剂及催化剂，于搅拌机混炼10-20分钟，混炼过程中保持温度在20℃以下。
本发明技术方案通过甲基乙烯基硅橡胶生胶、改性用硅橡胶生胶两种硅橡胶生胶辅以添加增粘剂、含氢硅油、反应抑制剂、催化剂，制备所得的挤出涂覆用硅橡胶的粘度高，便于挤出涂覆于套管上，涂覆效率高且涂覆厚度均匀，同时能保证被涂覆套管的力学性能。且本发明制备所得的挤出涂覆用硅橡胶属于无溶剂硅橡胶，无需二甲苯等有机溶剂稀释，可以实现环保生产，避免了生产过程的环境污染，避免溶剂挥发对操作人员身体造成伤害。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种挤出涂覆用硅橡胶。
在本发明实施例中，该挤出涂覆用硅橡胶，包括以下原料：100重量份的甲基乙烯基硅橡胶生胶；5-30重量份的改性用硅橡胶生胶；10-60重量份的补强材料；0.1-5.0重量份的结构化控制剂；0.5-4.0重量份的增粘剂；1.2-6.5重量份的含氢硅油；0.005-0.1重量份的反应抑制剂以及0.01-0.45重量份的催化剂。
本发明技术方案通过甲基乙烯基硅橡胶生胶、改性用硅橡胶生胶两种硅橡胶生胶辅以添加增粘剂、含氢硅油、反应抑制剂、催化剂，制备所得的挤出涂覆用硅橡胶的粘度高，便于挤出涂覆于套管上，涂覆效率高且涂覆厚度均匀，同时能保证被涂覆套管的力学性能。且本发明制备所得的挤出涂覆用硅橡胶属于无溶剂硅橡胶，无需二甲苯等有机溶剂稀释，可以实现环保生产，避免了生产过程的环境污染，避免溶剂挥发对操作人员身体造成伤害。
优选地，甲基乙烯基硅橡胶生胶选自乙烯基摩尔含量为0.03％-0.35％的乙烯基封端型甲基乙烯基硅橡胶生胶或乙烯基摩尔含量为0.8％-6.5％的甲基封端型甲基乙烯基硅橡胶生胶中的至少一种。
优选地，改性用硅橡胶生胶选自甲基硅树脂、乙烯基硅树脂或25℃下粘度低于100000mPa·s的液体聚硅氧烷中的至少一种。加入上述用量的改性用硅橡胶生胶的作用是调节该挤出涂覆用硅橡胶的力学性能，提高耐高温性能，且对成品的粘度影响较少，可用于调节粘度，这是由于成品的粘度优选稳定在4-8万mPa·s，该粘度的挤出涂覆用硅橡胶在挤出涂覆时加热后能够形成粘度合适的硅胶流体，能够形成厚度均一的涂层。
进一步地，该挤出涂覆用硅橡胶还包括0-100重量份的填充剂。填充剂具有以下至少一种作用：补强、增容、降低成本或改进加工性能。
优选地，填充剂选自轻质碳酸钙、陶土或硅灰石中的至少一种。
现有技术中关于轻质碳酸钙的定义是指相对密度为2.7-2.9克/立方厘米，沉降体积为2.4mL/g以上的碳酸钙，轻质碳酸钙起到填充增量作用。
陶土是主要由水云母、高岭石、蒙脱石、石英及长石所组成的粉砂-砂质粘土。陶土可选的种类有硬质陶土、软质陶土、活性陶土等，硬质陶土具有介于半补强炭黑和热裂法炭黑之间的补强效能。软质陶土只起增量作用。活性陶土补强性高于硬质陶土。
硅灰石粉为由天然硅灰石矿粉碎而成，二氧化硅含量51％，氧化钙含量 48％，呈针状结晶。粒径3.5-10μm，可对其表面进行改性处理，性能同碳酸钙类似，易混合加工，可缩短硫化时间，仅作填充增量剂使用。
优选地，补强材料为比表面积150m2/g以上的气相法或沉淀法二氧化硅，可以对硅橡胶的力学性能起到补强作用，进一步提升硅橡胶的拉伸强度等力学性能。
优选地，结构化控制剂选自羟基硅油、六甲基环三硅氮烷或六甲基二硅氮烷中的至少一种。结构化控制剂旨在消除硅橡胶-白炭黑体系结构化现象，避免由于白炭黑的表面活性羟基对硅橡胶分子的物理化学吸附而产生的胶料***、可塑性下降、逐渐丧失返炼和加工工艺性能的问题。
优选地，增粘剂选自硼酸三乙酯、聚硼硅氧烷、硅烷偶联剂或聚异丁烯中的至少一种；更优选为硅烷偶联剂A172，其作用是增大并调节成品粘度，满足挤出涂覆的工艺要求。
优选地，催化剂为选自铂类催化剂、钯类催化剂或铑类催化剂中的至少一种；更优选为铂金催化剂，催化剂起到反应催化的作用。
优选地，反应抑制剂至少包含乙炔基环己醇。乙炔基环己醇使催化剂在较低温度下失去催化作用，升高温度后催化剂又恢复催化活性。因此，在制备挤出涂覆用硅橡胶步骤中，温度较低，反应抑制剂使催化剂失去催化作用。在挤出涂覆步骤中，温度较高，催化剂恢复催化活性。
本发明还提出一种耐高温耐火纤维绝缘套管，该耐高温耐火纤维绝缘套管包括套管主体以及涂覆在套管主体表面上硅橡胶层，硅橡胶层的制作材料包含如上所述的挤出涂覆用硅橡胶，该挤出涂覆用硅橡胶的具体组分参照上述实施例，由于本耐高温耐火纤维绝缘套管采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，套管主体优选为玄武岩纤维套管。
在本发明中，玄武岩纤维套管由玄武岩纤维编织制作而成。玄武岩纤维强度及耐磨性高于无碱玻璃纤维，且耐火耐高温性能优异。同样将玄武岩纤维管和玻璃纤维管放置于本生灯燃烧器前端火焰中燃烧，玻璃纤维在几秒钟内会出现烧穿现象，而玄武岩纤维会只会像金属织物那样变的红热，即使延长燃烧时间，玄武岩纤维仍旧能保持其完整性，难以烧穿。
玄武岩的成纤过程比玻璃纤维对环境的影响更小。玄武岩本身属于惰性物质，在空气中与水不发生反应，为不燃、防爆物质。
原料制备方面，玄武岩纤维和玻璃纤维的制备过程类似，都是通过熔融拉丝进行纺纱，但是玄武岩的生产过程更加简单，原料单一，而玻璃纤维的成分中除了50％二氧化硅以外，还包括氧化硼、氧化铝等其他几种原料，即玄武岩纤维制备过程更加简单，能耗更少。
本发明还提出一种耐高温耐火纤维绝缘套管的制作方法，包括以下步骤：
制备挤出涂覆用硅橡胶：挤出涂覆用硅橡胶的原料依次经过捏合混炼、真空处理、研磨、过滤、再混炼后，制得所述挤出涂覆用硅橡胶；
制作套管主体：以玄武岩纤维为原料制作套管主体；
挤出涂覆：将套管主体经过T型挤出机机头，使用拉伸机均匀拉伸，将挤出涂覆用硅橡胶置于硅橡胶挤出机中进行挤出涂覆生产，控制螺杆转速 15-35转/分钟，挤出机头温度30℃以下，高温炉550℃-700℃，烘道炉温度在 220℃-350℃之间；涂覆后得到耐高温耐火纤维绝缘套管。
具体地，挤出涂覆形成的涂层厚度可以根据所需击穿电压或其他工艺需求而调节。示例性地，涂层厚度的厚度可以是0.05-1mm，具体可以是0.1mm、 0.2mm、0.3mm或者是0.4mm。
该制作方法通过带有T型机头的硅橡胶挤出机供胶涂覆，然后过高温炉定型，生产效率高。采用本发明制造方法可以实现单根玻璃纤维套管生产效率6m/min以上，而现有技术中的玻璃纤维套管的生产效率仅有0.5-1m/min，明显提高了生产效率，降低了成本。
本发明制作方法的挤出涂覆步骤采用的挤出涂覆用硅橡胶为无溶剂硅橡胶，无需二甲苯稀释硅胶，可以实现环保生产，避免了生产过程的环境污染和溶剂挥发导致伤害操作人员的身体的技术问题。采用挤出涂覆还解决了无溶剂硅橡胶粘度过高不适用于涂胶的技术问题。
挤出型涂覆可实现高电压等级2.5kV、4kV、7kV系列产品的一次性涂覆生产，只需要过一次高温炉表面定型以及一次烘道炉二次硫化，避免了大量的能源的浪费，尤其是电压等级越高，能源浪费越低。
较优地，制作套管主体包括以下步骤：玄武岩纤维编织成玄武岩纤维套管，然后经过通胚机器进行通管圆整；经过高温脱蜡炉，于500-600℃下脱蜡定型10-50分钟，制得套管主体。
较优地，制备挤出涂覆用硅橡胶包括以下步骤：先将配比量的甲基乙烯基硅橡胶生胶和改性用硅橡胶生胶加入到捏合机中，再分一次以上加入补强材料和结构化控制剂，每次加入后捏合10-20分钟，加入完毕后捏合混炼1-3 小时；再分一次以上加入配比量的增粘剂和填充剂，加入完毕后捏合混炼 0.5-1h；再于100-150℃温度下抽真空0.5-2h，真空度范围为-0.05～-0.1MPa，混合充分后将混炼物料过研磨机研磨，过滤以除掉杂质，待冷却放置12h以上后加入配比量的含氢硅油、反应抑制剂及催化剂，于搅拌机混炼10-20分钟，混炼过程中保持温度在20℃以下，即制得挤出涂覆用硅橡胶。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1-7的挤出涂覆用硅橡胶的原料组成如表1所示。
表1
实施例1-7中的耐高温耐火纤维绝缘套管的制作方法，步骤如下：
制备挤出涂覆用硅橡胶：先将配比量的甲基乙烯基硅橡胶生胶和改性用硅橡胶生胶加入到捏合机中，再分三次加入补强材料和结构化控制剂，每次加入后捏合15分钟，加入完毕后捏合混炼2小时；再分两次以上加入配比量的增粘剂和填充剂，加入完毕后捏合混炼0.7h；再于125℃温度下抽真空1h，真空度范围为-0.05～-0.1MPa，混合充分后将混炼物料过研磨机研磨，过滤，待冷却放置12h以上后加入配比量的含氢硅油、反应抑制剂及催化剂，于搅拌机混炼15分钟，混炼过程中保持温度在20℃以下即可制得挤出涂覆用硅橡胶；实施例1-7得到的挤出涂覆用硅橡胶的粘度在50000mPa·s-80000mPa·s，粘度高，便于后续挤出涂覆；
制作套管主体：玄武岩纤维编织成玄武岩纤维套管，然后经过通胚机器进行通管圆整；经过高温脱蜡炉，于550℃下脱蜡定型30分钟，制得套管主体；
挤出涂覆：将套管主体经过T型挤出机机头，使用拉伸机均匀拉伸，将挤出涂覆用硅橡胶置于硅橡胶挤出机中进行挤出涂覆生产，控制螺杆转速25 转/分钟，挤出机头温度30℃以下，高温炉650℃，烘道炉温度在220℃-350℃之间；涂覆后得到耐高温耐火纤维绝缘套管。
对实施例1-7制得的挤出涂覆用硅橡胶的热老化性能、耐火性能、冷弯曲性能和击穿电压进行测试，测试结果请参阅表2。
对比例
对比例为现有技术中的无碱玻璃纤维套管，通过市购获得。
表2
由表2可知，本发明的耐高温耐火纤维绝缘套管，其耐火性能相对于无碱玻璃纤维套管更好，证明采用玄武岩纤维套管提升了该绝缘套管的耐火性能。且绝缘套管还具备良好的耐热老化性能和冷弯曲性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种挤出涂覆用硅橡胶，其特征在于，包括以下原料：
100重量份的甲基乙烯基硅橡胶生胶；
5-30重量份的改性用硅橡胶生胶；
0.5-4.0重量份的增粘剂；
1.2-6.5重量份的含氢硅油；
0.005-0.1重量份的反应抑制剂；以及
0.01-0.45重量份的催化剂；
所述甲基乙烯基硅橡胶生胶为以乙烯基封端型甲基乙烯基硅橡胶生胶或甲基封端型甲基乙烯基硅橡胶生胶中的至少一种；
所述改性用硅橡胶生胶选自甲基硅树脂、乙烯基硅树脂或25℃下粘度低于100000mPa·s的液体聚硅氧烷中的至少一种；
所述挤出涂覆用硅橡胶的粘度为40000mPa·s至80000mPa·s。
2.如权利要求1所述的挤出涂覆用硅橡胶，其特征在于，所述甲基乙烯基硅橡胶生胶选自乙烯基摩尔含量为0.03％-0.35％的乙烯基封端型甲基乙烯基硅橡胶生胶或乙烯基摩尔含量为0.8％-6.5％的甲基封端型甲基乙烯基硅橡胶生胶中的至少一种。
3.如权利要求1所述的挤出涂覆用硅橡胶，其特征在于，所述增粘剂选自硼酸三乙酯、聚硼硅氧烷、硅烷偶联剂或聚异丁烯中的至少一种；所述催化剂为选自铂类催化剂、钯类催化剂或铑类催化剂中的至少一种；所述反应抑制剂至少包含乙炔基环己醇。
4.如权利要求1至3中任一项所述的挤出涂覆用硅橡胶，其特征在于，还包括以下原料：
0-100重量份的填充剂；
和/或，0.1-5.0重量份的结构化控制剂；
和/或，10-60重量份的补强材料。
5.如权利要求4所述的挤出涂覆用硅橡胶，其特征在于，所述填充剂选自轻质碳酸钙、陶土或硅灰石中的至少一种；
和/或，所述补强材料为比表面积150m2/g以上的气相法或沉淀法二氧化硅；
和/或，所述结构化控制剂选自羟基硅油、六甲基环三硅氮烷或六甲基二硅氮烷中的至少一种。
6.一种耐高温耐火纤维绝缘套管，包括套管主体，其特征在于，还包括涂覆在所述套管主体表面上的硅橡胶层，所述硅橡胶层的制作材料包含如权利要求1至5中任一项所述的挤出涂覆用硅橡胶。
7.如权利要求6所述的耐高温耐火纤维绝缘套管，其特征在于，所述套管主体为玄武岩纤维套管。
8.一种耐高温耐火纤维绝缘套管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备挤出涂覆用硅橡胶：将权利要求1至5任一项所述挤出涂覆用硅橡胶的原料依次经过捏合混炼、真空处理、研磨、过滤、再混炼后，制得所述挤出涂覆用硅橡胶，所述挤出涂覆用硅橡胶的粘度为40000mPa·s至80000mPa·s；
制作套管主体：以玄武岩纤维为原料制作套管主体；
挤出涂覆：将套管主体经过T型挤出机机头，使用拉伸机均匀拉伸，将所述挤出涂覆用硅橡胶置于硅橡胶挤出机中进行挤出涂覆生产，控制螺杆转速15-35转/分钟，挤出机头温度30℃以下，高温炉550℃-700℃，烘道炉温度在220℃-350℃之间；涂覆后得到所述耐高温耐火纤维绝缘套管。
9.如权利要求8所述的耐高温耐火纤维绝缘套管的制作方法，其特征在于，制作套管主体包括以下步骤：
玄武岩纤维编织成玄武岩纤维套管，然后经过通胚机器进行通管圆整；经过高温脱蜡炉，于500-600℃下脱蜡定型10-50分钟，制得套管主体。
10.如权利要求8或9所述的耐高温耐火纤维绝缘套管的制作方法，其特征在于，制备挤出涂覆用硅橡胶包括以下步骤：先将配比量的甲基乙烯基硅橡胶生胶和改性用硅橡胶生胶加入到捏合机中，再分一次以上加入补强材料和结构化控制剂，每次加入后捏合10-20分钟，加入完毕后捏合混炼1-3小时；再分一次以上加入配比量的增粘剂和填充剂，加入完毕后捏合混炼0.5-1h；再于100-150℃温度下抽真空0.5-2h，真空度范围为0.05～0.1MPa，混合充分后将混炼物料过研磨机研磨，过滤，待冷却放置12h以上后加入配比量的含氢硅油、反应抑制剂及催化剂，于搅拌机混炼10-20分钟，混炼过程中保持温度在20℃以下。
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