复合绝缘子用高强度热硫化硅橡胶的研制(共6页).docx
精选优质文档-倾情为你奉上复合绝缘子用高强度热硫化硅橡胶的研制摘要:研究了氢氧化铝用量、硅烷偶联剂种类及用量对复合绝缘子用热硫化硅橡胶的阻燃性能、机械性能及耐电痕化的影响。结果表明:随着Al(OH)3用量的增加,硅橡胶的耐电痕化及垂直燃烧等级提高;当Al(OH)3的用量达到100份以上时,硅橡胶的的耐电痕化达到1A415级,垂直燃烧等级达到FV-0级;硅烷偶联剂种类及用量对绝缘子硅橡胶的阻燃及耐电痕化的影响不大,但对其机械性能影响较大;当Al(OH)3用量为120份、KH-560用量为3份时,热硫化硅橡胶的邵尔A硬度为71度、拉伸强度为515MPa、扯断伸长率为210%、撕裂强度为1519kN/m、垂直燃烧等级为FV-0级、耐电痕化达到1A415级、电气强度为22MV/m,体积电阻率为51010148#cm,介质常数为316,介质损耗因数为01016。关键词:氢氧化铝,绝缘子,热硫化硅橡胶,硅烷偶联剂 中图分类号:TQ 文献标识码:A 文章编号:1009-4369(2010)01-0019-04 复合绝缘子由玻纤复合材料芯棒和硅橡胶伞裙构成。与传统的瓷质绝缘子相比,复合绝缘子 具有质量轻、强度高、耐污闪能力强、无零值、制造工艺简单、运行维护方便等优点,近年来在我国发展十分迅猛。随着1000kV级交流输电线路对输变电设备要求的提高,高强度(拉伸强度大于510MPa)绝缘子的研发已成为必然趋势。硅橡胶伞裙在复合绝缘子芯棒的外面起承受高电场及保护芯棒的作用;因此,对硅橡胶的性能要求是电绝缘、耐电痕化、耐电弧、耐候、阻燃、耐低温及实用的物理机械性能。其中,耐电痕化是最重要的指标。硅橡胶是以Si)O)Si键为主链,侧基为甲基、乙烯基、苯基等有机基团 的高分子聚合物1 。硅氧键键能达450kJ/mo,l因而耐热性好,即使在高温下也只产生不导电的SiO2残渣,难以形成导电通路,所以具有很好的耐电痕化。添加氢氧化铝粉末可使硅橡胶的升压法耐电痕化等级(SMAX)达到最高级 610kV2-3 。大量添加氢氧化铝可以提高硅橡胶的电绝缘性能,满足高电压电绝缘体的要求;但其加工性能会变差,硫化后的机械强度也较低。硅烷偶联剂能在有机物和无机物的界面起架桥作用,产生明显的增强效果4 。本实验研究了氢氧化铝及硅烷偶联剂对热硫化硅橡胶阻燃性、机械性能及耐电痕化的影响,为高强度复合绝缘子的研发提供一定的参考。 1 实验 111 主要原料及设备 聚甲基乙烯基硅氧烷(简称硅橡胶生胶):110-2,摩尔质量70104 75104 g/mo,l乙烯基摩尔分数为0116%,本公司;气相法白炭黑:N20,德国瓦克公司;氢氧化铝:HWF-1,中国铝业山东分公司;C-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、C-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、乙烯基三甲氧基硅烷(A-171)、乙烯基三乙氧基硅烷(A-151):市售;羟基硅油:203,无锡全立化工有限公司;脱模剂:杭州市油脂化工有限公司;2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷(俗称双二五):江苏强盛化工有限公司。捏合机:ZH-2,江苏如皋强盛塑料化工机械厂;开炼机:XK-160A,上海橡胶机械厂;平板硫化机:25,t上海山山橡塑机械实业公司附属工厂;拉力机:XL-250A,广州实验仪器厂;硬度计:LX-A,上海六菱仪器厂;厚度计:上海六菱仪器厂;水平垂直燃烧测定仪:GZF-3,江苏省江宁县分析仪器厂;电压测试击穿装置:HHT-III型衡阳市通达电工研究所; 耐电痕化试验仪:HDI-B型衡阳市通达电工研究所。 112 试样制备 将100份硅橡胶生胶加入捏合机中,分4次加入30份气相法白炭黑、一定量的氢氧化铝和硅烷偶联剂及适量的结构化控制剂和脱模剂,全部物料加完后在165e及真空(-0108MPa)条件下捏合115h,出料;然后放入开炼机中,开炼至胶料光滑,得混炼胶。 将混炼胶在开炼机上包辊,加入双二五,薄通35次,出片;在平板硫化机上硫化成型,一次硫化条件为175e5min,二次硫化条件为200e4h。113 性能测试 拉伸强度和伸长率:按GB/T528)2009测试;硬度:按GB/T531#1)2008测试;撕裂强度:按GB/T529)2008测试;燃烧性能:按GB/T13488)1992测试(垂直燃烧法);介电常数、介电损耗角因数:按GB/T1693)2007方法B测试;电气强度:按GB/T1695)2005测试;电阻率:按GB/T1692)2008测试;耐电痕化:按GB/T6553)2003测试。 2 结果与讨论 211 Al(OH)3用量对硅橡胶性能的影响 Al(OH)3用量对硅橡胶(未加硅烷偶联剂)阻燃性和耐电痕化及机械性能的影响分别见表1、表2。 表1 Al(OH)3用量对硅橡胶阻燃性 及耐电痕化的影响Al(OH)3用量/份耐电痕化/级垂直燃烧等级/级0<1A115烧完801A315FV-11001A415FV-01201A415FV-01501A610FV-0表2 Al(OH)3用量对硅橡胶机械性能的影响Al(OH)3用量/份邵尔A硬度/度拉伸强度/MPa扯断伸长率/%扯断永久变形/%撕裂强度/kN#m-045816400112211080563162601111510100605152002141516120695101602111414150753151402141218 从表1、2可以看出,随着Al(OH)3用量的增加,硅橡胶的耐电痕化及垂直燃烧等级提高;当Al(OH)3的用量达到100份以上时,硅橡胶的耐电痕化达到1A415级,垂直燃烧达到FV-0级;当Al(OH)3的用量为120份时,拉伸强度为510MPa、撕裂强度1414kN/m、扯断伸长率为160%,能满足厂家的使用要求(拉伸强度大于310MPa,扯断伸长率大于150%,撕裂强度大于10kN/m)。Al(OH)3的阻燃机理是:在受热温度高于210e时,会释放出结晶水,吸收大量热量,从而降低硅橡胶的温度;同时,所产生的水蒸汽又能稀释火焰区内的可燃气体,降低燃烧速率,避免烟灰的形成,从而起到较好的阻燃抑烟作用。大量添加Al(OH)3还可以提高硅橡胶的电绝缘性能,满足高电压电绝缘体的要求;但Al(OH)3用量达到150份以上时,胶料的机械性能及加工性能变差。因此,本实验中Al(OH)3的较佳用量为100150份。212 硅烷偶联剂对硅橡胶性能的影响 硅烷偶联剂种类对硅橡胶阻燃性和耐电痕化及机械性能的影响分别见表3、表4。 表3 硅烷偶联剂种类对硅橡胶1) 阻燃性及耐电痕化的影响 硅烷偶联剂种类 KH-560 KH-570 A-171 A-151耐电痕化/级 1A415 1A415 1A415 1A415垂直燃烧等级/级 FV-0 FV-0 FV-0 FV-0 注:1)硅烷偶联剂的用量为210份,Al(OH)3用量为100份。 从表3、4可以看出,硅烷偶联剂种类对硅橡胶阻燃及耐电痕化的影响不大,但对硅橡胶机 械性能的影响较大;当使用硅烷偶联剂KH-560时,硅橡胶的拉伸强度为515MPa、扯断伸长率为200%、撕裂强度1516kN/m、邵尔A硬度60度,相对于空白样拉伸强度提高25%左右,扯断伸长率和硬度略有上升;而采用其它硅烷偶联剂时虽然拉伸强度都有所上升,但伸长率都下降了20%以上,邵尔A硬度也上升了3度以上。所以,下面重点考察KH-560用量对硅橡胶阻燃和耐电痕化及机械性能的影响,结果分别见表5、表6。表5 KH-560用量对硅橡胶1)阻燃及耐电痕化的影响KH-560用量/份 0 2 4 6 8耐电痕化/级 1A415 1A415 1A415 1A415 1A415垂直燃烧等级/级 FV-0 FV-0 FV-0 FV-0 FV-0注: 1)Al(OH)3用量为100份。 表6 KH-560用量对硅橡胶1)机械性能的影响A-187用量/份 0 2 4 6 8可塑性值(0101mm) 290 295 302 286 280邵尔A硬度/度 58 60 60 59 58拉伸强度/MPa 415 515 610 510 316扯断伸长率/%1 180 200 220 160 140扯断永久变形/% 117 214 211 119 312撕裂强度/kN#m 1419 1516 1610 1418 1212注: 1)Al(OH)3用量为100份。 从表5、6可以看出,KH-560用量对硅橡胶阻燃及耐电痕化的影响不明显,但对硅橡胶的机械性能影响较大;当KH-560用量为410份时,硅橡胶的拉伸强度为610MPa、扯断伸长率为220%、撕裂强度1610kN/m、邵尔A硬度60度,相对于空白样拉伸强度提高30%左右,扯断伸长率略有上升,硬度上升2度;而当KH-560用量超过410份后,虽然拉伸强度都有所上升,但伸长率都下降了20%以上,撕裂强度也略有下降。产生这种现象的原因可能是由于过量的KH-560对硅橡胶有类似增塑剂的作用,使硅橡胶大分子之间的相互作用更弱,导致硅橡胶扯断伸长率下降。这也说明硅烷偶联剂在硅橡胶中的用量存在一个最佳范围,一旦超出此范围,硅烷偶联剂对硅橡胶的力学性能不仅没有贡献,反而会有损害作用。因此本实验中KH-560的用量选择24份。 当氢氧化铝用量为120份、KH-560用量为3份时,热硫化硅橡胶的邵尔A硬度为71度、拉伸强度为515MPa、扯断伸长率为210%、撕裂强度为1519kN/m、垂直燃烧等级为FV-0级、耐电痕化达到1A415级、电气强度为22MV/m,体积电阻率为5101014 8#cm,介质常数为316,介质损耗因数为01016。 3 结论随着Al(OH)3用量的增加,硅橡胶的耐电痕化及垂直燃烧等级提高,当Al(OH)3用量达到100份以上时,硅橡胶的耐电痕化达到1A415级,垂直燃烧达到FV-0级;硅烷偶联剂种类及用量对硅橡胶阻燃及耐电痕化的影响不大,但对其机械性能影响较大;当Al(OH)3的用量为100份、硅烷偶联剂的用量为210份时, 硅橡胶的拉伸强度提高30%以上,但除KH-560使硅橡胶的扯断伸长率略有下降、硬度略有上升外,KH-570、A-171及A-151都使硅橡胶的伸长率下降了20%以上,硬度上升3度以上;KH-560的用量最好控制在24份。当氢氧化铝的用量为120份、KH-560的用量为3份时,硅橡胶的邵尔A硬度为71度、拉伸强度为515MPa、扯断伸长率为210%、撕裂强度为1 519kN/m、垂直燃烧等级为FV-0级、耐电痕化达到1A415级、电气强度为22MV/m,体积电阻率为51010 14 8#cm,介质常数为316, 介质损耗因数为01016。参考文献 1吴森纪1有机硅应用M1成都:电子科技大学出 版社,2000:751 2黄文润1混炼硅橡胶的配合技术(五)J.有机硅材 料,2006,20(5):268-27013THOMASD1Weatherableelectricalinsulatorsmadeof thermosettingresin:US,P11970-05 -121 4SUSUMUS,NORIYUKIM,SYUUICHIA1Silicone rubbercompositionsforhigh-voltageelectricalinsula-tors:US,P12001-05-151专心-专注-专业
