一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶及其制备方法。

背景技术

特高压输电具有输送容量大、距离远、效率高、损耗小、造价低的特点，是我国能源结构调整、环境质量改善、电网安全性提高的重要举措，但在在特高压工程建设的同时，以可听噪声为代表的特高压变电站的环保问题正给电网带来不可忽视的环境压力，而特高压单柱并联电抗器是特高压输电系统中必不可少的重要设备，其噪声通常可达75dB(A)以上，为此，针对特高压电抗器特殊的使用工况环境设计具有耐油腐蚀、宽温域阻尼性、高热稳定性的橡胶材料是特高压电抗器的重要降噪技术，现有特高压单柱并联电抗器采用氟橡胶，由于氟橡胶具有突出的耐油性、热稳定性，是电力设备经常使用的橡胶材料之一，但其阻尼温域较窄，加工性较差等缺陷限制了其在该工况下的使用。

发明内容

本发明所要达到的目的就是提供一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，能有效拓宽氟橡胶的阻尼温域，提高表面硬度，增强耐油腐蚀性。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，包括以下质量份的组分：90～105g的氟橡胶、5～30g的炭黑、1～4g的双酚AF、1～3.5g的苄基三苯基氯化磷、1～4g的促进剂M、1～4g的金属氧化物、5～15g的吸酸剂、0～20g的碳化硅、0～20g的硫酸钡，且所述碳化硅和硫酸钡的质量和等于20g。

由于碳化硅的分子组成是由碳和硅形成的，都是非金属轻元素，因此它的密度比较小，但是其分子结构是是由共轭结构的碳硅键形成的，因此其具有非常稳定特征，并且其与氟橡胶中的氟碳键的相容性较好，由于其密度较小，因此在氟橡胶开炼的时候加进去它容易团聚，添加量过少将起不到调节玻璃化转变温度的作用，过多则易发生团聚分布不均匀影响后期制品的各项性能指标，硫酸钡是由重金属组成的难溶性硫酸盐，它基本上没有反应活性，密度大，添加量较低的时候就能起到提升橡胶硬度的作用，本身作为填料存在于分子链之间可以把分子链进行撑开，使其移动困难，这将导致只有在温度更高的时候，分子链才能发生大的位移，因此由其改性氟橡胶后将使得氟橡胶的玻璃化转变温度和热稳定性就得到了一定程度的提升，但是其添加量过大则会导致材料产生脆性断裂，即断裂伸长率急剧下降。

优选的，包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.5g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、9g的吸酸剂、10g的碳化硅、10g的硫酸钡。

优选的，包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.5g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、5g的吸酸剂、20g的碳化硅。

优选的，包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.5g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、9g的吸酸剂、20g的硫酸钡。

优选的，所述吸酸剂为氢氧化钙或氢氧化镁。

优选的，所述金属氧化物为氧化镁或氧化锌或氧化钙。

另外，本发明还提供了一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶的制备方法，用于制备上述所述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，制备方法依次包括以下步骤：

步骤一：称重：获取各个组分的准确质量份；

步骤二：塑炼：将步骤一获取的氟橡胶在开炼机上塑炼30～70min，薄通10～16次，开炼机的辊温为45～70℃，辊距为0.3～0.8mm；

步骤三：混炼：将开炼机的辊距至0.6～1mm，并控制辊温在50～120℃，然后将步骤一获取的组分依次加入至步骤二塑炼后的氟橡胶内进行混炼45min，薄通打三角包，打卷出片，且各个组分的加料顺序为：炭黑、吸酸剂、金属氧化物、促进剂M、碳化硅、硫酸钡、双酚AF、苄基三苯基氯化磷；

步骤四：第一次硫化：将步骤三出片后的胶片进行裁剪，并放入已预热处理的模具腔内，模具腔内的温度为150～180℃，然后将模具放在平板硫化机上，加压至20Mpa然后保温、保压30～80min后降温、泄压、脱模得到一次硫化样品；

步骤五：第二次硫化：将步骤四得到的一次硫化样品放入烘箱中，然后逐步升高烘箱的温度至200～250℃，保温3～24h后取出得到氟橡胶成型试样。

通过步骤一称重、步骤二塑炼、步骤三混炼、步骤四第一次硫化、步骤五第二次硫化的制备方法制备的特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，通过步骤一对各个组分进行称重处理，能保证各个组分的质量，步骤二中通过开炼机对氟橡胶进行塑炼，通过开炼机强烈的剪切作用使得氟橡胶中高分子长链得以解缠结，达到分子链之间的氢键作用降低，从而使得分子之间的内聚力降低，这为后续步骤中各种加工助剂的进入分子链之间发挥作用创造了基础条件，步骤三混炼过程能使各组分更均匀的分散到氟橡胶中，使得各组分的效能发挥最大化，步骤四一次硫化处理能使氟橡胶时放出的HF等低分子物质，将妨碍橡胶交联，腐蚀金属零件，导致橡胶硫化不彻底，交联度不够，影响氟橡胶制品的力学性能以及压缩永久变形性能等导致该配方生产的制品不能满足本发明性能要求，因此需要进行步骤五的二次硫化处理，能使一次硫化过程中氟橡胶硫化反应的低分子量副产物通过鼓风作用使得其浓度逐渐稀释，进而使得硫化程度更彻底，增加高分子链之间的交联密度，使得本发明的方法制备的制品具有优异的力学性能，耐高温老化性能，耐溶剂油腐蚀性能，较低的永久压缩变形性等其它优异的性能指标。

优选的，步骤一中各个组分的质量通过万分位分析天平称取。

优选的，步骤四中胶片通过切刀进行裁剪，且模具腔内涂覆一层脱模剂。

优选的，步骤五中烘箱为电热鼓风式干燥烘箱。

综上所述，本发明的优点：通过氟橡胶、炭黑、双酚AF、苄基三苯基氯化磷、促进剂M、金属氧化物、吸酸剂、碳化硅、硫酸钡制备的改性阻尼氟橡胶，由于碳化硅具有体积小、重量轻、硬度高的特点，又具有较大的长径比、较高的强度和导热率等优异的性能，更重要的是其化学组成元素由碳C和硅Si和氟橡胶C和氟F元素中均有C这一活性元素，并且碳化硅和氟橡胶分子结构组成具有很大相似性，使二者复合后具有较好的相容性，因此在氟橡胶内添加了碳化硅来提高氟橡胶的力学性能，另外，硫酸钡具有良好的耐腐蚀、惰性强、无毒、抗压缩性能，因此，通过硫酸钡作为降低氟橡胶压缩形变和拓宽耐油温域的功能，从而解决了碳化硅改性氟橡胶和单纯氟橡胶阻尼温域较窄的技术难题，可以制备出阻尼温域范围为-25～70℃的复合氟橡胶材料，满足使用工况条件下的阻尼温域要求，而且制备后的改性阻尼氟橡胶热的分解温度达到400℃以上，具有非常优异的热稳定性，满足使用工况条件下的热稳定性要求，双酚AF的加入，能保证氟橡胶的硫化质量，避免氟橡胶的拉伸强度的下降，最后，将碳化硅和硫酸钡的质量和设置成20g，能有效的提高氟橡胶的硬度，对拉伸性能不受影响，对吸酸剂有一定屏蔽作用，故同时使用时应增加吸酸剂，能有效的保证氟橡胶的拉伸性能。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为实施例一制备的改性阻尼氟橡胶成型试样的Tan-T曲线图；

图2为实施例一制备的改性阻尼氟橡胶成型试样的TG和DTG曲线图。

具体实施方式

实施例一

一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.5g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、9g的吸酸剂、10g的碳化硅、10g的硫酸钡，其中，金属氧化物为氧化钙，吸酸剂为氢氧化钙。

上述一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶的制备方法为：

步骤一：称重：通过万分位分析天平准确的称取各个组分的质量份；

步骤二：塑炼：将步骤一获取的氟橡胶在开炼机上塑炼30min，薄通12次，开炼机的辊温为50℃，辊距为0.8mm；

步骤三：混炼：将开炼机的辊距至0.6mm，并控制辊温在50℃，然后将步骤一获取的组分依次加入至步骤二塑炼后的氟橡胶内进行混炼45min，薄通打三角包，打卷出片，且各个组分的加料顺序为：炭黑、氢氧化钙、氧化镁、促进剂M、碳化硅、硫酸钡、双酚AF、苄基三苯基氯化磷；

步骤四：第一次硫化：将步骤三出片后的胶片进行裁剪，并放入已预热处理的模具腔内，模具腔内的温度为170℃，然后将模具放在平板硫化机上，加压至20Mpa然后保温、保压50min后降温、泄压、脱模得到一次硫化样品；

步骤五：第二次硫化：将步骤四得到的一次硫化样品放入烘箱中，然后逐步升高烘箱的温度至220℃，保温24h后取出得到氟橡胶成型试样。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为17.42MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为88，采用Diamond 6300型热重分析仪测试热稳定性数据，如图2所示，制备的氟橡胶成型试样的热分解温度达到400℃以上，具有非常优异的热稳定性，如图1所示，为本实施例制备后的氟橡胶成型试样的Tan-T曲线图，由图1可得，制备的氟橡胶成型试样的tanδ≥0.3，阻尼温域范围约为-25～70℃。

实施例二

如实施例一所述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、1.8g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、9g的吸酸剂、8g的碳化硅、12g的硫酸钡，其中，金属氧化物为氧化镁，吸酸剂为氢氧化钙。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为17.15MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为77。

实施例三

如实施例一所述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.0g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、9g的吸酸剂、8g的碳化硅、12g的硫酸钡，其中，金属氧化物为氧化镁，吸酸剂为氢氧化钙。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为17.62MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为79。

实施例四

如实施例一所述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.2g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、9g的吸酸剂、8g的碳化硅、12g的硫酸钡，其中，金属氧化物为氧化镁，吸酸剂为氢氧化钙。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为18.34MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为80。

实施例五

如实施例一所述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.6g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、9g的吸酸剂、8g的碳化硅、12g的硫酸钡，其中，金属氧化物为氧化镁，吸酸剂为氢氧化钙。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为18.19MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为82。

实施例六

如实施例一所述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.4g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、9g的吸酸剂、8g的碳化硅、12g的硫酸钡，其中，金属氧化物为氧化镁，吸酸剂为氢氧化钙。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为17.94MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为82。

实施例七

如实施例一所述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.6g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、9g的吸酸剂、15g的碳化硅、5g的硫酸钡，其中，金属氧化物为氧化锌，吸酸剂为氢氧化镁。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为17.74MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为86。

实施例八

如实施例一所述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.6g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、9g的吸酸剂、5g的碳化硅、15g的硫酸钡，其中，金属氧化物为氧化镁，吸酸剂为氢氧化钙。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为17.94MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为89。

实施例九

一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.5g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、5g的吸酸剂、20g的碳化硅，其中，金属氧化物为氧化镁，吸酸剂为氢氧化钙。

上述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶的制备方法为，

步骤一：称重：通过万分位分析天平准确的称取各个组分的质量份；

步骤二：塑炼：将步骤一获取的氟橡胶在开炼机上塑炼30min，薄通12次，开炼机的辊温为50℃，辊距为0.8mm；

步骤三：混炼：将开炼机的辊距至0.6mm，并控制辊温在50℃，然后将步骤一获取的组分依次加入至步骤二塑炼后的氟橡胶内进行混炼45min，薄通打三角包，打卷出片，且各个组分的加料顺序为：炭黑、氢氧化钙、氧化镁、促进剂M、碳化硅、双酚AF、苄基三苯基氯化磷；

步骤四：第一次硫化：将步骤三出片后的胶片进行裁剪，并放入已预热处理的模具腔内，模具腔内的温度为170℃，然后将模具放在平板硫化机上，加压至20Mpa然后保温、保压50min后降温、泄压、脱模得到一次硫化样品；

步骤五：第二次硫化：将步骤四得到的一次硫化样品放入烘箱中，然后逐步升高烘箱的温度至220℃，保温24h后取出得到氟橡胶成型试样。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为17.10MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为62。

实施例十

如实施例九所述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.5g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、7g的吸酸剂、20g的碳化硅，其中，金属氧化物为氧化镁，吸酸剂为氢氧化钙。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为17.76MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为67。

实施例十一

如实施例九所述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.5g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、9g的吸酸剂、20g的碳化硅，其中，金属氧化物为氧化镁，吸酸剂为氢氧化钙。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为18.66MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为71。

实施例十二

如实施例九所述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.5g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、11g的吸酸剂、20g的碳化硅，其中，金属氧化物为氧化镁，吸酸剂为氢氧化钙。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为18.73MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为69。

实施例十三

如实施例九所述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.5g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、13g的吸酸剂、20g的碳化硅，其中，金属氧化物为氧化镁，吸酸剂为氢氧化钙。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为17.27MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为66。

实施例十四

一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶，本实施例具有以下不同之处：包括以下质量份的组分：100g的氟橡胶、20g的炭黑、2.5g的双酚AF、0.5g的苄基三苯基氯化磷、2.5g的促进剂M、3g的金属氧化物、9g的吸酸剂、20g的硫酸钡，其中，金属氧化物为氧化镁，吸酸剂为氢氧化钙。

上述的一种特高压单柱并联电抗器用改性阻尼氟橡胶的制备方法为，

步骤一：称重：通过万分位分析天平准确的称取各个组分的质量份；

步骤二：塑炼：将步骤一获取的氟橡胶在开炼机上塑炼30min，薄通12次，开炼机的辊温为50℃，辊距为0.8mm；

步骤三：混炼：将开炼机的辊距至0.6mm，并控制辊温在50℃，然后将步骤一获取的组分依次加入至步骤二塑炼后的氟橡胶内进行混炼45min，薄通打三角包，打卷出片，且各个组分的加料顺序为：炭黑、氢氧化钙、氧化镁、促进剂M、硫酸钡、双酚AF、苄基三苯基氯化磷；

步骤四：第一次硫化：将步骤三出片后的胶片进行裁剪，并放入已预热处理的模具腔内，模具腔内的温度为170℃，然后将模具放在平板硫化机上，加压至20Mpa然后保温、保压50min后降温、泄压、脱模得到一次硫化样品；

步骤五：第二次硫化：将步骤四得到的一次硫化样品放入烘箱中，然后逐步升高烘箱的温度至220℃，保温24h后取出得到氟橡胶成型试样。

将制备后的氟橡胶成型试样按照ASTM-D412测试样品的拉伸强度性能，具体的通过万能拉力试验机测试其拉伸强度为16.32MPa；采用邵氏数显A型硬度计测试样品的邵尔A硬度值为89。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。