一种电缆附件绝缘加强固态密封胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明的实施例属于电缆附件领域，具体涉及一种电缆附件绝缘加强固态密封胶及其制备方法和应用。

背景技术

电缆附件在电力传输和配送中是必不可少的重要环节之一，在输配电线路中有大量的电缆附件存在，电缆附件发生爆炸为生产和生活带来的损失十分巨大。电缆附件爆炸的原因一般有以下几种：(1)电缆负荷或外界温度变化时，电缆附件中的绝缘胶热胀冷缩，发生“呼吸作用”，形成内外空气交流，从而潮气侵入，凝结在附件的内壁和空隙部分，使绝缘下降而被击穿。(2)电缆附件内的绝缘胶接触电缆油后会溶解，在底部和电缆周围形成空隙，也使绝缘下降而被击穿。(3)电缆两端的附件高差过大时，低的一端附件受到电缆油的压力，严重时会破坏密封，影响绝缘。(4)线路上发生短路故障时，在很大的短路电流作用下，电缆附件的绝缘胶开裂，密封破坏，潮气侵入，从而降低其绝缘性能。

为了防止电缆附件发生爆炸，可采取下列措施：(1)安装时，应严格按照操作工艺要求施工，保证密封和绝缘良好，以防止潮气侵入。(2)经常进行巡查，发现电缆附件严重漏油时，采取措施及时修好。

针对上述问题，现有技术采取绝缘胶带、改善电缆附件工作环境、更换电缆附件，但是这些措施也存在问题：绝缘胶带是通过缠绕、包覆电缆附件的方式起到一定的密封效果，电压1kV及以下，而电缆附件是6kV、10kV、甚至更高耐压需求。绝缘胶带密封防水等级低，绝缘胶带使用寿命短。在电气柜内加装抽湿机设备来改善电缆附件工作环境，在解决潮气问题的同时，增加了带电设备的维修和保养工作，但不能解决电缆附件耐压和密封问题。在电气柜内放置吸湿片来改善电缆附件工作环境，通过吸湿材料被动吸收电缆附件所在环境的潮气，在环境达到一定湿度时，吸湿效果未知，需要定期维护和更换，但不能解决电缆附件耐压和密封问题。

到目前为止，由于电缆附件的电压高、电缆附件需要密封的部位往往是低表面能材质从而难以黏附和密封，电缆附件在使用过程中表面会有油污从而更加难以黏附和密封，电缆附件容易出现故障的部位往往是圆形或锥形等难以做密封处理的形状，市面上没有做电缆头绝缘加强和密封保护的修补材料类产品。

因此，有必要从新材料角度研究开发新的技术方案来解决电缆附件绝缘漏洞和密封防水的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的绝缘漏洞和密封防水的的技术问题，本发明人在进行了大量的深入研究之后，一方面提供了新的电缆附件绝缘加强固态密封胶，另一方面还提供了这种电缆附件绝缘加强固态密封胶的制备方法，最后还提供这种电缆附件绝缘加强固态密封胶的应用。

第一方面，一种电缆附件绝缘加强固态密封胶，包括以下重量百分比的各组分：

所述电缆附件绝缘加强固态密封胶用异丁烯-异戊二烯橡胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷，联合作为基本基胶；

所述异丁烯-异戊二烯是固体胶块，有助于形成片/条状，并可以为片/条状成品提供初始强度，异丁烯-异戊二烯赋予成品的初始强度，且其大分子在拉伸时形成结晶，具有一定的自补强作用，初始强度和自补强作用使片/条状成品具有足够的柔韧性以施用到特殊形状的结构上，异丁烯-异戊二烯的门尼粘度使得片/条状成品易于自融，自融性能确保固态成品固化后，与被密封的表面一起形成有效的闭合空间，起到密封防水的预期效果；异丁烯-异戊二烯含有少量异戊二烯不饱和双键，可以帮助固态成品顺利进行交联反应；异丁烯-异戊二烯具有优良的绝缘、抗老化、散热性能；从产品安装性能考虑，异丁烯-异戊二烯门尼粘度范围可以是40～100ML/125℃，更有选的，异丁烯-异戊二烯门尼粘度是51±5ML/125℃；异丁烯-异戊二烯在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量可以在9％至14％的范围内，更优选的，异丁烯-异戊二烯的重量百分比含量为11.15％；

所述羟基封端聚二甲基硅氧烷含羟基化合物，既是反应性有机硅，也是可固化的有机硅，羟基封端聚二甲基硅氧烷具有优良的绝缘性能，性能稳定、耐老化，可以选用200000cps或更大粘度的羟基封端聚二甲基硅氧烷可用于形成固体复合材料，具有200000cps以下粘度的羟基封端聚二甲基硅氧烷不容易产生期望的形态，羟基封端聚二甲基硅氧烷粘度过大会导致成品加工性差；羟基封端聚二甲基硅氧烷粘度优选为300000至1000000cps范围内，更有选的，羟基封端聚二甲基硅氧烷粘度为500000cps；羟基封端聚二甲基硅氧烷在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量可以在8％至15％的范围内，更优选的，羟基封端聚二甲基硅氧烷的重量百分比含量为13.5％；

所述RTV106密封胶的粘接力强、粘度大、耐水性强，用于增加成品粘性和抵抗剪切破坏的能力即剪切强度，以提高片状/条状成品的易施工性能，RTV106密封胶在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量可以在4％至9％的范围内，更优选的，RTV106密封胶在电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量为6％；

所述酮肟基硅烷作为偶联剂，在暴露于自然环境时可与反应性有机硅反应，使线型聚硅氧烷交联成网状结构的弹性体，具体来说，偶联剂是含有可水解基团的有机硅烷，可以在湿气存在下水解，然后与反应性有机硅反应，偶联剂的选型影响成品的耐老化性能，使用合适的偶联剂，有助于成品的耐老化性能，所述酮肟类偶联剂可以采用甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷或四丁酮肟基硅烷；偶联剂的用量和加料方式影响基胶的反应速度、施工性能和力学性能；所述酮肟基硅烷在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量可以在3％至10％的范围内，更优选的，酮肟基硅烷在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量为5％，成品具有合适的固化速度，易于施工，且具有良好的力学性能；

所述增塑剂可以增加成品的粘度和软化成品，使成品不至于过硬，可以选用分子量为1300至2400的范围内、粘度为645至4700cst/100℃范围内的增塑剂，例如，可以选用液体聚异丁烯PB2400，或者液体聚异丁烯PB1300作为增塑剂；更优选PB2400，PB2400具有优良的抗紫外线性能和高低温性能，具有极好的粘性和优异的光稳定性，用来提高成品的防水性、抗氧化性、抗紫外线、抗老化性、跨温度范围下的综合性能，当成品中增塑剂的含量太高时，未固化和固化的成品的强度可能受损，当成品中增塑剂的含量太低时，成品的柔韧性可能降低；所述增塑剂在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量可以在10％至15％的范围内，更优选的，所述增塑剂在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量为12.42％；

所述羟基封端聚二甲基硅氧烷、所述增塑剂和所述酮肟基硅烷组成的混合物，具有非结晶性结构，链间相互作用力弱，强度差，必须加入补强剂，本发明联合使用白炭黑和纳米碳酸钙作为补强剂，补强剂白炭黑和纳米碳酸钙的含量影响本发明片状/条状成品的的形成，也影响固态成品的自融性能；补强剂白炭黑和纳米碳酸钙的总重量在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量可以在24％至60％的范围内，本发明采用由环硅氧烷处理过的白炭黑，或者由硅氮烷处理过的白炭黑作为补强剂，使得产品在固化之前和之后具有改善的强度，白炭黑在本发明中还用于增大成品粘度，以及帮助混合物成形，白炭黑的用量在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量可以在4％至10％的范围内，更优选的，白炭黑的使用量在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比是5.25％；本发明中添加补强剂纳米碳酸钙，提高产物的抗张强度、撕裂强度等力学性能，用于增大粘度，并有助于混合物成形，本发明使用的补强剂纳米碳酸钙分散到混合物中，使片/条状固态成品光亮、平整，纳米碳酸钙在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量可以在20％至50％的范围内，更优选的，纳米碳酸钙在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量是12.2％；

本发明中添加催化剂，用于调整产品在施工现场的反应速度和固化速度，本发明中选用钛络合物作为催化剂，酮肟类偶联剂和钛络合物结合使用时，钛络合物允许成品具有适度的反应速度和固化速度，钛络合物在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比可以在1.5％至3％的范围内，更优选的，钛络合物在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比是2.5％；

为了满足在低表面能电缆附件表面的高粘性和密封需求，尤其是为了能够在表面有脏污、尤其是严重影响粘结且难以在施工现场处理干净的油污情况下，于电缆附件表面形成强粘结力，本发明中联合使用了两种粘合促进剂，本发明中联合使用的两种粘合促进剂分别是γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和钛异丙氧基亚辛基乙二醇，其中的钛基团与被粘接介质表面形成大量的配位键，环氧基又能有效地提供环氧分子而形成环氧键和可以形成氢键的氨基，使得产物同时具有能和无机质材料及有机质材料相化学结合的反应基团，从而在粘接界面形成强力较高的化学键，有效地强化粘合作用，成为有效的提高粘接强度的增粘剂，联合使用两种粘合促进剂后，粘结强度明显优于其中一种单独使用，γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷本身能改善填料的分散性及粘合力，改善工艺性能和提高产品的机械、绝缘和耐候性能，γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量可以在2.5％至5％的范围内，更优选的，γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比是3.2％；钛异丙氧基亚辛基乙二醇在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量可以在3％至5％的范围内，更优选的，钛异丙氧基亚辛基乙二醇在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比是4％；

根据工艺需要，本发明中添加极少量的溶剂，用于混合两种粘合促进剂，溶剂在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量可以在1.2％至2％的范围内，更优选的，溶剂在所述电缆附件绝缘加强固态密封胶中的重量百分比含量是1.5％，溶剂优选乙二醇。

本发明中，还可以根据需要添加其它组分，例如阻燃剂、调色剂等。

第二方面，上述电缆附件绝缘加强固态密封胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将所述RTV106密封胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷装入配有加热器的搅拌器中，通入氮气保护，反应2～3小时，使其充分混合，获得第一中间产物，优点是，RTV106密封胶是弹性体，自身有较好的强度，为了使其在后续工艺中与异丁烯-异戊二烯固体胶块更好地混溶，从而充分发挥出各自的功效，先将RTV106密封胶与羟基封端聚二甲基硅氧烷这个基本基胶充分混合，二者都是羟基封端的胶类材料，混溶性良好；

步骤二，在搅拌器中，将所述第一中间产物与所述增塑剂及所述白炭黑混合，搅拌转速300～1000rpm，搅拌分散后升温至90～150度，在真空度0.06～0.09MPa下脱水1～5小时，获得第二中间产物；优点是，将补强剂白炭黑与基本基胶羟基封端聚二甲基硅氧烷和增塑剂混合，可使白炭黑粒子表面的活性羟基与有机小分子发生缩合反应，而在白炭黑表面覆盖一层有机小分子，从而改善白炭黑粒子与大分子间的浸润性、均匀分散性、界面结合强度和加工工艺性，减少外力作用下产生分子间的滑移和断裂，提高成品的综合性能，预先增加白炭黑在胶粘剂中的分散均匀性，有利于改善片状/条状成品的力学性能；

步骤三，将所述酮肟基硅烷和钛络合物在50度以下搅拌混合10～30分钟，所述纳米碳酸钙在烘箱中干燥除水，把所述酮肟基硅烷和钛络合物的混合物与干燥后的所述纳米碳酸钙一起加入到搅拌器中，在110～120度条件下混合30～60分钟，获得第三中间产物，优点是，覆盖在纳米碳酸钙表面的有机酸改性成柔软长链，利于在后续工艺中在基本基胶的有机分子上弯曲缠绕，提高两相相容性，增强结合力，所生成的不饱和双键，将在后续工艺中参与接枝、交联和聚合反应，使补强剂纳米碳酸钙与基本基胶的亲合性更强，进一步增强产物的粘性；

步骤四，将所述第二中间产物、所述第三中间产物和所述异丁烯-异戊二烯橡胶一起放在搅拌机中，在50度以下，真空度0.06～0.09MPa，搅拌20～40分钟，使其充分反应，获得第四中间产物；

步骤五，将所述γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和所述钛异丙氧基亚辛基乙二醇这两种粘合促进剂溶于溶剂中，加热到58～62度，搅拌10～20分钟；获得第五中间产物；

步骤六，将所述第四中间产物和所述第五中间产物加入到搅拌机中，抽真空搅拌，根据事先设计相应尺寸和形状的磨具，从模具中挤出得到胶片或者胶条制品，将胶片或者胶条制品装到铝箔密封袋中，抽真空密封，得到适于长期存储的成品。

优选的，在所述步骤一中，将所述RTV106密封胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷装入配有加热器的搅拌器中，通入氮气保护，反应2.5小时，使其充分混合。

优选的，在所述步骤二中，在搅拌器中，将所述第一中间产物与所述增塑剂及所述白炭黑混合，搅拌转速600rpm，搅拌分散后升温至120度，在真空度0.07MPa下脱水3小时。

优选的，在所述步骤三中，将所述酮肟基硅烷和钛络合物在45度搅拌混合20分钟，所述纳米碳酸钙在烘箱中干燥除水，把所述酮肟基硅烷和钛络合物的混合物与干燥后的所述纳米碳酸钙一起加入到搅拌器中，在115度条件下混合45分钟。

优选的，在所述步骤四中，将所述第二中间产物、所述第三中间产物和所述异丁烯-异戊二烯橡胶一起放在搅拌机中，在45度、真空度0.07MPa，搅拌30分钟，使其充分反应，获得第四中间产物；

优选的，在所述步骤五中，将所述γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和所述钛异丙氧基亚辛基乙二醇这两种粘合促进剂溶于溶剂中，加热到60度，搅拌15分钟。

优选的，所述搅拌器选择常规的双行星动力混合机，例如金银河智能装备有限公司DLH-5。

本发明中所述述酮肟基硅烷这一偶联剂会被物料中的水分消耗。为了确保偶联剂与期望发生水解的成分交联，除水至关重要，直接影响到产品的质量。

第三方面，上述电缆附件绝缘加强固态密封胶在电缆附件绝缘漏洞和密封防水中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提供的电缆附件绝缘加强固态密封胶以羟基封端聚二甲基硅氧烷作基本基胶，酮肟基硅烷作偶联剂，在无水的条件下与增塑剂、催化剂、粘合促进剂等助剂混合均匀，将混合物制成规定尺寸的片状或者条状，密封到真空包装中，使用时从真空包装中取出，包覆在需要绝缘加强和密封保护部位，此片状或者条状产品接触大气中的湿气后，自固化且自融成性能优异的绝缘密封材料，这种产品状态和施工方式，能够快速包覆到各种形状的被包覆物表面，对各种形状的部位能够快速实现绝缘加强和密封防护。

本发明提供的电缆附件绝缘加强固态密封胶的具体性能效果体现在以下几个方面：

(1)片状/条状：直接包覆住需要加强绝缘和加强密封的部位即可，使用方便，尤其对于表面形状不规则的部位便于施工到位；直接施工到需要加强绝缘和加强密封的部位的方式，效果直接有效，对环境的湿度、温度适应性强。

(2)良好的力学性能：配方上，把羟基封端聚二甲基硅氧烷基本基胶和活性良好的RTV106密封胶配合使用，力学性能提高的效果显著；以粘结在电缆附件表面的剪切强度测试结果为例，单独使用羟基封端聚二甲基硅氧烷的剪切强度为2.38MPa时，羟基封端聚二甲基硅氧烷和RTV106密封胶比例为2:1的情况下，剪切强度可提高到3.39MPa。

(3)选择原材料时兼顾了工艺实现：由于目标成品的综合性能要求较高，导致配方相对复杂。在使用的原材料比较多时，本发明做到了最优化的原材料选用，尤其是把羟基封端聚二甲基硅氧烷这一基本基胶和活性良好的RTV106密封胶联合使用，在达到预期力学效果的同时，还提高了成品粘性；而且，由于两者相溶性好，所以更利于工艺的实现。

(4)自固化：使用方便，密封可靠。

(5)自融：材料自身之间形成分子链融合，形成可靠的密封空间。

(6)绝缘：对电缆附件起到绝缘加强。

(7)方便调节耐电压等级：在施工时采用增减密封厚度的方式，就能够用一种产品适用于多种电压等级。电网的配网电压主要是10kV和35kV，采用本发明一种型号的产品就可以满足不同电压等级线路的绝缘需求。

(8)不干裂、不脱落、不变形、不收缩：干裂、脱落、变形、收缩，都意味着长期使用中与形成密封的表面之间出现缝隙，导致密封性丧失。

(9)单组分：不需要现场人工控制固化速度和时间。

(10)对环氧等低表面能材质的良好粘附性：电缆附件需要被黏附的部位往往是环氧类材质，属于低表面能、难以粘附的基材，更困难的是，往往表面有脏污、尤其是严重影响粘结且难以在施工现场处理干净的油污；为环氧、塑料、橡胶等多种低表面能材料提供强粘结力，形成密封保护，包括能够与电缆附件外壳粘结，对于电缆附件提供密封加强是必不可少的重要性能。本发明达到的效果能够完全满足现场需求，包括现场有一定油污的情况下，也能够达到预期密封、防水、防潮效果，可以达到IP*8密封防水等级这一最高防水等级。

(11)散热性好：利于电力输配电线路安全、节能运行。

(12)固化时间适宜：固化时间太短，来不及施工；固化时间太长，影响运行。

(13)抗老化、耐高温、耐高湿：长期使用不变质，长期保持设计性能。

本发明提供的电缆附件绝缘加强固态密封胶制备方法的优势及效果体现在以下几个方面：

(1)RTV106密封胶与羟基封端聚二甲基硅氧烷同属于端羟基材料，二者可以共用偶联剂，且相溶性好，二者联合使用，可以有效提高羟基封端聚二甲基硅氧烷的粘接强度，且利于改善产物的力学性能。

(2)先将白炭黑做分散的工艺处理之后，再加入到其它组分，可以提高产品粘结性能，大幅有效增加强度和提高电气性能。

具体实施方式

实施例1

一种电缆附件绝缘加强固态密封胶，由以下重量百分比的各组分组成：

实施例2

一种制备实施例1所述电缆附件绝缘加强固态密封胶的方法，由以下步骤组成：

步骤一，将RTV106密封胶和羟基封端聚二甲基硅氧烷装入配有加热器的双行星动力混合机搅拌器中，通入氮气保护，反应2.5小时，使其充分混合，获得第一中间产物，优点是，RTV106密封胶是弹性体，自身有较好的强度，为了使其在后续工艺中与异丁烯-异戊二烯固体胶块更好地混溶，从而充分发挥出各自的功效，先将RTV106密封胶与羟基封端聚二甲基硅氧烷这一基本基胶充分混合，二者都是羟基封端的胶类材料，混溶性良好；

步骤二，在双行星动力混合机搅拌器中，将第一中间产物与增塑剂及白炭黑混合，搅拌转速600rpm，搅拌分散后升温至120度，在真空度0.07MPa下脱水3小时，获得第二中间产物，优点是，将补强剂白炭黑与基本基胶羟基封端聚二甲基硅氧烷和增塑剂混合，可使白炭黑粒子表面的活性羟基与有机小分子发生缩合反应，而在白炭黑表面覆盖一层有机小分子，从而改善白炭黑粒子与大分子间的浸润性、均匀分散性、界面结合强度和加工工艺性，减少外力作用下产生分子间的滑移和断裂，提高成品的综合性能，预先增加白炭黑在胶粘剂中的分散均匀性，有利于改善片状/条状成品的力学性能；

步骤三，将酮肟基硅烷和钛络合物在45度搅拌混合20分钟，纳米碳酸钙在烘箱中干燥除水，把酮肟基硅烷和钛络合物的混合物与干燥后的纳米碳酸钙一起加入到搅拌器中，在115度条件下混合45分钟，获得第三中间产物，优点是，覆盖在纳米碳酸钙表面的有机酸改性成柔软长链，利于在后续工艺中在基本基胶的有机分子上弯曲缠绕，提高两相相容性，增强结合力，所生成的不饱和双键，将在后续工艺中参与接枝、交联和聚合反应，使补强剂纳米碳酸钙与基本基胶的亲合性更强，进一步增强产物的粘性；

步骤四，将第二中间产物、第三中间产物和异丁烯-异戊二烯橡胶一起放在搅拌机中，在温度45度、真空度0.07MPa，搅拌30分钟，使其充分反应，获得第四中间产物；

步骤五，将γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和钛异丙氧基亚辛基乙二醇这两种粘合促进剂溶于溶剂中，加热到60度，搅拌15分钟，获得第五中间产物；

步骤六，将第四中间产物和第五中间产物加入到搅拌机中，抽真空搅拌，根据事先设计相应尺寸和形状的磨具，从模具中挤出得到胶片或者胶条制品，胶片的横截面是长方形，胶条的横截面可能是圆形或者椭圆形，将胶片或者胶条制品装到铝箔密封袋中，抽真空密封，得到适于长期存储的成品。

实施例3

对实施例2获得的电缆附件绝缘加强固态密封胶的性能评估

将实施例2获得的样品从铝箔密封袋取出，包覆到电缆附件进缆口，在自然环境下静置2小时后，观察外观，接缝处融合为一体，即实现自融；将样品到1米深水下，浸泡24小时；取出样品，把样品放入100℃的高温箱中，放置72小时；取出样品，把样品放入温度为85℃、湿度为85％的老化箱中1000小时；取出样品，测试浸水耐压，测试值达到30kV以上；根据GB7124标准，测试剪切强度，大于3MPa，综上，说明本发明提供的电缆附件绝缘加强固态密封胶达到了预期效果。