一种户外高压用绝缘硅橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷技术领域，尤其涉及一种户外高压用绝缘硅橡胶及其制备方法。

背景技术

近年来，硅橡胶基复合材料大量应用于高压户外绝缘子，如架空高压输电线路的隔离支架、变压器、电抗器等。与传统的陶瓷或玻璃高压绝缘子相比，硅橡胶复合绝缘子具有重量轻、维护方便、耐污闪、憎水性好等优点，但众所周知硅橡胶复合绝缘体导热系数低（0.2～0.4W/m•K）是其缺点之一，局部严重发热，可能导致整个电网严重故障。通过增加热导率，可以迅速释放直流泄漏或放电产生的热量，从而抑制电蚀或击穿。因此，如何提高硅橡胶的热导率是急需解决的问题。

发明内容

本发明为解决现有硅橡胶的热导率低的技术问题，提供了一种户外高压用绝缘硅橡胶及其制备方法。

本发明提供了一种户外高压用绝缘硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，将纳米金刚石、甲基乙烯基硅橡胶、二氧化硅、氢氧化铝及二叔丁基过氧化物按照预设配比进行称量后混合；

步骤S2，将混合后的纳米金刚石、甲基乙烯基硅橡胶、二氧化硅、氢氧化铝及二叔丁基过氧化物放入捏合机及三辊研磨机中进行多次混料球磨，得到均匀的原料；

步骤S3，将原料进行硫化处理得到户外高压用绝缘硅橡胶。

进一步地，步骤S1中，所述纳米金刚石作为改性填料。

进一步地，以重量份为单位，纳米金刚石占所有材料的重量的0~8%；或以体积份为单位，所述纳米金刚石占所有材料的体积的0~3.7%。

进一步地，步骤S2中，所述多次混料球磨为八次混料球磨。

进一步地，步骤S3中，所述硫化处理包括以下具体步骤：

将原料放入10 MPa，180 ℃环境中60分钟，以完成橡胶硫化成型。

另一方面，本发明还提供一种户外高压用绝缘硅橡胶，所述户外高压用绝缘硅橡胶采用所述的制备方法制得。

本发明的有益效果是：本发明通过向硅橡胶中添加纳米金刚石，纳米金刚石是理想的绝缘体、良好的热导体（导热系数：2000W/m•K）、优异的机械强度、对化学物质的高稳定性、众所周知的生物相容性等，使金刚石成为硬质涂层、生物医学应用的一个很有前景的候选材料，能够有效增强硅橡胶的导热性、疏水性能及机械强度；此外，纳米金刚石的平均直径在80-10 nm之间，较小的粒径有助于各个原料组分间的相互混合，有效减小孔隙率和降低团聚现象。

附图说明

图1为纳米金刚石场发射透射电子显微镜电镜图示意图。

图2为不添加纳米金刚石改性的硅橡胶的SEM示意图。

图3为本发明实户外高压用绝缘硅橡胶施例一的SEM示意图。

图4为本发明户外高压用绝缘硅橡胶实施例二的SEM示意图。

图5为本发明户外高压用绝缘硅橡胶实施例三的SEM示意图。

图6为本发明户外高压用绝缘硅橡胶实施例四的SEM示意图。

图7为本发明户外高压用绝缘硅橡胶热扩散系数测试对比示意图。

图8为本发明户外高压用绝缘硅橡胶热容测试对比示意图。

图9为本发明户外高压用绝缘硅橡胶导热系数计算结果对比示意图。

图10为本发明户外高压用绝缘硅橡胶静态接触角测试结果对比示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1~10所示，本发明提供了一种户外高压用绝缘硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1，将纳米金刚石、甲基乙烯基硅橡胶、二氧化硅、氢氧化铝及二叔丁基过氧化物按照预设配比进行称量后混合；

步骤S2，将混合后的纳米金刚石、甲基乙烯基硅橡胶、二氧化硅、氢氧化铝及二叔丁基过氧化物放入捏合机及三辊研磨机中进行多次混料球磨，得到均匀的原料；

步骤S3，将原料进行硫化处理得到户外高压用绝缘硅橡胶。

本发明通过向硅橡胶中添加纳米金刚石，纳米金刚石是理想的绝缘体、良好的热导体（导热系数：2000W/m•K）、优异的机械强度、对化学物质的高稳定性、众所周知的生物相容性等，使金刚石成为硬质涂层、生物医学应用的一个很有前景的候选材料，能够有效增强硅橡胶的导热性、疏水性能及机械强度；此外，纳米金刚石的平均直径在80-10 nm之间，较小的粒径有助于各个原料组分间的相互混合，有效减小孔隙率和降低团聚现象。

在一个可选实施例中，步骤S1中，所述纳米金刚石作为改性填料。

在一个可选实施例中，以重量份为单位，纳米金刚石占所有材料的重量的0~8%；或以体积份为单位，所述纳米金刚石占所有材料的体积的0~3.7%。

在一个可选实施例中，步骤S2中，所述多次混料球磨为八次混料球磨。

在一个可选实施例中，步骤S3中，所述硫化处理包括以下具体步骤：

将原料放入10 MPa，180 ℃环境中60分钟，以完成橡胶硫化成型。

另一方面，本发明还提供一种户外高压用绝缘硅橡胶，所述户外高压用绝缘硅橡胶采用所述的制备方法制得。

本发明通过向硅橡胶中添加纳米金刚石，纳米金刚石是理想的绝缘体、良好的热导体（导热系数：2000W/m•K）、优异的机械强度、对化学物质的高稳定性、众所周知的生物相容性等，使金刚石成为硬质涂层、生物医学应用的一个很有前景的候选材料，能够有效增强硅橡胶的导热性、疏水性能及机械强度；此外，纳米金刚石的平均直径在80-10 nm之间，较小的粒径有助于各个原料组分间的相互混合，有效减小孔隙率和降低团聚现象。

具体实施例如下：

实施案例一：

S1，以所有物料为100份重量份计算，以纳米金刚石作为改性填料，占所有物料的2份（以体积份计占0.9份），其他组分包括甲基乙烯基硅橡胶，二氧化硅，氢氧化铝（以重量份计占5份）及二叔丁基过氧化物（以重量份计占0.5份），按照配比分别称量完毕。

S2，将纳米金刚石与其他称量完毕的原料混合分别放入捏合机及三辊研磨机中进行八次混料球磨，以得到均匀的原料。

S3，将混料均匀的原料放入10 MPa，180 ℃环境中60分钟，以完成橡胶硫化成型过程。（标定为#2）

实施案例二：

S1，以所有物料为100份重量份计算，以纳米金刚石作为改性填料，占所有物料的4份（以体积份计占1.8份），其他组分包括甲基乙烯基硅橡胶，二氧化硅，氢氧化铝（以重量份计占5份）及二叔丁基过氧化物（以重量份计占0.5份），按照配比分别称量完毕。

S2，将纳米金刚石与其他称量完毕的原料混合分别放入捏合机及三辊研磨机中进行八次混料球磨，以得到均匀的原料。

S3，将混料均匀的原料放入10 MPa，180 ℃环境中60分钟，以完成橡胶硫化成型过程。（标定为#3）

实施案例三：

S1，以所有物料为100份重量份计算， 以纳米金刚石作为改性填料，重量份计，占所有物料的6份（以体积份计占2.7份），其他组分包括甲基乙烯基硅橡胶，二氧化硅，氢氧化铝（以重量份计占5份）及二叔丁基过氧化物（以重量份计占0.5份），按照配比分别称量完毕。

S2，将纳米金刚石与其他称量完毕的原料混合分别放入捏合机及三辊研磨机中进行八次混料球磨，以得到均匀的原料。

S3，将混料均匀的原料放入10 MPa，180 ℃环境中60分钟，以完成橡胶硫化成型过程。（标定为#4）

实施案例四：

S1，以所有物料为100份重量份计算，以纳米金刚石作为改性填料，重量份计，占所有物料的8份（以体积份计占3.7份），其他组分包括甲基乙烯基硅橡胶，二氧化硅，氢氧化铝（以重量份计占5份）及二叔丁基过氧化物（以重量份计占0.5份），按照配比分别称量完毕。

S2，将纳米金刚石与其他称量完毕的原料混合分别放入捏合机及三辊研磨机中进行八次混料球磨，以得到均匀的原料。

S3，将混料均匀的原料放入10 MPa，180 ℃环境中60分钟，以完成橡胶硫化成型过程。（标定为#5）

综上实施例，如图1所示，纳米金刚石的粒径度较小，在80-100nm之间。如图2-6所示，随着纳米金刚石占比的增大，样品表面变得越来越粗糙，甚至出现孔隙。如图7所示，无论填充率如何，所有样品的热扩散系数几乎随温度线性降低；另一方面，随着纳米金刚石填充率的增加，热扩散系数增大；在其他温度下，也观察到类似的趋势。如图8所示，对于比热容，表现了随温度降低而线性下降的结果；此外随着填料比的增加，热容先增大后减小。如图9所示，由于随着纳米金刚石占比增加导致的孔隙率的增大，样品在高填充率下的热导系数并不突出，最大的增幅在#3表现出来。如图10所示，所有样品的接触角都随温度的升高而增大，然后趋于稳定，且相较于#1，#2、#3、#4的接触角都有较大的提升，说明了其疏水性能的改善。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。