一种陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子聚合物绝缘材料技术领域，特别涉及硅橡胶绝缘材料领域，具体的说是涉及一种陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶及其制备方法。

背景技术

陶瓷绝缘子是输变电设备中非常重要的组成部分，这类绝缘子具有良好的化学稳定性和热稳定性，抗老化能力强，并具有良好的电气和机械性能，组装灵活，得到了大面积使用。陶瓷绝缘子表面在运行过程中会逐渐积污，当污层受潮湿润时，污层中的电介质溶解，漏电电流增加，导致绝缘表面发生闪络，这种闪络造成的事故称为污闪事故。随着我国工业的快速发展，环境污染日趋严重，导致输变电线路的绝缘性下降，污闪事故频发，其危害堪比自然灾害。在恶劣气候下沿潮湿、脏污绝缘子闪络造成的电力系统污闪事故已成为电力系统的巨大威胁。加强全国特超高压输电线路的建设和升级成为电力工业发展的重中之重，这对于线路的防污闪要求进一步加强，研究开发高性能的防污闪技术成为电力安全的迫切要求。

防污闪是采取一定的手段和措施防止污闪的发生，在绝缘体表面喷涂室温硫化硅橡胶RTV防污闪涂层是一种行之有效的措施，例如中国发明专利CN92107775，CN93104478，CN00112886，CN200610025243，CN200410026092和CN200510014675。RTV防污闪涂料是涂覆在绝缘子表面的一种憎水涂层，其主要功能是提高电力输变电设备外绝缘结构的抗污闪电压。随着科技进步和社会快速发展，传统的RTV材料已经很难满足越来越高的防污闪要求，因此迫切需要研发出一种具有更高性能的防污闪涂层。为使该涂层能够达到防污闪的目的，要求涂层材料本身具有很好的绝缘性能、耐电痕性能、阻燃性、良好的憎水性，而室温硫化硅橡胶RTV自身很难达到所有要求。

对比室温硫化硅橡胶RTV，加成型液体硅橡胶具有更加优异的机械强度，耐高低温性能、憎水性、绝缘性、耐候性和耐老化性，能在很宽的温度范围内保持稳定的物理性能，特别是绝缘性，在电力设施中得到了广泛应用，例如复合绝缘子伞裙、冷缩套管。对加成型液体硅橡胶改性，在保持其现有优良性能的基础上，使加成型液体硅橡胶满足作为高性能防污闪涂层材料的室温硫化、低粘度、附着性、阻燃性和耐电痕性是目前可行的方向之一。使用功能填料可显著提高硅橡胶的耐电痕性和阻燃性，例如中国发明专利CN103642247，中国发明专利CN104130580，通过添加金属氧化物、氢氧化物或者碳酸盐填料的方式提高液体硅橡胶的耐电痕性。中国发明专利CN1730561公开了一种利用硅树脂和补强填料制备高撕裂硅橡胶的技术，该硅橡胶的耐漏电起痕性能可达到1A3.5KV级别。选择合适的抑制剂可实现加成型液体硅橡胶的室温硫化，添加硅烷偶联剂可显著提高硅橡胶在极性基材表面的附着力。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的缺陷及不足，提供一种全新的陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明公开了一种陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶，该液体硅橡胶为双组份，室温硫化液体硅橡胶，具有优异的机械强度和耐电痕性能，并具有很好的附着性、憎水性和耐老化性能，可满足陶瓷绝缘子对硅橡胶涂层耐久性和耐电痕性的要求。所述陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶由下述重量份的原料组成：30～70份液体MQ硅树脂、5～40份沉淀法白炭黑、10～50份碳酸镁、1～10份含氢硅油、0.1～5份烷氧基硅烷偶联剂、0.1～0.3份铂金抑制剂和0.1～0.3份催化量的铂金催化剂。

所述液体MQ硅树脂为乙烯基硅油和固体MQ硅树脂的混合物，所述液体MQ硅树脂的固含量为20～60％，优选30～50％；所述液体MQ硅树脂的粘度为100～100000mPa.s，优选1000～50000mPa.s；所述液体MQ硅树脂中乙烯基硅油的质量分数为0.1～2.0％，优选0.2～1.0％；所述液体MQ硅树脂在所述液体硅橡胶中的质量分数为30～70％，优选40～60％。

所述沉淀法白炭黑为硅烷表面改性的疏水白炭黑；所述沉淀法白炭黑的平均粒径为1～100微米，优选1～10微米；所述沉淀法白炭黑的比表面积为50～500m

所述碳酸镁为硅烷表面改性的疏水碳酸镁，所述碳酸镁的平均粒径为1～50微米，优选1～10微米；所述碳酸镁在所述液体硅橡胶中的质量分数为10～50％，优选20～40％。

所述含氢硅油的粘度为10～200mPa.s，优选30～100mPa.s；所述含氢硅油的含氢量为0.1～2.0％，优选0.3～1.0％；所述含氢硅油在所述液体硅橡胶中的质量分数为1～10％，优选2～6％；在所述陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶中，来自含氢硅油与硅原子连接的氢原子和来自乙烯基硅油、硅树脂和填料的总乙烯基的摩尔数之比为1～3，优选1.5～2.5。

所述烷氧基硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种混合物；烷氧基硅烷偶联剂包括但并不限于以上物质及其混合物。烷氧基硅烷偶联剂在所述液体硅橡胶中的质量分数为0.1～5％，优选0.5～3％。

所述铂金抑制剂为四甲基四乙烯基环四硅氧烷，所述铂金催化剂为卡斯特催化剂或氯铂酸的醇溶液。

本发明还公开了一种陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶的制备方法，该制备方法具体包括如下步骤：

(1)将液体MQ硅树脂加入行星搅拌机；

(2)分批加入硅烷改性沉淀法白炭黑，抽真空混合均匀；

(3)分批加入硅烷改性碳酸镁，抽真空混合均匀；

(4)依次加入含氢硅油，烷氧基硅烷和铂金抑制剂，真空混合均匀；

(5)按照上述步骤混合均匀后即得到陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶，该液体硅橡胶能够在铂金催化剂存在时室温下固化完全。

所有原料均在室温下加入，并抽真空混合，脱除空气，形成均匀连续的分散相。所述陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶为双组份液体，铂金催化剂与铂金抑制剂和所述含氢硅油不在同一组分中。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种陶瓷绝缘子防污闪涂层材料，具体公开了一种陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶及其制备方法。本发明使用固含量为20～60％的液体MQ硅树脂为基础聚合物，硅烷表面改性的沉淀法白炭黑为补强填料，硅烷改性的碳酸镁为阻燃填料，含氢硅油为交联剂，铂金配合物为催化剂，硅烷偶联剂为粘接剂。硅烷改性的疏水填料和基础聚合物有很好的相容性，可以使液体硅橡胶具有低粘度和很好的流动性，MQ硅树脂和硅烷改性填料中的乙烯基能充分参与含氢硅油的硅氢加成反应，从而使MQ硅树脂、硅烷改性白炭黑和碳酸镁填料有效键合在液体硅橡胶的交联网络中，提高液体硅橡胶的阻燃性和热稳定性。本发明通过硅烷改性填料、MQ硅树脂和铂金催化剂的协同作用，促进MQ硅树脂和填料表面乙烯基在高温下的陶瓷化过程，抑制液体硅橡胶的热分解，提高耐高温性能，从而提高其耐电痕性能。硅烷偶联剂的加入显著提高了液体硅橡胶在陶瓷材料表面的附着力，四甲基四乙烯基环四硅氧烷作为抑制剂，可实现液体硅橡胶的室温硫化。液体硅橡胶具有较低的粘度，优异的绝缘性能、耐电痕性能、阻燃性、良好的憎水性，可满足陶瓷绝缘子对涂层材料性能的要求。本发明将液体硅橡胶应用于陶瓷绝缘子涂层，可显著提高绝缘子的稳定性和耐久性，保证绝缘子长期安全运行。本发明还涉及陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶的制备方法，该方法工艺简单，适合大规模生产。

本发明液体硅橡胶为双组份，室温硫化液体硅橡胶。本发明通过引入MQ硅树脂提高了液体硅橡胶的机械强度和耐高温性，并通过MQ硅树脂和阻燃填料的协同作用显著提高了液体硅橡胶的阻燃性，从而提高其应用于陶瓷绝缘子涂层的耐污闪和耐电痕性能。本发明液体硅橡胶具有优异的耐电痕性能和阻燃性，并具有很好的附着性、憎水性和耐老化性能，可满足陶瓷绝缘子对硅橡胶涂层耐久性和耐电痕性的要求。室温硫化硅橡胶应用于陶瓷绝缘子，可显著提高陶瓷绝缘子的稳定性和耐久性，保证陶瓷绝缘子长期安全运行。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作详细描述。

本发明实施例和对比例中，所使用的原料为：

A、液体MQ硅树脂，固含量40％，无色透明粘稠液体，粘度为5000mPa.s，乙烯基质量分数为0.5％。

B、硅烷改性沉淀法白炭黑，白色固体粉末，比表面积为200m

C、硅烷表面改性碳酸镁，白色固体粉末，平均粒径为3.8微米。

D、含氢硅油，无色透明液体，粘度为50mPa.s，含氢量为0.7％。

E、烷氧基硅烷偶联剂为KH-560，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷。

F、抑制剂为四甲基四乙烯基环四硅氧烷。

G、铂金催化剂为卡斯特催化剂。

H、乙烯基硅油，无色透明粘稠液体，粘度为5000mPa.s，乙烯基质量分数为0.2％。

实施例1：

将50重量份的液体MQ硅树脂A加入行星搅拌机中，启动搅拌，分两批加入30重量份的改性沉淀法白炭黑B，再分两批加入20重量份的改性碳酸镁C，抽真空混合30分钟，依次加入4.0重量份的含氢硅油D，1.2重量份硅烷偶联剂E和0.36重量份的抑制剂F，抽真空混合20分钟，所得混合物再加入0.5重量份的卡斯特催化剂G，抽真空混合10分钟，所得液体硅橡胶即可用于模压制备试片，测试物理性能、阻燃性和漏电起痕性能。模压条件：2mm厚度试片为80℃10分钟，6mm试片为80℃20分钟，为加快硫化速度，选择模压温度为80℃。

实施例2：

将40重量份液体MQ硅树脂A加入行星搅拌机中，启动搅拌，分两批加入20重量份的改性沉淀法白炭黑B，再分两批加入40重量份的改性碳酸镁C，抽真空混合30分钟，依次加入3.2重量份的含氢硅油D，1.2重量份硅烷偶联剂E和0.36重量份的抑制剂F，抽真空混合20分钟，所得混合物再加入0.5重量份的卡斯特催化剂G，抽真空混合10分钟，所得液体硅橡胶即可用于模压制备试片，模压条件及测试同实施例1。

实施例3：

将45重量份液体MQ硅树脂A加入行星搅拌机中，启动搅拌，分两批加入25重量份的改性沉淀法白炭黑B，再分两批加入30重量份的改性碳酸镁C，抽真空混合30分钟，依次加入3.6重量份的含氢硅油D，1.2重量份硅烷偶联剂E和0.36重量份的抑制剂F，抽真空混合20分钟，所得混合物再加入0.5重量份的卡斯特催化剂G，抽真空混合10分钟，所得液体硅橡胶即可用于模压制备试片，模压条件及测试同实施例1。

对比例1：

将70重量份液体MQ硅树脂A加入行星搅拌机中，启动搅拌，分两批加入30重量份的改性沉淀法白炭黑B，抽真空混合30分钟，依次加入5.6重量份的含氢硅油D，1.2重量份硅烷偶联剂E和0.36重量份的抑制剂F，抽真空混合20分钟，所得混合物再加入0.5重量份的卡斯特催化剂G，抽真空混合10分钟，所得液体硅橡胶即可用于模压制备试片，模压条件及测试同实施例1。

对比例2：

将45重量份乙烯基硅油H加入行星搅拌机中，启动搅拌，分两批加入25重量份的改性沉淀法白炭黑B，再分两批加入30重量份的改性碳酸镁C，抽真空混合30分钟，依次加入2.0重量份的含氢硅油D，1.2重量份硅烷偶联剂E和0.36重量份的抑制剂F，抽真空混合20分钟，所得混合物再加入0.5重量份的卡斯特催化剂G，抽真空混合10分钟，所得液体硅橡胶即可用于模压制备试片，模压条件及测试同实施例1。

表一为陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶实施例和对比例配方，表一中各原料的用量为重量份。表二为陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶测试结果。

表一：陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶实施例和对比例配方。

表二：陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶测试结果。

由表二测试结果可知，本发明陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶的三个实施例均可通过IEC60587 1A4.5kV漏电起痕测试，而两个对比例中两种液体硅橡胶分别只能通过1A3.5KV和1A2.5KV测试。本发明陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶的三个实施例阻燃级别均为UL94 V0级，而两个对比例中两种液体硅橡胶阻燃级别均为UL94 V2级别。由此可见，本发明中的陶瓷绝缘子涂层用液体硅橡胶对比常规液体硅橡胶，耐电痕性和阻燃性能均有显著提高。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。