高壓電力電氣（冷縮電纜附件）用液體注射成型硅橡膠的制備與研究

高壓電力電氣（冷縮電纜附件）用液體注射成型硅橡膠的制備與研究
1*2許永現 1* 陳石剛 1*歐陽沖1*丁小衛 3*袁喜良
（ 1*深圳市安品有機硅材料有限公司 廣東深圳518106 2*深圳市科駿馳科技有限公司 廣東 深圳 5181043*深圳市科通達實業有限公司 廣東 深圳518103）
摘要:研究乙烯基硅油的粘度,氣相白碳黑的的比表面積和用量,結構控制劑的用量,耐漏電起痕添加劑的用量,鉑金催化劑和抑制劑的用量對高壓電力電氣用液體注射硅橡膠膠料的物理性能電性能和加工性能的影響.結果表明:要制備高強度高壓電力電氣用液體注射硅橡膠需5000/80000mpa.s搭配（混合后20000mpa.s）的乙烯基硅油為基礎硅油,填料為比表面積>300m2/g的氣相白碳黑且份量不能超過30份, 結構化控制劑選擇六甲基二硅氮烷且使用15份量(相對白碳黑份量)為*佳.耐漏電起痕添加劑用量為2份,鉑金催化劑用量60ppm,抑制劑用量1.2%時高壓電力電氣用液體注射硅橡膠膠料的物理性能電性能和加工性能達到*佳,完全滿足冷縮電纜附件的特殊要求..
關鍵詞:冷縮電纜附件,耐漏電起痕.液體注射硅橡膠. 耐漏電起痕
10-35KV高壓電纜是目前城市供電主要通道.隨著經濟的發展人們對電力依賴程度越來越大,而且對供電的可靠性要求也越來越高.高壓電纜由于生產及運輸的限制,長度一般僅為幾百米/根,而電纜的引出及加長續接都依賴于專門的電纜終端和電纜接頭,因而電纜附件是實現電能傳輸的必須設備.目前使用的熱縮電纜（用熱塑性樹脂與乙烯基硅橡膠共混制備質量輕,施工方便的附件）技術就是利用高能射線輻射使電纜終端材料在受熱前擴張后一次成型,由于材料的限制和呼吸效應的影響,熱縮電纜附件通常使用壽命4-5年,而電纜的使用壽命長達20-40年.電纜的壽命與附件的壽命不匹配的矛盾嚴重影響供電系統的穩定運行,增加維護強度,冷縮型電纜附件充分利用了硅橡膠的絕緣特性和良好的耐侯性與彈性,在一定工藝配方調配下硫化，在工廠將其擴張到欲安裝尺寸的2-3倍并用高強度可抽拆的內塑料框條支撐。在現場無需其他加熱等手段就可以收縮成型。冷縮電纜附件完全可以與電纜的壽命相匹配,且電性能和物理性能比熱縮電纜附件優越的多.所以冷縮型電纜附件取代熱縮電纜附件是科技進步的必然趨勢.1*
1實驗
主要原料和設備
D4或DMC：GE東芝有機硅； 乙烯基雙封頭，乙烯基環體：國產（寧波市恒昌新材料有限公司）；高含氫硅油：KF-99，信越化學工業株式會社，四甲基氫氧化銨：北京朝福實驗化工廠；含氫雙封頭：浙江三門鴻鄉有機硅助劑廠；.烯丙基雙封頭，鉑金絡合物，抑制劑：自制，氣相白碳黑:AEROSIL-150/200/300/380.德固賽公司.六甲基二硅氮烷:浙江新安化工集團股份有限公司.耐漏電起痕添加劑(FS-029)：自制。
主要設備和檢測儀器:
1.2 儀器
強力電動攪拌器：JBD-90型，上海標本模具廠；旋轉式粘度計：NDJ-79型，同濟大學機電廠；轉子粘度計：NDJ-1型，上海金科儀器設備廠；電光分析天平：TG-380B，上海實驗儀器廠；三輥研磨機：SY-150，常州八方機械廠；拉力試驗機：GT-7010-AE高鐵（東莞）檢測儀器有限公司；沖片機：GT-7016-A高鐵（東莞）檢測儀器有限公司；硬度計：LX-A上海橡膠實驗廠；硫化機：XW-20無錫市錫偉橡塑機械廠；密煉機：5L佛山金銀河機械設備有限公司；硫化儀：EKT-2000臺灣華中科技有限公司；比重計：NB-1型上海昌吉地質儀器有限公司。
1.3實驗路徑與步驟
a)乙烯基硅油的合成:將D4（DMC）、乙烯基雙封頭、乙烯基環體等按一定比例加入三口燒瓶中，升溫至60-70℃，抽真空脫水1h；去掉真空，加入四甲基氫氧化銨催化劑，升溫至110-115℃，攪拌聚合2h，當燒瓶中物料粘度基本不變時迅速將物料加溫到190-200℃，恒溫破媒1h后，抽真空脫除低分子，得到外觀無色透明的乙烯基硅油，通過調節反應物的比例，制備乙烯基含量和分子量不同的乙烯基硅油。2*
b)端含氫硅油制取:將D4、含氫雙封頭。KF-99、酸性陽離子樹脂按一定比例投入三口燒瓶中控制溫度65-70℃攪拌回流2小時，而后升溫至115-120℃繼續攪拌聚合3小時，反應結束后過濾所得液體再投入三口燒瓶中120℃減壓脫除低分子得到分子式為H(CH3)2SiO〔(CH3)2Si0〕m〔H(CH3)2Si0〕nSi(CH3)2H的含氫硅油備用。
c)鉑絡合物催化劑的制取:在三口反應燒瓶中加入1g氯鉑酸的水溶液（Pt含量為33%）和由16g烯丙基雙封頭溶于35g無水乙醇中所組成溶液，慢慢加熱到120℃回流2-3小時，再加入10g碳酸氫鈉（AR）.然后在6。66KPa和45℃條件下蒸除無水乙醇和H2O，過濾固體物，制得一種鉑的烯丙基硅氧烷配位的絡合物。然后溶于一定量丙二醇正丁醚溶液中備用。3*
d)白炭黑處理:將白炭黑加到處理器中，在攪拌下投入六甲基二硅氮烷、H2O、在160℃真空0.03-0.06Mpa處理2-3小時，然后除去殘余的低揮發物，待用。4*
e) 液體注射硅橡膠膠料的制備：膠料的制備工藝見圖
稀釋劑硅油    →    混合    過濾    包裝    →     A組份
乙烯基硅油        鉑金催化劑
    →    捏合機混合    →    研磨    →    基膠    →    稀釋劑硅油    →    混合    過濾    包裝    →     B組份
已處理白炭黑         含氫硅油
        抑 制劑
f)性能測試
將A、B組份按重量比1﹕1混合均勻，于130℃×5分鐘鐘制成標準試片，分別用啞鈴和直角裁刀截取，拉伸強度，伸長率，按GB/T528-1998測試，撕裂強度按GB/T528-1999測試，硬度按GB/T531-1999測試，粘度按GB/T2794-1995測試，比重按GB/T533，體積電阻率按GB/2439-1989測試,電氣強度MV/m按GB/T1695-1989測試,耐漏電起痕與電蝕損性能/KV按GB/T6553測試,阻燃性能/級UL94..
2.結果與討論.
2.1不同比表面積白碳黑對高壓電力電氣用液體注射硅橡膠物理性能和加工性能的影響.
2.1表不同比表面積白碳黑對高壓電力電氣用液體注射硅橡膠物理性能和加工性能的影響.
AEROSIL-150    AEROSIL-200    AEROSIL-300     AEROSIL-380
乙烯基硅油份量    100     100    100     100
處理白炭黑份量     30     30     30     30
液體基料粘度（pa.s）     680     740     930     1100
硬度（A）     36     38     41     42
拉伸強度（MPa）     6.5     7.8     8.4     8.9
撕裂強度（KN/M）     28     35     38     49
伸長率（%）     630     670     710     840
回彈率（%）     68     66     58     56
壓縮長久變形（%）     2     2     2     2
線收縮率（%）     0．3     0．3     0．3     0．3
注：乙烯基硅油是5000/80000mpa.s(混合后20000mpa.s)。硫化條件：130℃X5分鐘
由圖1可以看出,隨著白碳黑比表面積增大,硅橡膠的物理力學性能呈上升趨勢.只有當比表面積>300m2/g的白碳黑做填料且份量小于30份時物理性能才能達到冷縮電纜附件的要求,對于強度要求不高情況下比表面積200m2/g也可適當選擇。
2*2乙烯基硅油粘度和配比對高壓電力電氣用液體注射硅橡膠物理性能的影響
. 2*2乙烯基硅油粘度和配比對高壓電力電氣用液體注射硅橡膠物理性能的影響
樣本1    樣本2    樣本3    樣本4    樣本5
基料粘度（pa.s）     930    928     932    940     938
硬度（A）     40    40     41    41     40
拉伸強度（mpa）     5.5    8.2     7.4    6.1     5.9
撕裂強度（kn/m）     27.3    38     34.3    29.6     28.9
伸長率%     470     710     638     510     490
線收率%     0.2     0.2     0.2     0.2     0.2
比重(g/cm3)     1.12     1.12     1.12     1.12     1.12
注：一。樣本1*20000mpa.s 樣本2*5000/80000 mpa.s 樣本3*2000/80000 mpa.s 樣本4*5000/40000 mpa.s 樣本5*2000/40000 mpa.s。（混合后粘度：20000mpa.s）：100份。氣相白碳黑AEROSIL-300：30份，硫化溫度130℃×5分鐘。
由表3可見：用高低粘度搭配的相同粘度乙烯基硅油做基礎硅油在物理性能方面優于單一粘度硅油。同時發現用高分子量硅油比低分子量硅油配制相同粘度硅油做基礎油時，液體硅橡膠的物理力學性能是高粘度大于低粘度的，但基礎膠料的粘度幾乎沒有什么變化。也就是說對液體注射加工性能沒有影響。
2*3結構化控制劑（六甲基二硅氮烷）的用量對高壓電力電氣用液體注射硅橡膠物理性能和加工性能的影響。
2*3表結構化控制劑（六甲基二硅氮烷）的用量對高壓電力電氣用液體注射硅橡膠物理性能和加工性能的影響
5     10    15     20
外觀    透明泛白光    透明泛白    透明    透明
粘度(pa.s)    1300     1130    930     820
比重g/cm3     1.12     1.12     1.12     1.12
130℃×5分鐘硫化后性能
硬度（A）     46    44     39     36
拉伸強度(Mpa)    5．6     6．4     8.2     6.5
撕裂強度(KN/M)     21．.4     27.2     38     29
伸長率%     340     530     710     550
線收率%     0．2     0．2     0．2     0．2
注：乙烯基硅油5000/80000（20000）mpa.s:100份。氣相白碳黑AEROSIL-300：30份。
由圖表3可以看出:結構化控制劑（六甲基二硅氮烷）用量對氣相白碳黑進行表面處理不夠或處理過度都會直接影響液體硅橡膠的物理性能和加工性能,當添加量為15份(相對白碳黑份量)力學性能較佳. *佳處理程度為氣相白碳黑表面羥基含量的60%左右。
. 2.4耐漏電起痕添加劑用量對高壓電力電氣用液體注射硅橡膠電性能的影響
2.4表耐漏電起痕添加劑用量對高壓電力電氣用液體注射硅橡膠電性能的影響.
電氣強度（MV/m）    體積電阻率（歐。厘米）    耐漏電起痕/級    燃燒時間(s)
1     28    3×1014     2.0     84
2     32    4×1015     3.5     68
3     34    6×1015     4.5     55
4     35    5×1015     4.5    43
由表4可見,在添加劑用量為2份時,硅橡膠的耐漏電起痕已經達到1A3.5級,可以滿足冷縮電纜附件的要求;繼續添加電性能提高但體積電阻率有所降低,所以耐漏電起痕添加劑2-4份*佳.同時發現耐漏電起痕添加劑也具有部分阻燃性.
2*5鉑金絡合物和抑制劑用量對高壓電力電氣用液體注射液體注射硅橡膠（LIMS）在加工性能方面的影響。
為了研究鉑金催化劑和抑制劑對液體注射硅橡膠在加工性能方面的影響，我們參考wacker740，GE-TP3750，ShinEtsuX-3517和道康寧公司DC1510/40等高壓電力電氣用液體注射硅橡膠并對其加工性能進行測試。
2*5鉑金絡合物和抑制劑用量對高壓電力電氣用液體液體注射硅橡膠（LIMS）在加工性能方面的影響。
項目     DC1510/40    wacker740     GE-TP3750    ShinEtsu X-3517     AP-LIM5640
Pt( PPM)                    60
抑制劑                    1.2%
TS10（S）     19    14     17    19     19
TS20（S）     23    19     20    22     22
TC50（S）     29    27     27    30     30
TC90（S）     57    55     59    58     59
ML（n.m）     5.4    5.3     5.7    5.7     4.1
MH（n.m）     13.21    14.36     15.17    15.17     13.46
溫度（ ℃）    130     130    130     130    130
阻燃性能級/UL94    FV-0     FV-0    FV-0     FV-0    FV-0
注：硫化溫度130℃X5分鐘
由圖5可見：調節Ts10和Tc90對液體注射成型硅橡膠（LIMS）加工性能和成型周期特別重要。否則造成因未完全硫化而造成粘模或因硫化太快而阻塞注射通道，進而直接影響生產效率和原材料的浪費。根據我公司多年的測試和實際生產經驗終于找到能夠滿足高壓電力電氣（冷縮電纜附件）用液體注射成型所需鉑金催化劑和抑制劑用量的*佳范圍是Pt用量為60ppm,抑制劑用量為1。2%.*佳要求Ts10控制在15-20秒,Tc90控制在50-60秒為*佳選擇.其中*佳配方選擇還要考慮注射產品的大小和硅膠模具注射口的設計有密切關系。
2.6產品性能
2*6表自制產品與國外用于高壓電力電氣用液體注射硅橡膠的同類產品在物理力學和電性能比較.
項 目    DC1510/40     wacker740    GE-TP3750     AP-LIM5640
邵氏A硬度     40    43     36     41
拉伸強度MPA    7.8     8.3    7.5     8.4
撕裂強度KN/M     42     38     27     38
斷裂伸長率%     660     708     720     710
比重g/cm3     1.12     1.12     1.12     1.12
回彈率%     58     55     55     53
壓縮長久變形%     2     2     2     2
線收縮率%     0.3     0.3     0.3     0.3
體積電阻率（歐姆。厘米）     5X1015     3．5×1015     5×1015     5×1015
耐漏電起痕/級     IA4.5     IA3.5     IA4.5     IA4.5
電氣強度MV/m     35     34     35     35
阻燃性能級/UL94     FV-0     FV-0     FV-0     FV-0
注：硫化溫度130℃X5分鐘
由表6可以看出,我公司開發的AP-LIM5640用于高壓電力電氣（冷縮電纜附件）用液體注射成型硅橡膠的物理性能和電性能均達到或接近國外同類產品水平.經客戶試用在電力系統運行反映良好.
3.結論
要制備高強度高壓電力電氣用液體注射硅橡膠需5000/80000mpa.s搭配（混合后20000mpa.s）的乙烯基硅油為基礎硅油,填料為比表面積>300m2/g的氣相白碳黑且份量不能超過30份, 結構化控制劑選擇六甲基二硅氮烷且使用15-17份量(相對白碳黑份量)為*佳.耐漏電起痕添加劑用量為2份,鉑金催化劑用量60ppm,抑制劑用量1.2%時高壓電力電氣(冷縮電纜附件)用液體注射硅橡膠膠料的物理性能電性能和加工性能達到*佳,完全滿足冷縮電纜附件的特殊要求.
作者簡介:許永現(1973-)男,**工程師,安徽宿州人。主要從事加成型固體硅橡膠(HTV).液體硅橡膠(LSR)產品的生產和研發.EMAIL:xuyongxian1@126.com.聯系電話:0755-27203470,0755-27646234,13076919700.
參考文獻：
1*許永現，陳石剛，丁小衛。〈冷縮電纜附件用高溫硫化硅橡膠的制備與研究〉,《廣東化工》2006。08期.5-8
2*許永現，陳石剛，丁小衛。﹙*用高透明高強度液體注射硅橡膠（LIMS）的制備與研究﹚《廣東化工》2006。09期.9-12。
3*許永現，陳石剛，丁小衛。﹙*用高透明高強度液體注射硅橡膠（LIMS）的制備與研究﹚《廣東化工》2006。09期.9-12
4*陳石剛，許靖，許永現。〈冷縮電纜附件用液體注射硅橡膠的制備〉《有機硅材料》2005。19(6)期：20-22