一种用于带电作业机器人的外绝缘固化料及其制备方法与流程

[0001]
本发明涉及一种用于带电作业机器人的外绝缘固化料及其制备方法，属于电力外绝缘防护技术领域。


背景技术：

[0002]
在我国，电力的传输有相当一部分依赖于架空裸导线。我国地域辽阔，线路环境复杂，而传统架空裸导线距离楼房或者树木，经常会面临一些雷击线路、短路接地、工程作业触电、线路腐蚀、钓鱼触电等问题，进而降低了供电的安全性与稳定性。绝缘导线代替裸导线是城市配电网建设的一个新的目标。对已有的架空裸导线进行绝缘化改造具有巨大的社会和经济价值。在线施工的可涂覆绝缘料成为架空线路和导线接口绝缘化改造的主要方向。
[0003]
带电作业机器人在完成接线等工作后，需要对暴露面进行绝缘化改造，这对绝缘材料提出了要求，要满足能够在线施工、室温快速固化、耐老化、耐磨、防腐、导热等性能。目前用于带电作业机器人的符合条件的室温固化硅橡胶还比较少，脱酸型室温硫化硅橡胶具有刺激性气味，且对金属有腐蚀，不能用于金属导线外绝缘；脱肟型室温硫化硅橡胶对黄铜有腐蚀性，且也存在刺激性气味的问题，应用范围受到限制。一般性配方的单组分脱醇型室温固化硅橡胶存在两个主要缺点：(1)储存稳定性差，长期存放后性能下降，与配制初期在固化速度、固化后性能上差距较大，甚至触变性变坏或胶料结构化，挤出困难，存放时对环境温度比较敏感，为延长储存时间，存放温度一般不超过20℃；这主要是因为封端羟基在存储过程中与交联剂发生了反应，造成了部分固化。(2)长时间户外运行后，表面会发生老化起皮、开裂，耐候性较差。
[0004]
氟硅橡胶是在硅橡胶侧链引入了c-f3基团，具有更低的表面能，相对于硅橡胶有更好的耐油、耐腐蚀和耐候性能。但因为制备成本高，市场价为普通硅橡胶的十倍左右，限制了其应用范围。


技术实现要素：

[0005]
发明目的：针对现有带电作业机器人所用的脱醇型室温固化硅橡胶存在的存储稳定性差、耐腐蚀耐候性差等问题，本发明提供了一种用于带电作业机器人的外绝缘固化料，其存储稳定、耐候、耐腐蚀；另外，本发明还提供了一种该外绝缘固化料的制备方法。
[0006]
技术方案：本发明所述的一种用于带电作业机器人的外绝缘固化料，按重量份数计，包括如下组分：主成膜物60～180份、补强料7～30份、导热填料2～15份、阻燃剂15～50份、颜料0～10份、固化剂4～15份、附着力促进剂1～15份、催化剂0.1～3份、抗氧剂0～1份、紫外线吸收剂0～2份；其中，主成膜物为烷氧基封端聚硅氧烷与甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷的混合物，固化剂为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷中至少一种。
[0007]
作为优选的，本发明的外绝缘固化料中，各组分含量为：主成膜物80～150份、补强
料10～25份、导热填料5～15份、阻燃剂20～40份、颜料0～10份、固化剂6～12份、附着力促进剂3～12份、催化剂0.2～2份，抗氧剂0.2～0.8份、紫外线吸收剂0.5～1.5份。
[0008]
其中，主成膜物中，甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷的质量百分含量优选为5～20％；烷氧基封端聚硅氧烷、甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷的粘度优选为5000～100000cs。
[0009]
外绝缘固化料中，补强料可为粒径5nm～50μm的白炭黑；导热填料可为氧化铝、氮化铝、氧化锌、氧化镁、氮化硼、碳化硅中的一种或多种；阻燃剂可为氢氧化铝、氢氧化镁、三聚氰胺、多聚磷酸铵、五溴乙基苯、硼酸锌、三氧化二锑中的至少一种。颜料可为炭黑、氧化铁红、二氧化钛中的一种。附着力促进剂可为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；催化剂可为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、钛酸酯中的至少一种。
[0010]
进一步的，抗氧剂可为硫代二丙酸二月桂酯、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯中的至少一种；紫外线吸收剂可为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、苯并三唑类中的至少一种。
[0011]
本发明所述的用于带电作业机器人的外绝缘固化料的制备方法，包括下述步骤：
[0012]
(1)将烷氧基封端聚硅氧烷与甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷用行星搅拌器在真空条件下充分混合，得到主成膜物；然后将补强料、导热填料、阻燃剂和颜料加入到主成膜物中，真空条件下充分混合，得到初混胶；
[0013]
(2)将步骤(1)所得初混胶过辊研磨，制得均匀的基胶；
[0014]
(3)将基胶冷却后强力分散，真空搅拌下加入固化剂、附着力促进剂和催化剂，充分混合搅拌后出料，即得；其中，抗氧剂和紫外线吸收剂在步骤(1)中制备初混胶时加入，或在步骤(3)中加入。
[0015]
优选的，步骤(1)中，在真空条件下充分混合是指在真空度0.04mpa以下充分混合。
[0016]
进一步的，步骤(3)中，搅拌过程中，保持真空度为0.04mpa以下。
[0017]
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明采用烷氧基封端的聚硅氧烷作为基胶，所得外绝缘固化料能够在室外环境下迅速固化，存储稳定，解决了现有脱醇型室温固化硅橡胶存储稳定性差的问题；而且，包覆料固化产生的副产物为小分子醇，无刺激性气味，绿色环保；(2)本发明在主成膜物中添加少量氟硅橡胶，提高了包覆料的耐老化、耐腐蚀性能和抗电击穿性能，而且，与单一氟硅橡胶相比，本发明通过氟硅橡胶与其他组成之间协同作用，以少量的使用量实现了较优的耐老化耐腐蚀性能，相同耐候性能下本发明的包覆料成本大大降低；(3)本发明制备方法中，将主成膜物与其他原料分步混合制备初混胶，通过预混提高主成膜物的均一性，进而提高初混胶的均质性，最终提高固化料的力学性能。
具体实施方式
[0018]
下面对本发明的技术方案作进一步说明。
[0019]
实施例1
[0020]
一种用于带电作业机器人的外绝缘固化料，包括以下重量份的组分：粘度为100000cs的烷氧基封端甲基乙基聚硅氧烷57份、100000cs的甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷3份、50μm白炭黑7份、氮化铝2份、氢氧化铝15份、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷1
份、甲基三甲氧基硅烷4份、二月桂酸二丁基锡0.1份。
[0021]
上述用于带电作业机器人的外绝缘固化料，通过以下制备方法制得：
[0022]
(1)基胶的预混：将烷氧基封端甲基乙基聚硅氧烷与甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷加入捏合机中，抽真空至0.04mpa，用行星搅拌器充分混合，得到主成膜物；然后将白炭黑、氮化铝和氢氧化铝加入到主成膜物中，真空度保持在0.04mpa下充分混合，得到初混胶；
[0023]
(2)将步骤(1)所得初混胶过三辊研磨机，制得均匀的基胶；
[0024]
(3)将步骤(2)得到的基胶冷却后再转入强力分散机，加入甲基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡，真空度保持在0.04mpa，充分混合搅拌，出料，即得。
[0025]
实施例2
[0026]
一种用于带电作业机器人的外绝缘固化料，包括以下重量份的组分：粘度为5000cs的烷氧基封端聚二甲基硅氧烷144份、粘度为5000cs的甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷36份、粒径为5nm的白炭黑30份、氮化硼15份、氢氧化铝50份、炭黑10份、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷15份、甲基三乙氧基硅烷15份、辛酸亚锡3份、硫代二丙酸二月桂酯1份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮2份。
[0027]
上述用于带电作业机器人的外绝缘固化料，通过以下制备方法制得：
[0028]
(1)基胶的预混：将烷氧基封端聚二甲基硅氧烷与甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷加入捏合机中，抽真空至0.03mpa，用行星搅拌器充分混合，得到主成膜物；然后将白炭黑、氮化硼、氢氧化铝和炭黑加入到主成膜物中，真空度保持在0.03mpa下充分混合，得到初混胶；
[0029]
(2)将步骤(1)所得初混胶过三辊研磨机，制得均匀的基胶；
[0030]
(3)将步骤(2)得到的基胶冷却后再转入强力分散机，加入γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、辛酸亚锡，硫代二丙酸二月桂酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，真空度保持在0.03mpa，充分混合搅拌，出料。
[0031]
实施例3
[0032]
一种用于带电作业机器人的外绝缘固化料，包括以下重量份的组分：粘度为80000cs的烷氧基封端聚二甲基硅氧烷70份、粘度为5000cs的甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷10份、1μm白炭黑10份、氮化硼5份、氢氧化镁20份、甲基三甲氧基硅烷6份、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷3份、二月桂酸二丁基锡0.2份、硫代二丙酸二月桂酯0.2份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮0.5份。
[0033]
上述用于带电作业机器人的外绝缘固化料，通过以下制备方法制得：
[0034]
(1)基胶的预混：将烷氧基封端聚二甲基硅氧烷与甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷加入捏合机中，抽真空至0.02mpa，用行星搅拌器充分混合，得到主成膜物；然后将白炭黑、氮化硼、氢氧化镁、硫代二丙酸二月桂酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮加入到主成膜物中，真空度保持在0.02mpa下充分混合，得到初混胶；
[0035]
(2)将步骤(1)所得初混胶过三辊研磨机，制得均匀的基胶；
[0036]
(3)将步骤(2)得到的基胶冷却后再转入强力分散机，高速搅拌下，加入甲基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡，真空度保持在0.02mpa，充分混合搅拌，出料。
[0037]
实施例4
[0038]
一种用于带电作业机器人的外绝缘固化料，包括以下重量份的组分：粘度为40000cs的烷氧基封端聚二甲基硅氧烷135份、粘度为40000cs甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷15份、3μm白炭黑25份、氧化镁5份、碳化硅10份、氢氧化镁40份、炭黑10份、甲基三甲氧基硅烷12份、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷10份、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷2份、二月桂酸二丁基锡2份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯0.8份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮1.5份。
[0039]
上述用于带电作业机器人的外绝缘固化料，通过以下制备方法制得：
[0040]
(1)基胶的预混：将烷氧基封端聚二甲基硅氧烷与甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷加入捏合机中，抽真空至0.02mpa，用行星搅拌器充分混合，得到主成膜物；然后将白炭黑、氧化镁、碳化硅、氢氧化镁、炭黑和四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮加入到主成膜物中，真空度保持在0.02mpa下充分混合，得到初混胶；
[0041]
(2)将步骤(1)所得初混胶过三辊研磨机，制得均匀的基胶；
[0042]
(3)将步骤(2)得到的基胶冷却后再转入强力分散机，高速搅拌下，加入甲基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡，真空度保持在0.02mpa，充分混合搅拌，出料。
[0043]
实施例5
[0044]
一种用于带电作业机器人的外绝缘固化料，包括以下重量份的组分：粘度为20000cs的烷氧基封端聚二甲基硅氧烷90份、粘度为20000cs的甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷10份、10μm白炭黑15份、碳化硅5份，氧化镁5份，氢氧化镁30份、炭黑5份、甲基三甲氧基硅烷8份、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷6份、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷4份、二月桂酸二丁基锡0.5份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯0.5份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮1份。
[0045]
上述用于带电作业机器人的外绝缘固化料，通过以下制备方法制得：
[0046]
(1)基胶的预混：将烷氧基封端聚二甲基硅氧烷与甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷加入捏合机中，抽真空至0.01mpa，用行星搅拌器充分混合，得到主成膜物；然后将白炭黑、碳化硅、氧化镁、氢氧化镁、炭黑、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮加入到主成膜物中，真空度保持在0.01mpa下充分混合，得到初混胶；
[0047]
(2)将步骤(1)所得初混胶过三辊研磨机，制得均匀的基胶；
[0048]
(3)将步骤(2)得到的基胶冷却后再转入强力分散机，高速搅拌下，加入甲基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、二月桂酸二丁基锡，真空度保持在0.01mpa，充分混合搅拌，出料。
[0049]
对比例1
[0050]
一种外绝缘固化料，包括以下重量份的组分：粘度为20000cs的羟基封端聚二甲基硅氧烷100份、10μm白炭黑15份、氧化镁5份、碳化硅5份、氢氧化镁30份、炭黑5份、甲基三甲氧基硅烷8份、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷6份、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷4份、二月桂酸二丁基锡0.5份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯0.5份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮1份。
[0051]
上述外绝缘固化料通过以下制备方法制得：
[0052]
(1)基胶的预混：将端羟基二甲基聚硅氧烷、白炭黑、碳化硅、氧化镁、氢氧化镁、炭
黑、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮加入捏合机中，抽真空至0.01mp充分混合，得初混胶；
[0053]
(2)将步骤(1)所得初混胶过三辊研磨机，制得均匀的基胶；
[0054]
(3)将步骤(2)得到的基胶冷却后再转入强力分散机，高速搅拌下，加入甲基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡，真空度保持在0.01mpa，充分混合搅拌，出料。
[0055]
对比例2
[0056]
一种外绝缘固化料，包括以下重量份的组分：粘度为20000cs的烷氧基封端聚二甲基硅氧烷100份、10μm白炭黑15份、氧化镁5份、碳化硅5份、氢氧化镁30份、炭黑5份、甲基三甲氧基硅烷8份、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷6份、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷4份、二月桂酸二丁基锡0.5份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯0.5份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮1份。
[0057]
上述外绝缘固化料通过以下制备方法制得：
[0058]
(1)基胶的预混：将烷氧基封端聚二甲基聚硅氧烷、白炭黑、碳化硅、氧化镁、氢氧化镁、炭黑、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮加入捏合机中，抽真空至0.01mp充分混合，得初混胶；
[0059]
(2)将步骤(1)所得初混胶过三辊研磨机，制得均匀的基胶；
[0060]
(3)将步骤(2)得到的基胶冷却后再转入强力分散机，高速搅拌下，加入甲基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡，真空度保持在0.01mpa，充分混合搅拌，出料。
[0061]
对比例3
[0062]
一种外绝缘固化料，包括以下重量份的组分：粘度为20000cs的甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷100份、10μm白炭黑15份、氧化镁5份、碳化硅5份、氢氧化镁30份、炭黑5份、甲基三甲氧基硅烷8份、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷6份、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷4份、二月桂酸二丁基锡0.5份、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯0.5份、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮1份。
[0063]
上述外绝缘固化料通过以下制备方法制得：
[0064]
(1)基胶的预混：将甲基乙烯基三氟丙基硅氧烷、白炭黑、碳化硅、氧化镁、氢氧化镁、炭黑、四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮加入捏合机中，抽真空至0.01mp充分混合，得初混胶；
[0065]
(2)将步骤(1)所得初混胶过三辊研磨机，制得均匀的基胶；
[0066]
(3)将步骤(2)得到的基胶冷却后再转入强力分散机，高速搅拌下，加入甲基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡，真空度保持在0.01mpa，充分混合搅拌，出料。
[0067]
分别将实施例1～5、对比例1～3制备的外绝缘固化料制备标准样片，测试各项性能，其中，拉伸强度和拉伸伸长率按照gb/t 528-2009进行测试，击穿强度按照gb/t1695-2005进行测试，耐候性能按照gb/t 16422.3进行加速气候试验测试。
[0068]
测试结果见下表1。
[0069]
表1实施例1～5、对比例1～3制备的外绝缘固化料的使用性能参数
[0070][0071][0072]
由表1可以看出，与实施例1～2相比，实施例3～5在优选原料参数范围内制得的外绝缘固化料具备更高的拉伸强度和击穿强度，更有利于裸导线的绝缘包覆和接口处的绝缘处理。将实施例5与对比例1相比，可以看到，本发明采用烷氧基封端聚硅氧烷代替羟基封端聚硅氧烷，制得的用于带电作业机器人的外绝缘固化料有更好的存储稳定性；而且，将实施例5与对比例1、对比例2相比可以看出，添加了氟橡胶后，固化料具有更高的抗击穿性能、耐老化性能和耐腐蚀性能。
[0073]
另外，比较实施例5与对比例3可以看到，与对比例3中纯氟橡胶相比，本发明通过氟硅橡胶与其他组分之间协同作用，以极少量的氟硅橡胶使用量实现了同样优异的耐老化耐腐蚀性能，从而大大降低了原料成本：市场上的氟硅橡胶的价格为480元/公斤左右，而烷氧基封端的聚二甲基硅氧烷价格在48元/公斤左右，生产使用10公斤基胶，实施例5基胶的原料成本费用约为912元，对比例3的基胶原料成本费用为4800元，即本申请以不到氟橡胶20％的基胶价格实现了纯氟橡胶的耐腐蚀、耐老化性能，且解决了纯氟橡胶存储不稳定的问题。

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