专利名称：适合臭氧发生器使用的新型电介质材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于绝缘介质材料领域，特别涉及用硅橡胶作臭氧发生器放电电极涂层的一种适合臭氧发生器使用的新型电介质材料及其制备方法。
背景技术：
臭氧是已知可利用的最强的氧化剂之一，在水处理、化学氧化、食品加工与医疗等领域具有广泛的应用，特别是对公斤级的高功率臭氧发生器的需求愈来愈大。研究表明，臭氧发生器的臭氧产量与其放电室电介质的抗击穿电压、介电常数成正比，与介质的壁厚成反比。目前常用的臭氧发生器电介质材料有玻璃、搪瓷和陶瓷材料。玻璃和搪瓷介质材料的介电常数为2~6，远低于陶瓷材料；而我国臭氧发生器以玻璃介电体居多，这正是其效率低下的主要原因。氧化铝陶瓷材料的介电常数为8~10，抗击穿电压可达20KV，是较为理想的电介质材料；但因陶瓷成型及烧结工艺复杂，制造成本高，因此并未得到广泛应用。有些复合陶瓷材料的介电常数可以达到几十乃至上千，但抗击穿电压低，而且同样因为制备工艺复杂而且难度很大，在实践中很少得到应用。
硫化硅橡胶作为一种常用的化工原料被广泛用于密封材料、绝缘材料、电子及通讯产品按键、人造器官等。其抗击穿电压可以达到20KV，中频下介电常数为15～18，介电损耗＜2.0×10-3，具有良好的涂覆特性，与金属材料具有一定的粘接强度，在250℃以下可以长期使用，耐臭氧腐蚀，并且是一种新型的阻燃材料。硫化硅橡胶的上述特性预示着它作为臭氧发生器电介质材料的可能性。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合臭氧发生器使用的新型电介质材料及其制备方法，所述适合臭氧发生器用的新型电介质材料是指硫化硅橡胶，其特征在于采用不改变主链结构，而是通过在现有高温硫化硅橡胶中添加5～40wt％的硅氮橡胶和3～20wt％的导热填料，经过混练、硫化、热处理、再返练工艺获得改性硫化硅橡胶；具体制备工艺过程为将普通高温硫化硅橡胶用气相法获得的白碳黑、加入硅氮橡胶及导热填料混合后在混练机中混练24小时，然后在75℃下热处理，再返练12小时后取出，放置24小时即可得到乳白色的经过改性的流态硫化硅橡胶。
所述导热填料为平均细度10～12μm的MgO粉体。
本发明的有益效果是消除硅橡胶的主链降解，使其耐温性提高到350℃，并降低其压缩变形率一倍以上，粘接强度提高了3～7倍；通过导热填料在硫化硅橡胶中的致密设计，使导热系数可达2.0-3.2W/mK。经测试此改性硫化硅橡胶的抗击穿电压可以达到25KV，7000Hz下介电常数达到20以上，介电损耗＜2.0×10-4。
具体实施例方式
本发明所提供是适合臭氧发生器使用的新型电介质材料及其制备方法，所述适合臭氧发生器用的新型电介质材料是指硫化硅橡胶，在采用不改变主链结构的前提下，通过在现有高温硫化硅橡胶中添加5~40wt％的硅氮橡胶和3~20wt％的导热填料(10～12μm的MgO粉体)，具体制备工艺过程为将普通高温硫化硅橡胶、用气相法获得的白碳黑、与硅氮橡胶混合后在混练机中混练24小时，然后在75℃下热处理，再返练12小时后取出，放置24小时即可得到乳白色的经过改性的流态硫化硅橡胶。用此胶料获得的硅橡胶制品耐温性提高到350℃，其压缩变形率降低一倍以上，粘接强度提高了3～7倍；导热系数可达2.0～3.2W/mK。抗击穿电压可以达到25KV，7000Hz下介电常数达到20以上，介电损耗＜2.0×10-4的改性硫化硅橡胶。
将改性硫化硅橡胶引入臭氧发生器放电室作为电介质材料，具体的做法是将金属平板或金属管作为臭氧发生器放电室的一个电极，具体将改性的流态硫化硅橡胶(粘度为200～10000厘泊)均匀涂覆或者喷涂于金属平板的表面，也可涂覆或喷涂于金属管的内壁或外壁，在常温下经过3～5个小时，待硅橡胶固化后，在KH-1000型立体显微镜下观测在金属电极的表面得到涂层厚度为0.3～3mm的致密电介质材料。以空气或氧气为气源，在中频电压4～15KV、5000～2000Hz情况下放电，产生的臭氧量为40～60mg/L，放电电流为0.1～0.2安培，臭氧发生器电极温度低于80℃。为增加涂层与合金铝板粘接强度，在合金铝板表面预先涂覆了一薄层硫化硅橡胶配套粘结剂HY-SAD材料。
权利要求
1.一种适合臭氧发生器使用的新型电介质材料，所述适合臭氧发生器用的新型电介质材料是指改性硫化硅橡胶，其特征在于采用不改变主链结构，而是在现有高温硫化硅橡胶中添加硅氮橡胶5～40wt％的硅氮橡胶和3～20wt％的导热填料。
2.根据权利要求1所述适合臭氧发生器使用的新型电介质材料，其特征在于所述导热填料为平均细度10～12μm的MgO粉体。
3.一种适合臭氧发生器使用的新型电介质材料的制备方法，其特征在于通过在现有高温硫化硅橡胶中添加5～40wt％的硅氮橡胶和3～20wt％的导热填料，获得改性硫化硅橡胶的具体制备工艺过程为将普通高温硫化硅橡胶用气相法获得的白碳黑、加入硅氮橡胶及导热填料混合后在混练机中混练24小时，然后在75℃下热处理，再返练12小时后取出，放置24小时即可得到乳白色的经过改性的流态硫化硅橡胶。
全文摘要
本发明公开了属于绝缘介质材料领域的用硅橡胶作臭氧发生器放电电极涂层的一种适合臭氧发生器使用的新型电介质材料及其制备方法。采用不改变主链结构，而通过在现有高温硫化硅橡胶中添加硅氮橡胶和导热填料，经过混练、硫化等工艺获得改性硫化硅橡胶，使其具有较高的介电常数和抗击穿电压，成型工艺简单，成本低廉，在较低的功率消耗下易于获得高浓度臭氧。即通过材料设计获得改性硫化硅橡胶，抗高温老化性能等得到显著改善。均匀涂覆或喷涂于臭氧发生器放电室的一个电极上作为电介质材料。配以合适的电源和气源，可以获得高浓度臭氧。
文档编号H01B3/28GK1539726SQ200310103409
公开日2004年10月27日 申请日期2003年10月31日 优先权日2003年10月31日
发明者杨金龙, 刘新亚, 马天, 席小庆, 黄勇 申请人:清华大学, 中国科学院过程工程研究所