一种电子束辐照交联硅橡胶及其制备工艺的制作方法

1.本发明属于电力系统防灾减灾技术领域，具体涉及一种电子束辐照交联硅橡胶及其制备工艺。


背景技术：

2.由于绝缘子硅橡胶材料优异的耐热、耐寒、耐臭氧、电绝缘性能，已被广泛应用于输电线路上。
3.传统的化学交联方式中，以缩合反应交联制得硅橡胶，由于所使用的交联催化剂一般交联完成后并不分离出来，而是残存于橡胶体系中，在较高温度时会引发硅橡胶主链的降解，释放出易挥发的小分子，造成硅橡胶材料的热真空失重指标不符合要求。并且由于橡胶制作工艺的问题，机械混合不均匀，内外层交联密度容易产生差异。电子束交联很好地规避了上述化学交联方式存在的劣势，在最大程度上提高了材料性能，是欲得到量产化高性能的硅橡胶材料更为合适的交联方式。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种电子束辐照交联硅橡胶及制备工艺，能够快速、均匀且有效制备性能优异的高性能的硅橡胶材料。
5.本发明提供的这种电子束辐照交联硅橡胶，由以下质量份数的原料交联制成：甲基乙烯基生胶75～110份、气相法白炭黑25～45份、氢氧化铝微粉110～140份、硅油1～3份、偶联剂kh5601～5份、双二五硫化剂1～3份，纳米氧化锌2～4份、氧化铁1～3份。
6.作为本发明的一个优选技术方案，所述甲基乙烯基生胶分子量为60～66万，乙烯基的含量为0.16～0.22％。
7.作为本发明的一个优选技术方案，所述气相法白炭黑的比表面积为220～250m3/g。
8.作为本发明的一个优选技术方案，所述氢氧化铝微粉的粒径为6000～7000目。
9.作为本发明的一个优选技术方案，所述硅油为含氢量大于等于0.5％的含氢硅油。
10.作为本发明的一个优选技术方案，所述偶联剂kh560的浓度大于95％。
11.作为本发明的一个优选技术方案，所述双二五硫化剂的浓度在93％～96.5％之间。
12.本发明中，所述甲基乙烯基生胶为橡胶主体结构，所述气相法白炭黑起到硅橡胶补强作用，所述氢氧化铝微粉起到防漏电起痕与电蚀损的作用，所述硅油能提高材料的脱模能力，所述偶联剂kh560能有效改善填充剂的分散度以提高加工性能，所述双二五硫化剂起到硫化交联的作用，所述纳米氧化锌能提高材料脱模能力，所述氧化铁起到染色着色作用。
13.本发明提供的这种电子束辐照交联硅橡胶的制备工艺，包括如下步骤：
14.1)将甲基乙烯基生胶与氢氧化铝微粉按所述配比混合，控制温度140～160℃，持
续混合0.5～1h后，添加气相法白炭黑，控制温度140～160℃，再持续混合1～2h，制得混合生胶；
15.2)将步骤1)制得的混合生胶、硅油、偶联剂kh560、双二五硫化剂加入捏合机中，控制温度140～160℃，持续混合2～3h，制得混合胶；
16.3)将步骤2)制得的混合胶用捏合机抽取真空，保持真空度0.07～0.1mpa，温度140～160℃，真空密炼3～6h后卸料，制得硅橡胶生胶；
17.4)将步骤3)制得的硅橡胶生胶冷却后，进行制样，得到预硫化硅橡胶。
18.5)将预硫化硅橡胶进行辐照处理，得到电子束辐照交联硅橡胶。
19.作为本发明的一个优选技术方案，所述步骤4)中，制样的条件为：压力10～15mpa，温度140～160℃，t90硫化时间。
20.作为本发明的一个优选技术方案，所述t90为采用无转子硫化仪测试硅橡胶生胶获取的最佳硫化时间，其计算公式如下：
[0021][0022]
其中，f
l
为无转子硫化仪的测试得到的最小转矩，fmax为在规定时间内达到的最大转矩。
[0023]
作为本发明的一个优选技术方案，所述步骤5)中，预硫化硅橡胶在10mev高能电子加速器下进行辐照处理。
[0024]
作为本发明的一个优选技术方案，所述步骤5)中，辐照处理的条件为：电子加速器束流强度范围为5ma～20ma，线速度为3m/min～5m/min，能量不稳定度小于等于
±
3％，扫描宽度为1000mm～2000mm，束流不稳定度小于等于8％，平均束流为2.23ma。
[0025]
为保证电子束辐照处理能够完全穿透硅橡胶样片，需保证电子穿透率≥85％，电子穿透率计算公式如下：
[0026][0027]
其中pr为电子穿透率，e
p
为入射辐照剂量，ee为穿透辐照剂量。
[0028]
本发明能够控制硅橡胶的交联情况，制备的硅橡胶具备良好的均匀性，同时具备优异的力学性能和电学性能。
[0029]
本发明的有益效果是：
[0030]
1、本发明克服了高温硫化法导致的交联不均匀、能耗大、硫化时间长等问题，能够均匀、快速的促进硅橡胶形成三维网状结构，提高硅橡胶材料的绝缘性和密封性。本发明通过电子束辐照改变硅橡胶的物理化学特性，得到具有表面完整度好、交联均匀性好、耐热性高、稳定性强且不存在化学污染等的硅橡胶材料。
[0031]
2、本发明采用预硫化与辐照交联相结合的方式，能够保证硅橡胶表面结构完整的同时，方便半成品的硅橡胶样品运输并进行辐照处理。
[0032]
3、本发明制备工艺简单，能耗低，生产效率高，便于推广，有利于快速生产加工绝缘子或避雷器等产品。
附图说明
[0033]
图1为本发明对比例硅橡胶与实施例2硅橡胶的表面微观结构sem图；
[0034]
图2为电子束辐照处理硅橡胶样片示意图。
具体实施方式
[0035]
本发明提供的这种电子束辐照交联硅橡胶，由以下质量份数的原料交联制成：甲基乙烯基生胶75～110份、气相法白炭黑25～45份、氢氧化铝微粉110～140份、硅油1～3份、偶联剂kh5601～5份、双二五硫化剂1～3份，纳米氧化锌2～4份、氧化铁1～3份。
[0036]
作为本发明的一个优选技术方案，所述甲基乙烯基生胶分子量为60～66万，乙烯基的含量为0.16～0.22％；
[0037]
作为本发明的一个优选技术方案，所述气相法白炭黑的比表面积为220～250m3/g。
[0038]
作为本发明的一个优选技术方案，所述氢氧化铝微粉的粒径为6000～7000目。
[0039]
作为本发明的一个优选技术方案，所述硅油为含氢量大于等于0.5％的含氢硅油。
[0040]
作为本发明的一个优选技术方案，所述偶联剂kh560的浓度大于95％。
[0041]
作为本发明的一个优选技术方案，所述双二五硫化剂的浓度在93％～96.5％之间。
[0042]
本发明提供的这种电子束辐照交联硅橡胶的制备工艺，包括如下步骤：
[0043]
1)将甲基乙烯基生胶与氢氧化铝微粉按所述配比混合，控制温度140～160℃，持续混合0.5～1h后，添加气相法白炭黑，控制温度140～160℃，再持续混合1～2h，制得混合生胶；
[0044]
2)将步骤1)制得的混合生胶、硅油、偶联剂kh560、双二五硫化剂加入捏合机中，控制温度140～160℃，持续混合2～3h，制得混合胶；
[0045]
3)将步骤2)制得的混合胶用捏合机抽取真空，保持真空度0.07～0.1mpa，温度140～160℃，真空密炼3～6h后卸料，制得硅橡胶生胶；
[0046]
4)将步骤3)制得的硅橡胶生胶冷却后，进行制样，得到预硫化硅橡胶。
[0047]
5)将预硫化硅橡胶进行辐照处理，得到电子束辐照交联硅橡胶。
[0048]
作为本发明的一个优选技术方案，所述步骤4)中，制样的条件为：压力10～15mpa，温度140～160℃，t90硫化时间。
[0049]
作为本发明的一个优选技术方案，所述t90为采用无转子硫化仪测试硅橡胶生胶获取的最佳硫化时间，其计算公式如下：
[0050][0051]
其中，f
l
为无转子硫化仪的测试得到的最小转矩，fmax为在规定时间内达到的最大转矩。
[0052]
作为本发明的一个优选技术方案，所述步骤5)中，预硫化硅橡胶在10mev高能电子加速器下进行辐照处理。
[0053]
作为本发明的一个优选技术方案，所述步骤5)中，辐照处理的条件为：电子加速器束流强度范围为5ma～20ma，线速度为3m/min～5m/min，能量不稳定度小于等于
±
3％，扫描
宽度为1000mm～2000mm，束流不稳定度小于等于8％，平均束流为2.23ma。
[0054]
为保证电子束辐照处理能够完全穿透硅橡胶样片，需保证电子穿透率≥85％，电子穿透率计算公式如下：
[0055][0056]
其中pr为电子穿透率，e
p
为入射辐照剂量，ee为穿透辐照剂量。
[0057]
下面以优选实施例的方式对本发明进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0058]
对比例
[0059]
本对比例硅橡胶，由以下质量份数的原料交联制成：分子量为66万的乙烯基含量为0.16％的甲基乙烯基生胶100份(10kg)、气相法白炭黑35份(3.5kg)、7000目氢氧化铝微粉120份(12kg)、含氢量为0.5％的含氢硅油3份(0.3kg)、浓度为95％的偶联剂kh5601份(0.1kg)、浓度为95％的双二五硫化剂1份(0.1kg)，纳米氧化锌2份(0.2kg)、氧化铁2份(0.2kg)。
[0060]
按上述配比先将甲基乙烯基生胶与氢氧化铝微粉进行混合，控制温度150℃，持续混合1h后，添加气相法白炭黑，控制温度150℃，再持续混合1h，制得混合生胶，过滤后冷却24h；将混合生胶、0.5％含氢硅油、偶联剂kh560、双二五硫化剂加入捏合机中，控制温度150℃，持续混合2小时，制得混合胶，过滤后冷却24h；将混合胶用捏合机抽取真空，保持真空度0.085mpa，保持温度150℃，真空密炼3小时后卸料，制得硅橡胶生胶；
[0061]
采用无转子硫化仪进行t100判断，得到t100时间为10min。
[0062]
将制得的硅橡胶生胶冷却放置24小时后，放置于注射硫化机进行制样，制样条件为压力10mpa，温度150℃，硫化时间10min，得到硅橡胶材料。
[0063]
实施例1
[0064]
本实施例电子束辐照交联硅橡胶，由以下质量份数的原料交联制成：分子量为66万的乙烯基含量为0.16％的甲基乙烯基生胶100份(10kg)、气相法白炭黑35份(3.5kg)、7000目氢氧化铝微粉120份(12kg)、含氢量为0.5％的含氢硅油3份(0.3kg)、浓度为95％的偶联剂kh5601份(0.1kg)、浓度为95％的双二五硫化剂1份(0.1kg)，纳米氧化锌2份(0.2kg)、氧化铁2份(0.2kg)。
[0065]
按上述配比先将甲基乙烯基生胶与氢氧化铝微粉进行混合，控制温度150℃，持续混合1h后，添加气相法白炭黑，控制温度150℃，再持续混合1h，制得混合生胶，过滤后冷却24h；将混合生胶、0.5％含氢硅油、偶联剂kh560、双二五硫化剂加入捏合机中，控制温度150℃，持续混合2小时，制得混合胶，过滤后冷却24h；将混合胶用捏合机抽取真空，保持真空度0.085mpa，保持温度150℃，真空密炼3小时后卸料，制得硅橡胶生胶；
[0066]
采用无转子硫化仪进行t90判断，得到t90时间为5min30s。
[0067]
将制得的硅橡胶生胶冷却放置24小时后，放置于注射硫化机进行制样，制样条件为压力10mpa，温度150℃，硫化时间5min30s，得到预硫化硅橡胶。
[0068]
将预硫化硅橡胶放置在10mev高能电子加速器下进行辐照处理，设置电子加速器束流强度范围为15ma，线速度为4m/min，扫描宽度为1500mm。
[0069]
将辐照剂量设定为10kgy，在硅橡胶样品正反两面张贴辐照剂量检测贴片，记录入射辐照剂量和射出辐照剂量数值分别为10.6kgy和9.2kgy，通过公式计算电子穿透率，电子穿透率为86.8％，表明辐照合格。
[0070]
本实施例制得的硅橡胶的表面微观结构sem图如图1所示。
[0071]
对本实施例制备得到14
×
12
×
2mm的硅橡胶样片，按照相关标准进行电气性能测试，获得实施例氧化锌电阻片的基本电性能与机械性能。
[0072]
实施例2
[0073]
本实施例与实施例1基本相同，只是辐照处理的辐照剂量不同，具体为：
[0074]
将预硫化硅橡胶放置在10mev高能电子加速器下进行辐照处理，辐照剂量设定为30kgy在硅橡胶样品正反两面张贴辐照剂量检测贴片，记录入射辐照剂量和射出辐照剂量数值分别为30.5kgy和28.9kgy，通过公式计算电子穿透率，电子穿透率为94.8％，表明辐照合格。
[0075]
对本实施例制备得到14
×
12
×
2mm的硅橡胶样片，并按照相关标准进行电气性能测试，获得实施例氧化锌电阻片的基本电性能与机械性能。
[0076]
实施例3
[0077]
本实施例与实施例1基本相同，只是辐照处理的辐照剂量不同，具体为：
[0078]
将预硫化硅橡胶放置在10mev高能电子加速器下进行辐照处理，辐照剂量设定为50kgy在硅橡胶样品正反两面张贴辐照剂量检测贴片，记录入射辐照剂量和射出辐照剂量数值分别为50.5kgy和48.1kgy，通过公式计算电子穿透率，电子穿透率为95.2％，表明辐照合格。
[0079]
对本实施例制备得到14
×
12
×
2mm的硅橡胶样片，按照相关标准进行电气性能测试，获得实施例氧化锌电阻片的基本电性能与机械性能。
[0080]
将对比例、实施例1、实施例2、实施例3获得的硅橡胶性能进行对比，结果如表1所示。
[0081]
表1性能测试结果
[0082][0083]
可以看出，本发明制备的硅橡胶稳定性强、电学性能与力学性能优异、表面完整无破损情况出现，有利于生产加工高压、特高压绝缘子或避雷器产品，制备过程简单方便效率高，便于推广，且利于长期使用。
[0084]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施
例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。