電力系統用復合硅橡膠產品偶聯工藝探究

林存衢 高洪英 謝家瑞

國網山東平邑縣供電公司 273300

引言

近年來，隨著硅橡膠復合材料在電力線路及電器中的廣泛應用，硅橡膠復合材料與金屬表面、玻璃纖維材料表面的偶聯成為目前各生產廠家生產工藝技術的控制點。電力系統用復合硅橡膠系列產品：高壓線路用復合絕緣子、站用支柱絕緣子、復合外套避雷器、跌落式熔斷器等已經成為輸變電線路工程的主要支撐、絕緣構件之一，故產品質量直接關系電網穩定、安全運行以及供電可靠性、企業聲譽和效益。保證產品具有良好的密封性能既是國標的要求，又是廠家成本控制的關鍵技術，通過掛網絕緣子、避雷器運行實踐證明密封破壞導致芯棒脆斷成為目前復合絕緣子掉串的主要原因之一。根據多年生產實踐，現對復合硅橡膠產品偶聯工藝專項進行一點探究。

一、偶聯劑化學性能淺析

目前，硅橡膠復合絕緣產品的生產廣泛采用硅烷偶聯劑（通式YSiX3表示，式中，Y為非水解基團）。有機硅烷偶聯劑所具有的兩不同性質官能團，一端親無機物，易與無機物表面交聯；另一端親有機物，能與有機聚合物交聯或生成氫鍵，從而建立起“分子橋”，得以改善兩種界面融合，達到復合材料具有的物理性能、絕緣性、耐熱性、憎水性和耐老化性能，，以適應異常地理環境下其它介質對界面的滲透并能降低成本。偶聯劑作為增強無機物與有機物之間粘接能力的助劑，在兩種物質界面處起架橋作用。

產品定型期間，經篩選γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（分子式：C9H20O5Si，結構圖和TH-101硅烷偶聯劑具有強極性基團（苯胺基）外，還含有比較活潑的甲氧基團，故在空氣中能較快地自行水解和縮合，比較適用作為表面處理劑，以促使室溫硫化硅橡膠與其他材料的粘合。

將偶聯劑涂在經處理的潔凈金屬和玻璃纖維芯體表面并露置一段時間后，偶聯劑便與空氣中的濕氣作用，在金屬表面逐步縮合形成低聚體，借助于分子中強極性的苯胺基團而粘附在金屬和玻璃纖維芯體表面上，形成架橋結構的一端。

在混煉硅橡膠時加入一定量的硅烷偶聯劑既起到不同組合成分之間的交聯作用又在硫化過程中參與到無機棒材的交聯，從而形成了硫化成型過程中形成架橋的另一端，建立起界面聯系，產生巨大的縱向剪切力同時起到密封作用。

二、復合硅橡膠產品用偶聯劑的選用原則及應用配比

硅橡膠復合材料與芯棒、金具表面兩種不同介質通過偶聯劑連接成一體，偶聯劑起媒介作用，在高溫、時間和壓力的作用下使直鏈狀聚硅氧烷的鏈開化學鍵交鏈成三維網狀結構，形成共價鍵強強交鏈，融為一體，從而形成架橋結構。

作為物理機械支撐玻璃纖維引拔棒表面經打磨清潔后，增大了接觸面積，暴漏了有機溶劑和無機填料，產生多種類型的復合界面，鍍鋅連接件金屬表面的預處理存在差異及雜質，造成界面隔閡。

硅烷偶聯劑的Y基團直接決定硅烷偶聯劑的應用效果，只有當Y基團能和對應的基體樹脂起反應時，才能提高有機膠粘劑的粘接強度。一般要求Y基團能與硅橡膠相溶并能起偶聯反應，所以對于不同的硅橡膠，必須選擇含適當Y基團的硅烷偶聯劑。

硅橡膠混煉膠中加入占原膠比例1%～2%的KH—560 γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；芯體和金具表面處理選用TH—101硅烷偶聯劑與無水乙醇1：4左右配后涂在表面，進入下道工序。

三、生產操作工藝控制

基于上述對偶聯劑的性能分析，在產品工藝過程中為提高偶聯效果，經試驗選出最理想的偶聯劑并采用以下幾種措施以獲得最佳效果。

嚴格處理芯體表面和金具表面：采取打磨并清潔表面的方法進行預處理，增加接觸面的同時消除雜質；

將偶聯劑均勻涂刷在芯體和端部金具上，室溫環境放置1小時以上，待干后，放入120℃烘箱中烘干1小時以上，待溶劑揮發完全；

控制硫化溫度在160±10℃范圍，硫化時間：25分鐘左右，壓力適中；

改進模具兩端密封配合和加熱保溫區域，保證壓合緊密，保溫良好，以提高偶聯效果；

出模時仔細觀察護套的偶聯情況，修邊時，仔細檢查端部偶聯效果。

四、效果分析

目前，有很多硅橡膠產品生產廠家選用開姆洛克Chemlok 608膠粘劑作為偶聯劑。我們也使用過該工藝，發現涂在芯體和金具表面后在烘干過程中總有粉沫產生，實際偶聯效果，特別是和金屬表面偶聯效果不十分理想，常出現部分表面不偶聯情況。我們現行的工藝，經過近幾年的實踐證明并通過型式試驗，偶聯效果很好，產品的整體性能穩定、可靠，得到用戶的贊譽。

五、推廣應用

經過幾年的探索和實踐，現總結上述經驗，供同仁參考指正并希望得到推廣應用。