結構助劑對高溫硫化固體硅橡膠工藝性能的影響

席克會 司文凱 楊青箐

(河南平高電氣股份有限公司，河南 平頂山467001)

由于電力設備，尤其是高壓輸變電設備，常常暴露于室外，電力行業對絕緣材料的耐高低溫、耐氣候、絕緣、憎水等性能要求較高。硅橡膠是以Si-O 鍵為主鏈，側基為甲基、乙烯基、苯基等有機基團的高分子化合物，由于結構的特殊性，硅橡膠不僅具有耐高低溫、耐臭氧、耐紫外線、耐氣候、絕緣和憎水等優點，且質輕、耐沖擊而在運輸過程中不易損壞。因此，復合絕緣子用高溫硫化固體硅橡膠不僅成為高壓電網建設的基礎材料，又是保障輸配電安全的關鍵因素。雖然，硅橡膠具有許多優異性能，在電力行業中占據了非常重要的位置。但是在復合絕緣子加工成型過程中，由于硅橡膠分子間作用力較大、分子鏈柔順性差，導致其粘度較大、流動性差，使硅橡膠在注射加工成型過程中，產生各種缺陷，加工性能不理想[1]。因此研究結構控制劑對高溫硫化固體硅橡膠工藝性能的影響，以提高其加工性能，實現質量提升，提高生產效率，具有重要意義[2-4]。

1 實驗部分

1.1 實驗所需設備：捏合機（ZH-5L），開煉機（TY-160），平板硫化機（25t），硫化儀（MDR-100E），門尼粘度計（MN-2000），硬度計（XY1），拉力機（GT-AI-3000），擊穿電壓測試儀（GCSTD-C），沖片機，標準切片刀具等。

1.2 實驗基礎硅橡膠配方：生膠：100 份；補強劑：20-60 份；結構控制劑：2-10 份；阻燃劑：80-150 份；硫化劑：0.2-1.0 份；紫外線吸收劑：0.2-0.7 份；增塑劑：1-10 份。

2 結果與討論

2.1 不同配方的工藝時間確認

1～4 號配方分別使用助劑A、B、C、D 進行配置，四組配方中分別加入2 份、4 份、6 份、8 份、10 份對應助劑，配方中其余組分含量保持不變，對得到的20 個配方分別采用平板硫化機進行硫化，硫化溫度采用150℃、硫化時間由硫化儀測定的正硫化時間（T90）確定。根據對各組配方的測試結果，在硫化劑種類、添加份數及配方中其他成分不變的情況下，不同結構控制劑的添加，對高溫硫化固體硅橡膠的正硫化時間影響不大。不同配方中的硫化工藝均按照150℃×15min 進行。

2.2 硅橡膠性能測試

我們對1～4 號各組配方的硅橡膠的門尼粘度、物理性能、電性能等參數進行測試并對比，實驗結果如下：

從表1 和表2 中可以看出，在配方中加入結構控制劑后，硅橡膠的門尼粘度有了非常大的改善。硅橡膠的拉伸強度均隨著羥基硅油用量的增加，先增大后減小，這說明當羥基硅油的添加量過少時，由于橡膠的結構化使膠料變硬，拉伸強度降低。當羥基硅油的含量過多時，橡膠的門尼粘度下降，同時會使硅橡膠過于柔軟甚至粘稠而降低其物理拉伸強度。斷裂伸長率隨羥基硅油用量的增加而逐漸增大，說明羥基硅油在硅橡膠中起到了增塑劑的作用。羥基硅油的含量過多時容易導致膠料粘度低，硬度低，膠料內部易積累氣泡，粘輥現象嚴重，反而不利用加工成型[6]。綜合分析每組的性能測試結果，其中1-3、2-3、3-2、4-2 四組配方綜合性能較優。

表1 1～2 號配方硅橡膠性能測試

2.3 結構控制劑種類對硅橡膠結構化程度的影響測試及數據分析

結構化是高溫硫化硅橡膠放置后流動性的一個重要影響因素[5]。結構化現象的發生與硅橡膠平均摩爾質量、白炭黑用量、結構控制劑用量密切相關。本配方中的結構控制劑為羥基硅油，對硅橡膠的結構化影響較大。我們對2.2 中所選出的四組優化配方制備出的硅橡膠的結構化程度進行研究。對1-3、2-3、3-2、3-2 四組硅橡膠各分為三分，分別停放15d，30d，60d 后，將硅橡膠置于3mm 輥間距的開煉機上進行返煉，以返煉至沒有毛邊的次數來表征結構化的程度，次數越多，結構化越嚴重，反之，結構化較輕。依據測試結果，不同的羥基硅油對硅橡膠結構化的影響不同。配方3-2 和4-2 硅橡膠在停放15d 后，返煉次數小于等于1 次，在停放30d 后，返煉次數不超過2 次，在停放60d 后，返煉次數小于5 次；配方1-3 和2-3 硅橡膠在停放15d后，返煉次數達到4 次，在停放30d 后，返煉次數超過10 次，在停放60d 后，返煉次數大于10 次。配方總體來看，配方3-2 和4-2 羥基硅油對硅橡膠具有優異的結構化控制作用。配方1-3和2-3 的硅橡膠在存放60d 后，返煉次數達到10 次以上，已不能滿足使用要求。而3-2 和4-2 配方的硅橡膠在存放60d 后，仍然具有較低的結構化程度，但是可以滿足使用要求。

3 結論

1 號配方、2 號配方、3 號配方、4 號配方，在硫化劑種類、添加份數及其他成分不變的情況下，不同結構控制劑的添加，對高溫硫化固體硅橡膠的正硫化時間影響不大。確定不同配方中的硫化工藝均按照150℃×15min 執行。

不同配方硅橡膠的門尼粘度、物理性能、電性能等參數進行測試，通過實驗對比分析，得出1 號配方添加6 份助劑A(1-3)、2號配方添加6 份助劑B（2-3）、3 號配方添加4 份助劑C(3-2)、4號配方添加4 份助劑D(4-2)四組配方綜合性能較優，有對較優的四組配方進行結構化測試，3-2 和4-2 配方硅橡膠在存放60d 后仍然具有較低的結構化程度。

表2 3～4 號配方硅橡膠性能測試

[1]王偉良.熱硫化硅橡膠的合成和加工(六)[J].有機硅材料,2012(2):64-65.

[2]吳文明,焦保雷,甄恩龍等.添加劑對硅橡膠耐高溫性的影響[J].有機硅材料,2019,33(01):24-29.

[3]梁偉杰,葛建芳,程少輝等.新型結構控制劑對熱硫化硅橡膠性能的影響[J].仲愷農業工程學院學報,2015,028(3):26-30.

[4]趙光賢.新型橡膠加工助劑[J].世界橡膠工業,2008,35(1):45.

[5]君軒.硅橡膠的結構化和結構控制劑[J].世界橡膠工業,2009,36(12):44.

[6]吳文娟.對高溫硫化硅橡膠粘輥影響因素的研究[J].廣東化工,2019(14):42-43.