电力系统用复合硅橡胶产品偶联工艺探究

引言

近年来, 随着硅橡胶复合材料在电力线路及电器中的广泛应用, 硅橡胶复合材料与金属表面、玻璃纤维材料表面的偶联成为目前各生产厂家生产工艺技术的控制点。电力系统用复合硅橡胶系列产品:高压线路用复合绝缘子、站用支柱绝缘子、复合外套避雷器、跌落式熔断器等已经成为输变电线路工程的主要支撑、绝缘构件之一, 故产品质量直接关系电网稳定、安全运行以及供电可靠性、企业声誉和效益。保证产品具有良好的密封性能既是国标的要求, 又是厂家成本控制的关键技术, 通过挂网绝缘子、避雷器运行实践证明密封破坏导致芯棒脆断成为目前复合绝缘子掉串的主要原因之一。根据多年生产实践, 现对复合硅橡胶产品偶联工艺专项进行一点探究。

一、偶联剂化学性能浅析

目前, 硅橡胶复合绝缘产品的生产广泛采用硅烷偶联剂 (通式YSi X3表示, 式中, Y为非水解基团) 。有机硅烷偶联剂所具有的两不同性质官能团, 一端亲无机物, 易与无机物表面交联;另一端亲有机物, 能与有机聚合物交联或生成氢键, 从而建立起“分子桥”, 得以改善两种界面融合, 达到复合材料具有的物理性能、绝缘性、耐热性、憎水性和耐老化性能, , 以适应异常地理环境下其它介质对界面的渗透并能降低成本。偶联剂作为增强无机物与有机物之间粘接能力的助剂, 在两种物质界面处起架桥作用。

产品定型期间, 经筛选γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷 (分子式:C9H20O5Si, 结构图: 和TH-101硅烷偶联剂具有强极性基团 (苯胺基) 外, 还含有比较活泼的甲氧基团, 故在空气中能较快地自行水解和缩合, 比较适用作为表面处理剂, 以促使室温硫化硅橡胶与其他材料的粘合。

将偶联剂涂在经处理的洁净金属和玻璃纤维芯体表面并露置一段时间后, 偶联剂便与空气中的湿气作用, 在金属表面逐步缩合形成低聚体, 借助于分子中强极性的苯胺基团而粘附在金属和玻璃纤维芯体表面上, 形成架桥结构的一端。

在混炼硅橡胶时加入一定量的硅烷偶联剂既起到不同组合成分之间的交联作用又在硫化过程中参与到无机棒材的交联, 从而形成了硫化成型过程中形成架桥的另一端, 建立起界面联系, 产生巨大的纵向剪切力同时起到密封作用。

二、复合硅橡胶产品用偶联剂的选用原则及应用配比

硅橡胶复合材料与芯棒、金具表面两种不同介质通过偶联剂连接成一体, 偶联剂起媒介作用, 在高温、时间和压力的作用下使直链状聚硅氧烷的链开化学键交链成三维网状结构, 形成共价键强强交链, 融为一体, 从而形成架桥结构。

作为物理机械支撑玻璃纤维引拔棒表面经打磨清洁后, 增大了接触面积, 暴漏了有机溶剂和无机填料, 产生多种类型的复合界面, 镀锌连接件金属表面的预处理存在差异及杂质, 造成界面隔阂。

硅烷偶联剂的Y基团直接决定硅烷偶联剂的应用效果, 只有当Y基团能和对应的基体树脂起反应时, 才能提高有机胶粘剂的粘接强度。一般要求Y基团能与硅橡胶相溶并能起偶联反应, 所以对于不同的硅橡胶, 必须选择含适当Y基团的硅烷偶联剂。

硅橡胶混炼胶中加入占原胶比例1%~2%的KH—560γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷;芯体和金具表面处理选用TH—101硅烷偶联剂与无水乙醇1:4左右配后涂在表面, 进入下道工序。

三、生产操作工艺控制

基于上述对偶联剂的性能分析, 在产品工艺过程中为提高偶联效果, 经试验选出最理想的偶联剂并采用以下几种措施以获得最佳效果。

严格处理芯体表面和金具表面:采取打磨并清洁表面的方法进行预处理, 增加接触面的同时消除杂质;

将偶联剂均匀涂刷在芯体和端部金具上, 室温环境放置1小时以上, 待干后, 放入120℃烘箱中烘干1小时以上, 待溶剂挥发完全;

控制硫化温度在160±10℃范围, 硫化时间:25分钟左右, 压力适中;

改进模具两端密封配合和加热保温区域, 保证压合紧密, 保温良好, 以提高偶联效果;

出模时仔细观察护套的偶联情况, 修边时, 仔细检查端部偶联效果。

四、效果分析

目前, 有很多硅橡胶产品生产厂家选用开姆洛克Chemlok608胶粘剂作为偶联剂。我们也使用过该工艺, 发现涂在芯体和金具表面后在烘干过程中总有粉沫产生, 实际偶联效果, 特别是和金属表面偶联效果不十分理想, 常出现部分表面不偶联情况。我们现行的工艺, 经过近几年的实践证明并通过型式试验, 偶联效果很好, 产品的整体性能稳定、可靠, 得到用户的赞誉。

五、推广应用

经过几年的探索和实践, 现总结上述经验, 供同仁参考指正并希望得到推广应用。

摘要：目前, 电力系统用复合硅橡胶产品的密封性能成为国内复合硅橡胶产品生产厂家工艺控制的关键技术, 随着工艺的改进, 产品的密封性得到持续提升, 通过多年的生产实践证明, 我们的生产工艺成熟, 产品的偶联效果稳定且良好。本文将从偶联剂的性能分析、试验选用到工艺控制操作, 详细介绍了偶联工艺的过程控制, 以期得到推广应用。

关键词：密封性,偶联剂,工艺,应用