一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料及其制备方法与流程

本发明属于三元乙丙橡胶，具体涉及一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料及其制备方法。

背景技术：

1、绝缘子作为绝缘系统中广泛使用的器件，其在电气、电力工程等领域起着至关重要的作用，其中，应用于绝缘子的材料主要包括三元乙丙橡胶、硅橡胶等绝缘性能优异的有机聚合物，不过，现有的三元乙丙橡胶仍存在一定的弊端限制其在绝缘子中的使用效果，这是因为一方面三元乙丙橡胶的耐高压性能依然不足，在高压、特高压的环境下会面临着击穿问题，严重制约了使用范围，基于此，不少现有技术会选择往三元乙丙橡胶中加入芳香酮类电压稳定剂以此提高击穿强度即耐高压性能，但是，这些芳香酮类电压稳定剂又大多为小分子化合物，其在电场和热的作用下非常容易从三元乙丙橡胶中发生迁移，造成分布不均匀或损失，难以很好地发挥出该有的技术效果，另一方面则是由于绝缘子多在户外环境下进行使用，不可避免地需要经历太阳的长期暴晒，因此，热效应积累严重，无疑加剧了老化过程，进而导致电树枝生长迅速，最终，同样对耐高压性能产生较大的不利影响。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料及其制备方法，本发明先对六方氮化硼进行盐酸多巴胺的聚合包覆，以此形成有机聚合物界面，然后加入乙烯基三甲氧基硅烷，完成第一次的烯基修饰，接着以4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮作为电压稳定剂，通过双键发生聚合，实现电压稳定剂的表面接枝，最后再进一步加入乙烯基三甲氧基硅烷，完成第二次的烯基修饰，从而制备出一种改性功能填料，使其与三元乙丙橡胶、硅橡胶、炭黑、石蜡油、防老剂等常规组分进行混炼、硫化操作后即得到一种新型的三元乙丙橡胶材料，不仅耐高压性能优异，而且耐气候老化的效果好，非常适合应用于绝缘子领域。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料，所述三元乙丙橡胶材料由三元乙丙橡胶、硅橡胶、改性功能填料、炭黑、石蜡油、防老剂、促进剂和硫化剂制备而成。

4、作为本发明的一种优选技术方案，所述三元乙丙橡胶、所述硅橡胶、所述改性功能填料、所述炭黑、所述石蜡油、所述防老剂、所述促进剂和所述硫化剂的质量比为100:35-40:8-10:50-55:15:0.2:1-1.5:3。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述改性功能填料通过以下步骤进行制备：

6、步骤a：往120-140重量份的tris-hcl缓冲液中加入1-1.5重量份的盐酸多巴胺和2-2.5重量份的六方氮化硼，然后在与空气存在接触的条件下30-40℃中超声搅拌10-12h，过滤，取滤渣，利用去离子水洗涤，最后在50-70℃下真空干燥直至恒重，得到组分a；

7、步骤b：往100重量份的无水乙醇中加入所述组分a、0.5-1重量份的乙烯基三甲氧基硅烷和1-2重量份的去离子水，然后在60-70℃下避光搅拌14-16h，过滤，取滤渣，利用去离子水洗涤，最后在50-70℃下真空干燥直至恒重，得到组分b；

8、步骤c：往60-80重量份的去离子水中加入20-30重量份的二甲基亚砜、所述组分b、1-1.5重量份的4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮和0.1-0.3重量份的过硫酸钾，然后在70-80℃下搅拌8-10h，过滤，取滤渣，利用去离子水洗涤，最后在50-70℃下真空干燥直至恒重，得到组分c；

9、步骤d：往100重量份的无水乙醇中加入所述组分c、0.3-0.5重量份的乙烯基三甲氧基硅烷和1-2重量份的去离子水，然后在60-70℃下避光搅拌14-16h，过滤，取滤渣，利用去离子水洗涤，最后在50-70℃下真空干燥直至恒重，即制备完成。

10、进一步地，步骤a所述tris-hcl缓冲液的ph为8.5。

11、进一步地，步骤a所述超声的功率为300-450w。

12、作为本发明的一种优选技术方案，所述防老剂为防老剂4010na。

13、作为本发明的一种优选技术方案，所述促进剂由促进剂tmtd和促进剂dtdm混合而成；所述促进剂tmtd和所述促进剂dtdm的质量比为1-2:1.5-2。

14、作为本发明的一种优选技术方案，所述硫化剂由硫磺和过氧化二异丙苯混合而成；所述硫磺和所述过氧化二异丙苯的质量比为0.5-0.8:2。

15、一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

16、(1)将三元乙丙橡胶和硅橡胶先在150-155℃下混炼60-90min，然后再加入改性功能填料、炭黑、石蜡油、防老剂、促进剂和硫化剂，继续恒温混炼10-15min，自然冷却至室温，得到混合胶料；

17、(2)将所述混合胶料硫化，即制备完成。

18、进一步地，步骤(2)所述硫化的温度为170-180℃；所述硫化的时间为15-30min；所述硫化的压力为10-15mpa。

19、本发明的有益效果：

20、(1)本发明先对六方氮化硼进行盐酸多巴胺的聚合包覆，以此形成有机聚合物界面，然后加入乙烯基三甲氧基硅烷，完成第一次的烯基修饰，接着以4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮作为电压稳定剂，通过双键发生聚合，实现电压稳定剂的表面接枝，最后再进一步加入乙烯基三甲氧基硅烷，完成第二次的烯基修饰，从而制备出一种改性功能填料，使其与三元乙丙橡胶、硅橡胶、炭黑、石蜡油、防老剂等常规组分进行混炼、硫化操作后即得到一种新型的三元乙丙橡胶材料，不仅耐高压性能优异，而且耐气候老化的效果好，非常适合应用于绝缘子领域。

21、(2)本发明创造性地基于六方氮化硼本身具有击穿强度高、介电损耗低等优点，依次对其进行盐酸多巴胺的聚合包覆-乙烯基三甲氧基硅烷的第一次烯基修饰-4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮的表面接枝-乙烯基三甲氧基硅烷的第二次烯基修饰，从而制备出一种改性功能填料；通过盐酸多巴胺的聚合包覆使得六方氮化硼的无机界面能够转变为有机界面，一定程度上增强其在三元乙丙橡胶基体中的相容能力，同时，还提供了大量的羟基和亚氨基，羟基能够为进一步的处理提供位点，而亚氨基则主要发挥出老化过程中争夺自由基的作用，只需协同少量的防老剂后即能很好地终止链式反应的发生，达到抑制老化的效果；4-丙烯氧基-2-羟基二苯甲酮作为一种含有双键的电压稳定剂其能够通过削弱电子的能量，从而提高击穿强度，将其接枝到六方氮化硼表面的有机界面后，可以通过有机界面的苯环基团大大提高其对于电子的捕获能力，进一步促进对于耐高压性能的提升；至于乙烯基三甲氧基硅烷的第二次烯基修饰，其目的在于使得后续的过程中改性功能填料能够参与到硫化体系，不仅解决了背景技术中的迁移问题，而且分散性会更好，分布更均匀，所取得的技术效果亦更为优异。

22、(3)本发明所制备的三元乙丙橡胶材料拥有优异的耐高压性能，在40万伏特下依然不被击穿，同时，耐气候老化效果好。

技术特征：

1.一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料，其特征在于：所述三元乙丙橡胶材料由三元乙丙橡胶、硅橡胶、改性功能填料、炭黑、石蜡油、防老剂、促进剂和硫化剂制备而成。

2.根据权利要求1所述的一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料，其特征在于：所述三元乙丙橡胶、所述硅橡胶、所述改性功能填料、所述炭黑、所述石蜡油、所述防老剂、所述促进剂和所述硫化剂的质量比为100:35-40:8-10:50-55:15:0.2:1-1.5:3。

3.根据权利要求1所述的一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料，其特征在于：所述改性功能填料通过以下步骤进行制备：

4.根据权利要求3所述的一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料，其特征在于：步骤a所述tris-hcl缓冲液的ph为8.5。

5.根据权利要求3所述的一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料，其特征在于：步骤a所述超声的功率为300-450w。

6.根据权利要求1所述的一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料，其特征在于：所述防老剂为防老剂4010na。

7.根据权利要求1所述的一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料，其特征在于：所述促进剂由促进剂tmtd和促进剂dtdm混合而成；所述促进剂tmtd和所述促进剂dtdm的质量比为1-2:1.5-2。

8.根据权利要求1所述的一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料，其特征在于：所述硫化剂由硫磺和过氧化二异丙苯混合而成；所述硫磺和所述过氧化二异丙苯的质量比为0.5-0.8:2。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述硫化的温度为170-180℃；所述硫化的时间为15-30min；所述硫化的压力为10-15mpa。

技术总结
本发明涉及一种耐高压耐气候老化的三元乙丙橡胶材料及其制备方法，属于三元乙丙橡胶技术领域。本发明先对六方氮化硼进行盐酸多巴胺的聚合包覆，以此形成有机聚合物界面，然后加入乙烯基三甲氧基硅烷，完成第一次的烯基修饰，接着以4‑丙烯氧基‑2‑羟基二苯甲酮作为电压稳定剂，通过双键发生聚合，实现电压稳定剂的表面接枝，最后再进一步加入乙烯基三甲氧基硅烷，完成第二次的烯基修饰，从而制备出一种改性功能填料，使其与三元乙丙橡胶、硅橡胶、炭黑、石蜡油、防老剂等常规组分进行混炼、硫化操作后即得到一种新型的三元乙丙橡胶材料，不仅耐高压性能优异，而且耐气候老化的效果好，非常适合应用于绝缘子领域。

技术研发人员：何炽铿
受保护的技术使用者：广东美芝新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5