一种自固化硅橡胶复合材料及其制备工艺的制作方法

1.本发明涉及绝缘材料技术领域，具体涉及一种自固化硅橡胶复合材料及其制备工艺。


背景技术：

2.军事装备、电线、电缆、通讯线路等带电设施由于长期遭受雨雪、风霜、粉尘、盐雾、紫外线、高温等恶劣环境的影响而老化，导致逐步丧失防水和绝缘性，严重危及设施设备的运行安全。目前电力通讯行业传统的绝缘修复材料主要有聚氨酯防水带、乙丙橡胶密封圈、氟硅防水涂层、电工胶布等，此类材料可以满足紧急抢修的需要，但受材料自身分子结构的限制，耐候性能较差，返修率偏高，加之施工操作复杂，应用领域有限。输电通讯线路绝缘材质中，橡胶、塑料、金属等表面材质各异，各种电气元件形状各异。所处工况环境各不相同。面对不同表面基材，不同外形状态，不同使用环境，具有普遍实用性的快速修补材料成为行业的需求。
3.专利cn 110643322 a中公布了《一种自固化绝缘包材胶的制备方法》，采用单一硅橡胶材料，其使用时的可塑性延展性差，对不同基材的粘附性能差。专利cn 106433147 a《一种自固化绝缘材料及制备方法和施工方法》采用光引发原理实现固化修复，但面对一些室内无光工况则无法进行修复。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决现有技术的缺陷，通过材料的复合技术，得到一种硅橡胶复合材料，面对不同工况都可自行成型固化，对于形状各异的工件具有优良的可塑性，面对各种基材具有良好的粘接性。
5.本发明提供的一种自固化硅橡胶复合材料，其技术方案为：
6.所述硅橡胶复合材料包括以下重量份的组分：
7.α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷50
‑
100份
8.丁基橡胶：50
‑
100份
9.聚异丁烯：20
‑
40份
10.二甲基硅油：5
‑
10份
11.阻燃剂：20
‑
50份
12.补强填料：10
‑
30份
13.着色剂：2份
14.交联剂：2
‑
5份
15.催化剂：1
‑
2份。
16.进一步地，所述α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷具有式(i)所示结构：ho(sime2o)nh式(i)；其中，n为使25℃下α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷的运动粘度为10
‑
600000cst的正整数。
17.进一步地，所述二甲基硅油包具有式(ii)所示结构：me3sio
‑
(sime2o)n
‑
sime3式(ii)；其中，n为25℃下使二甲基硅油增塑剂的运动粘度为5
‑
1000cst的正整数。
18.丁基橡胶与硅橡胶由于粘度相差大，本身不相容。通过调节两者含量比例，加上二甲基硅油的润滑作用，促进丁基橡胶和硅橡胶在机械作用力下物理混合成均匀体。
19.进一步地，所述聚异丁烯分子量为100
‑
2500。
20.进一步地，所述的阻燃填料为氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸铵和无水硼酸锌、纳米二氧化硅、十溴二苯乙烷、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰中的一种或多种。
21.进一步地，所述补强填料选自气相白炭黑、沉淀法白炭黑、硅微粉和碳酸钙的一种或多种。
22.进一步地，所述交联剂为甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、异丙基三乙氧基硅烷、异丙基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷中的一种或多种。
23.进一步地，所述催化剂选自钛酸正丁酯、钛酸四异丁酯、钛酸正丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸叔丁酯和乙酰乙酸乙酯的钛螯合物中的一种或多种。
24.本发明还提供了一种自固化硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
25.s1、丁基橡胶和聚异丁烯放入捏合机内混合均匀，然后加入α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷和二甲基硅油，继续混合均匀；
26.s2、加入阻燃剂，补强填料和着色剂，继续混合，待粉料全部混入后，加热至120
‑
140℃，真空除水1
‑
3h，然后继续保持真空状态120
‑
140℃捏合2
‑
4h；
27.s3、降温至室温，加入固化剂交联剂和催化剂的混合液体，温度保持在10
‑
45℃之间，捏合3h，最终混合成均一的橡胶泥状态；
28.s4、直接将胶泥真空包装，或用螺杆挤出机将胶泥挤出成片状，上下各覆一层离型膜然后真空包装。
29.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
30.1、丁基橡胶被聚异丁烯软化后，具有良好的延展性，可以延展20
‑
30倍以上，复合成均匀体后的复合材料依然具备15
‑
20倍的良好延展性，并且聚异丁烯的引入能使材料粘附性得到很大的提升，得到的硅橡胶复合材料具有优良的延展性，和优良的塑性能力，无正反面，作为片材使用，各向均任意可粘接，粘附性能好，能适用于各种形状的器件包覆、孔洞的封堵以及各种异型器材的修复和防护，解决了现有硅橡胶泥产品延展性差，塑型性不好，对基材粘附力小的问题。
31.2、使用了α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷，在多烷氧基硅烷作为交联剂以及有机钛催化剂的作用下，遇到空气中的水份发生缩合反应，形成三维弹性体结构，即可在室温下利用空气中的水份固化，无需加热或光固化，适用于各种工况，解决了修补材料使用工况受限的问题；
32.3、相较于传统绝缘材料，使用硅橡胶作为基础胶，固化后得到的弹性体具有优良的耐候性和耐老化性能，低温不变硬，高温不留胶，解决了普通修复材料耐候性，耐老化性能不佳的问题。
33.总之，通过本发明的配方和工艺得到的复合材料：固化之前，具有优良的延展性，
使用过程中具有优良的从状性，适用于各种形状的器件包覆，孔洞的封堵。可利用空气中的水份固化，适应于各种工况。对各类基材粘附力优良，固化后的弹性体具有优良的耐候性，耐老化性能。
34.普通硅橡胶固化前只有1
‑
2倍，本发明得到的复合材料有15
‑
20倍；普通硅橡胶对不锈钢铜铝的粘接强度只有0.3
‑
1mpa，本发明得到的复合材料有3
‑
4mpa；普通胶带耐老化性能在1000小时后，力学性能下降30％
‑
50％，本发明得到的复合材料力学性能无下降。
具体实施方式
35.具体实施方式中，所述硅橡胶复合材料包括以下重量份的组分：
36.α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷50
‑
100份
37.丁基橡胶：50
‑
100份
38.聚异丁烯：20
‑
40份
39.二甲基硅油：5
‑
10份
40.阻燃剂：20
‑
50份
41.补强填料：10
‑
30份
42.着色剂：2份
43.交联剂：2
‑
5份
44.催化剂：1
‑
2份。
45.进一步地，所述α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷具有式(i)所示结构：ho(sime2o)nh式(i)；其中，n为使25℃下α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷的运动粘度为10
‑
600000cst的正整数。
46.进一步地，所述二甲基硅油包具有式(ii)所示结构：me3sio
‑
(sime2o)n
‑
sime3式(ii)；其中，n为25℃下使二甲基硅油增塑剂的运动粘度为5
‑
1000cst的正整数。
47.丁基橡胶与硅橡胶由于粘度相差大，本身不相容。通过调节两者含量比例，加上二甲基硅油的润滑作用，促进丁基橡胶和硅橡胶在机械作用力下物理混合成均匀体。
48.进一步地，所述聚异丁烯分子量为100
‑
2500。
49.进一步地，所述的阻燃填料为氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸铵和无水硼酸锌、纳米二氧化硅、十溴二苯乙烷、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰中的一种或多种。
50.进一步地，所述补强填料选自气相白炭黑、沉淀法白炭黑、硅微粉和碳酸钙的一种或多种。
51.进一步地，所述交联剂为甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、异丙基三乙氧基硅烷、异丙基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、四甲氧基硅烷和四乙氧基硅烷中的一种或多种。
52.进一步地，所述催化剂选自钛酸正丁酯、钛酸四异丁酯、钛酸正丙酯、钛酸四异丙酯、钛酸叔丁酯和乙酰乙酸乙酯的钛螯合物中的一种或多种。
53.本发明的一种自固化硅橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
54.s1、丁基橡胶和聚异丁烯放入捏合机内混合均匀，然后加入α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷和二甲基硅油，继续混合均匀；
55.s2、加入阻燃剂，补强填料和着色剂，继续混合，待粉料全部混入后，加热至120
‑
140℃，真空除水1
‑
3h，然后继续保持真空状态120℃捏合2h；
56.s3、降温至室温，加入固化剂交联剂和催化剂的混合液体，温度保持在45℃以下，捏合3
‑
5h，最终混合成均一的橡胶泥状态；
57.s4、直接将胶泥真空包装，或用螺杆挤出机将胶泥挤出成片状，上下各覆一层离型膜然后真空包装。
58.具体给出了5个实施例，每个实施例的组份列于下表中：
[0059][0060][0061]
实施例1
[0062]
先将丁基橡胶100份和分子量250的聚异丁烯40份，加入捏合机内混合均匀。然后加入粘度80000cst的α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷50份和粘度50cst的二甲基硅油10份，继续混合均匀。再加入氢氧化铝25份，气相法白炭黑10份和着色炭黑2份,继续混合。待粉料全部混入后，加热至120℃，真空除水3h，然后继续保持真空状态120℃捏合4h。降温至室温，将甲基三乙氧基硅烷2份和钛酸四异丙酯1份的混合液加入捏合机。保持42℃，捏合5h，最终混合成均一的橡胶泥状态。利用螺杆挤出机，将胶泥挤出成120*120*2mm片状，上下各覆一层离型膜，最后真空包装。所得的片状产品，打开真空包装，去除两面离型膜即可使用。
[0063]
实施例2
[0064]
先将丁基橡胶80份和分子量250的聚异丁烯35份，加入捏合机内混合均匀。然后加入粘度80000cst的α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷60份和粘度50cst的二甲基硅油10份，继续混合均匀。再加入氢氧化铝30份，气相法白炭黑15份和着色炭黑2份,继续混合。待粉料全部混入后，加热至125℃，真空除水2h，然后继续保持真空状态125℃捏合3h。降温至室温，将甲基三乙氧基硅烷2份和钛酸四异丙酯1份的混合液体加入捏合机。保持35℃，捏合4h，最终混合成均一的橡胶泥状态。利用螺杆挤出机，将胶泥挤出成120*120*2mm片状，上下各覆一层离型膜，最后真空包装。所得的片状产品，打开真空包装，去除两面离型膜即可使用。
[0065]
实施例3
[0066]
先将丁基橡胶75份和分子量650的聚异丁烯30份，加入捏合机内混合均匀。然后加入粘度80000cst的α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷75份和粘度50cst的二甲基硅油8份，继续混合均匀。再加入氢氧化铝35份，气相法白炭黑20份和着色炭黑2份,继续混合。待粉料全部混入后，加热至130℃，真空除水1h，然后继续保持真空状态130℃捏合2h。降温至室温，将甲基三甲氧基硅烷2份和钛酸四异丁酯1.5份的混合液体加入捏合机。保持30℃，捏合3h，最终
混合成均一的橡胶泥状态。利用螺杆挤出机，将胶泥挤出成120*120*2mm片状，上下各覆一层离型膜，最后真空包装。所得的片状产品，打开真空包装，去除两面离型膜即可使用。
[0067]
实施例4
[0068]
先将丁基橡胶60份和分子量650的聚异丁烯25份，加入捏合机内混合均匀。然后加入粘度200000cst的α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷80份和粘度50cst的二甲基硅油8份，继续混合均匀。再加入氢氧化铝40份，气相法白炭黑25份和着色炭黑2份,继续混合。待粉料全部混入后，加热至130℃，真空除水1h，然后继续保持真空状态130℃捏合2h。降温至室温，将甲基三甲氧基硅烷4份和钛酸四异丁酯1.5份的混合液体加入捏合机。保持25℃，捏合3h，最终混合成均一的橡胶泥状态。利用螺杆挤出机，将胶泥挤出成120*120*2mm片状，上下各覆一层离型膜，最后真空包装。所得的片状产品，打开真空包装，去除两面离型膜即可使用。
[0069]
实施例5
[0070]
先将丁基橡胶50份和分子量650的聚异丁烯20份，加入捏合机内混合均匀。然后加入粘度200000cst的α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷100份和粘度50cst的二甲基硅油5份，继续混合均匀。再加入氢氧化铝50份，气相法白炭黑30份和着色炭黑2份,继续混合。待粉料全部混入后，加热至130℃，真空除水1h，然后继续保持真空状态130℃捏合2h。降温至室温，将甲基三甲氧基硅烷5份和乙酰乙酸乙酯的钛螯合物2份的混合液体加入捏合机。保持15℃，捏合3h，最终混合成均一的橡胶泥状态。利用螺杆挤出机，将胶泥挤出成120*120*2mm片状，上下各覆一层离型膜，最后真空包装。所得的片状产品，打开真空包装，去除两面离型膜即可使用。
[0071]
对比例1
[0072]
先加入粘度80000cstα,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷70份、粘度200000cst的α,ω
‑
二羟基聚二甲基硅氧烷100份、和粘度50cst的二甲基硅油5份，混合均匀。再加入氢氧化铝50份，气相法白炭黑30份和着色炭黑2份，继续混合。待粉料全部混入后，加热至130℃，真空除水1h，然后继续保持真空状态130℃捏合2h。降温至室温，将甲基三甲氧基硅烷5份和乙酰乙酸乙酯的钛螯合物2份的混合液体加入捏合机。保持40℃，捏合3h，最终混合成均一的橡胶泥状态。利用螺杆挤出机，将胶泥挤出成120*120*2mm片状，上下各覆一层离型膜，最后真空包装。所得的片状产品，打开真空包装，去除两面离型膜即可使用。
[0073]
以上实例均可作为封堵胶泥使用，打开真空包装使用即可。针对电箱、配电柜，在室外的日晒雨淋的工况，根据需要进行封堵。进出线的孔洞各种大小，各种不同形状往往需要对应的专用密封套件。而使用该胶泥装产品，具有良好的塑形性能。对不同型号的孔洞，都可适应，根据具体情况进行现场塑形，封堵后材料在两小时内即可表干，24小时内即可完全固化成弹性体，达到密封专用件的密封防水绝缘效果。
[0074]
也可利用螺杆挤出机，将胶泥挤出成片状，上下各覆一层离型膜，最后真空包装。所得的片状产品，打开真空包装，去除两面离型膜即可使用。可用于电缆表皮破损修复，具有良好延展性，拉长至10
‑
20倍不出现断裂现象，可替代电绝缘胶带进行缠绕包裹使用。材料无正反面，自身材料可以粘结，绕圈对接头部位进行包裹，无需插拔接头即可替代热缩套管，而且不同大小线径均可使用，根据现场大小卷圈包覆即可。将修复部位包覆后，材料在两小时内即可表干，24小时内即可完全固化成弹性体。
[0075]
以上实例利用螺杆挤出机，将胶泥挤出并裁剪成120*120*2mm片状，上下各覆一层
离型膜，最后真空包装。与普通丁基橡胶自黏胶带材料进行性能对比。
[0076]
延展性：用剪刀裁剪成120*20*2mm长条装，固化前进行拉伸伸长均匀无裂纹的延展长度比原始长度120mm的倍数。
[0077]
粘接强度：按gb/t39289
‑
2020测定。
[0078]
固化后拉升强度、断裂伸长率及老化1000h后测试拉升强度，按gb/t528
‑
2009进行测定。
[0079]
上述测试结果如下表1所示：
[0080]
表1
[0081][0082]
根据以上实验数据分析，本方法制备的自固化硅橡胶复合材料固化前延展性优异，粘附性好，适合于不同形状的器件包覆以及各种孔洞的封堵，固化后拉升强度、断裂伸长率较普通材料有明显提升，材料固化后弹性好，不易断裂，耐候性及耐老化性能优异。
[0083]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。