一种高压输电线用绝缘涂覆材料及制备方法与流程

本发明涉及绝缘材料，尤其涉及一种高压输电线用绝缘涂覆材料及制备方法。

背景技术：

1、现阶段，我国电网很多10kv、35kv、66kv输电线为架空裸导线，其经常穿越水域、森林草场、居民区、道路、工地等区域，且架设高度有限，容易造成人身意外触电、树木短路起火等安全事故，严重影响电网安全运行。国家电网、南方电网公司相继出台政策要求对上述风险线路进行绝缘化处理。常规的绝缘化处理方式是拆除裸导线更换为带绝缘层的输电线，或者是拆除架空线改为地埋电缆。此两种方法都需要停电施工，工程复杂，周期长、成本高昂。因此为了解决上述问题，现有一种新技术，利用涂覆机器人在线涂覆，使裸线涂覆一层绝缘材料，固化之后可以达到跟xlpe绝缘线同样的绝缘效果。该绝缘材料一般为单组分常温固化材料，具有良好的绝缘性、耐候性、弹性，材料为不流淌的膏状，通过机器人活塞料筒挤压出料，再经过模头组件将材料均匀包裹涂覆在导线上，形成2-5mm厚的涂层，接触空气自固化形成橡胶层。

2、该涂覆材料不仅要满足基本的电学、力学和耐候性，还要考虑其使用工艺，尤其是挤出性和触变性。挤出性决定了单位时间内挤出一定量的材料所使用的推力大小，该指标对涂覆机器人的机械设计影响很大。市场上绝缘胶种类繁杂，产品没有统一标准，不同厂家的绝缘胶挤出性相差很大，在实际测试推胶压力时发现不同绝缘胶有时推力相差一倍甚至两倍，因此涂覆机器人如果选用与自身设计不匹配的绝缘胶，可能会因推力过大导致机器严重损坏。根据测试和计算，以市面上正常涂覆机器人为例，一般使用单料筒或双料筒，料筒直径12-18cm，长度40-45cm，筒内放置一包塑料袋包装的涂胶，一般为4-9kg。如果是挤出性较好的绝缘胶，要达到正常涂覆用量的出料压强为0.5-1mpa，换算为推力大约为10000-20000n；如果是挤出性较差的绝缘胶，同样情况下推力最大需要约30000n。如此大的推力对机器人设备的机械结构和电机都造成很大考验。另一方面涂覆机器人一般对重量有很苛刻的要求，因为涉及到输电线的承重能力，机器人空载重量一般设计在50kg以内。如果设备要安全输出20000n的推力，其推料机构需要用更厚的金属结构和更大的电机，关联到提升机构等都会同步增重。如果只需要输出10000n的推力，其推料机构可以做得更轻薄，电机会更小，关联到其它机构都会相应减轻重量，整机大约会减轻20-30％，对设备减重和运行安全有极大益处。另一方面，涂胶在导线上涂覆2-5mm厚度而不能有任何下垂或流淌，则需要涂胶具有很强的触变性和较大的稠度。为了获得较高的挤出性一般会降低材料粘度，但是粘度降低往往意味着胶的流动性增加，即稠度和触变性减小，可能会在涂覆后容易下垂或流淌。因此输电线绝缘涂覆使用的涂胶必须兼顾挤出性和触变性，即通过配方和工艺使绝缘胶同时具备挤出性高、触变强、稠度高的特性。

3、公开号为cn111057465a的专利公开了一种室温固化的绝缘涂覆材料及其制备方法，包括α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、二甲基硅油、填料、交联剂、偶联剂和催化剂以及颜料，其中α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷粘度为1000-600000cst，在没有剪切力作用下，能保持较好的触变特性，不出现下垂、流挂，但并未兼顾到挤出性和触变性，此外也没有考虑绝缘涂覆材料耐储存的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中绝缘涂覆材料存在的挤出、触变、稠度的问题，本发明的目的在于提供一种高压输电线用绝缘涂覆材料及制备方法，解决现有绝缘材料挤出性、高稠度和高触变性无法兼顾的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种高压输电线用绝缘涂覆材料，包括以下组分：三甲氧基封端聚二甲基硅氧烷、甲基硅油、气相二氧化硅、纳米碳酸钙、炭黑、交联剂、偶联剂和催化剂；

4、使用2000cs的封端聚二甲基硅氧烷，其分子较小，相同质量所携带的烷氧基或羟基数量更多，与气相二氧化硅形成的氢键更多，因此触变性和稠度更高，而20000cs封端聚二甲基硅氧烷提供更好的力学性能；

5、进一步优选地，所述三甲氧基封端聚二甲基硅氧烷包括粘度2000cst的三甲氧基封端聚二甲基硅氧烷和粘度20000cst的三甲氧基封端聚二甲基硅氧烷；

6、进一步优选地，所述气相二氧化硅为亲水性气相二氧化硅，比表面积为150-200m2/g。

7、进一步优选地，所述甲基硅油的粘度为100cst。

8、进一步优选地，按重量份数计，包括以下组分：20000cst三甲氧基封端聚二甲基硅氧烷40-60份、2000cst三甲氧基封端聚二甲基硅氧烷30-50份、100cst甲基硅油10-20份、气相二氧化硅8-12份、纳米碳酸钙3-6份、炭黑0.2-0.5份、交联剂3-5份、偶联剂0.5-1.5份和催化剂0.1-0.25份。

9、进一步优选地，按重量份数计，包括以下组分：20000cst三甲氧基封端聚二甲基硅氧烷45-55份、2000cst三甲氧基封端聚二甲基硅氧烷40-45份、100cst甲基硅油10-15份、气相二氧化硅9-10份、纳米碳酸钙4-5份、炭黑0.3-0.4份、交联剂4-4.5份、偶联剂1-1.5份和催化剂0.15-0.2份。

10、进一步优选地，所述交联剂为甲基三甲氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷的一种或几种。

11、进一步优选地，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种。

12、进一步优选地，所述催化剂为二月桂酸二丁锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡中的一种或几种。

13、另一方面，本发明还提供了第一方面所述高压输电线用绝缘涂覆材料的制备方法，包括以下步骤：

14、步骤1，将气相二氧化硅和纳米碳酸钙放置于烘箱中干燥2～4h；再将20000cst三甲氧基封端聚二甲基硅氧烷、2000cst三甲氧基封端聚二甲基硅氧烷、100cst甲基硅油、炭黑和纳米碳酸钙混匀、分散、搅拌；

15、步骤2，将气相二氧化硅分3次投加到步骤1的反应中，每次投加完，分散、搅拌后再进行下一次投料；

16、步骤3，抽真空，分散、搅拌，过程中使用循环水冷，控制缸内物料温度≤55℃；

17、步骤4，依次加入交联剂、偶联剂和催化剂，每次投加完，分散、搅拌后再进行下一次投料；

18、步骤5，停止分散，排出胶体内气泡，待物料温度降到40℃以下，出料、迅速密封包装，即得到绝缘涂覆材料。

19、进一步优选地，步骤1的反应条件为烘烤温度为105-120℃，8～10rpm的公转速度、10～15hz的分散速度，反应时间5-10min。

20、进一步优选地，步骤2的反应条件为2～5rpm的公转速度、5～10hz的分散速度，反应时间5-10min。

21、进一步优选地，步骤3的反应条件为真空度控制在-0.08mpa以下，6～10rpm的公转速度、20～25hz的分散速度，反应时间30-40min。

22、进一步优选地，步骤4中交联剂的反应条件为8～10rpm的公转速度、25～30hz的分散速度，反应时间15-20min；偶联剂的反应条件为10～15rpm的公转速度、25～30hz的分散速度，反应时间10-15min；催化剂的反应条件为10～15rpm的公转速度、25～30hz的分散速度，反应时间6-10min。

23、本发明的高压输电线用绝缘涂覆材料及其制备方法，相对于现有技术具有以下有益效果：

24、(1)本发明使用高粘度和低粘度三甲氧基封端聚二甲基硅氧烷相互搭配，20000cst封端聚二甲基硅氧烷提供更好的力学性能，2000cst的封端聚二甲基硅氧烷提供高挤出性和高稠度，通过特定的比例混合，使绝缘胶产品性能更适合机器人自动涂覆；

25、(2)本发明还使用了气相二氧化硅作为触变剂，通过其很大的比表面积和携带的大量羟基与封端聚二甲基硅氧烷的极性基团形成氢键，形成复杂的三维网状结构，降低流动性，增加稠度；2000cst封端的聚二甲基硅氧烷，其分子较小，相同质量所携带的烷氧基或羟基数量更多，与气相二氧化硅形成的氢键更多，因此触变性和稠度更高；

26、(3)本发明制备的绝缘涂覆材料，绝缘性能优异，力学性能高，挤出性良好，稠度高、触变强、不流淌，还具有较好的储存性。