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如何設計電絕緣橡膠的配方?
2019-04-23 11:36    查看次數:     

橡膠是一種電的不良導體,天然橡膠和大多數合成橡膠都具有很高的電阻率,一般把橡膠視為電絕緣材料。

 

通常非極性橡膠如天然橡膠、順丁橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、乙丙橡膠、矽橡膠的電絕緣性較好。其中矽橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠的高壓電絕緣性能較好,而且耐熱性、耐臭氧、耐天候老化性能也比較好,是常用的電絕緣膠種。天然橡膠老丁苯橡膠、順丁橡膠以及它們的並用膠,隻能用於中低壓產品。這是因為一方麵這些橡膠的耐熱性和耐臭氧老化性能較差;另一方麵丁苯橡膠、順丁橡膠合成體係的殘餘乳化劑等是電介質,特別是水溶性離子對電絕緣性影響很大。極性橡膠不宜用作電絕緣橡膠,尤其是高壓電絕緣製品,但氯丁橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、氯化聚乙烯橡膠、氯化丁基橡膠由於具有良好的耐天候老化性能,故可用於低絕緣程度的戶外電絕緣製品。氟橡膠、氯醇橡膠、丁腈橡膠以及丁睛橡膠/聚氯乙烯的共混膠,可分別用作耐熱、耐油、阻燃的電絕緣橡膠。

 

天然橡膠、丁苯橡膠等通用橡膠,一般多以硫黃硫化體係為主。隨著硫黃用量的增加,硫化膠的電絕緣性先變差,又變好。但硫黃用量較大時,硫化膠的耐熱性大為降低。綜合考慮,在軟質絕緣橡膠中,以采用低硫或無硫硫化體係較為適宜。以丁基橡膠為基礎的電絕緣橡膠,最好使用醌肟硫化體係。常用的醌肟硫化體係有:對苯醌二肟/促進劑DM和二苯二甲酰苯醌二肟/硫黃(0.1份以下)。對某些力學性能要求較高而電性能要求不高的低壓產品用丁基橡膠,可使用硫黃-促進劑硫化體係,其組成(份)為:硫黃0.5,促進劑TMTD1,ZDC3,促進劑M1。

 

使用醌肟硫化劑和過氧化物硫化的乙丙橡膠,電絕緣性和耐熱性都比較優越。

 

促進劑一般采用二硫代氨基甲酸鹽和噻唑類,其次是秋蘭姆類。堿性促進劑會增加膠料的吸水性,電絕緣性下降。極性大和吸水性大的促進劑,會導致介電性能惡化,不宜使用。

 

一般情況下,電絕緣橡膠中不用炭黑。這是因為炭黑用量較大時很容易形成導電的通道,尤其是高結構性、比表麵積大的炭黑,使電絕緣性明顯降低。電絕緣橡膠中常用的填料有陶土、滑石粉、碳酸鈣、雲母粉、白炭黑等無機填料。高壓電絕緣橡膠可使用滑石粉、緞燒陶土和表麵處理過的陶土。低壓電絕緣橡膠可選用碳酸鈣、滑石粉和普通陶土。選用填料時,應格外注意填料的吸水性和含水率,因為吸水性強和含有水分的填料會使硫化膠的電絕緣性降低。為了減小填料表麵的親水性,提高填料與橡膠的親和性,可以采用脂肪酸或矽烷偶聯劑對陶土和白炭黑等無機填料進行表麵改性處理。用矽烷偶聯劑和低分子高聚處理的無機填料,具有排斥橡膠與填料間水分的作用,這樣就可以防止蒸汽硫化或長期浸水後電絕緣性的降低。

 

填料的粒子形狀對電絕緣性能,特別是擊穿電壓強度影響較大。例如片狀滑石粉填充膠料的擊穿電壓強度為46.7MV/m,而針形纖維狀的滑石粉為20.4MV/m。因為片狀填料在電絕緣橡膠中能形成防止擊穿的障礙物,使擊穿路線不能直線進行,所以片狀的滑石粉、雲母粉擊穿電壓強度較高。

 

增加填料用量,也可提高製品的擊穿電壓強度。電絕緣橡膠中合理的填料用量,應根據各種電性能指標和物理性能指標綜合考慮。

 

用天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠製造耐低壓的電絕緣橡膠製品時,通常選用石蠟烴油即可滿足使用要求,其用量為5~10份。需要貼合成型時,石蠟烴油用量大將會噴出表麵而影響黏著效果,此時可用石蠟烴油和古馬隆樹脂並用,以增加膠料的自黏性。用乙丙橡膠和丁基橡膠製造耐高壓的電絕緣製品時,要求軟化增塑劑既要耐熱,又要保證高壓下的電絕緣性能。對耐熱性要求不高的電絕緣橡膠,可選用高芳烴油和環烷油作為操作油,因為含有大量苯環的高芳烴油,對提高擊穿電壓強度有明顯的效果。對既要求耐熱又要求一定電阻性能的增塑劑,可選用低黏度的聚丁烯類低聚物和分子量較大的聚酯類增塑劑。但聚酯類化合物直接用蒸汽硫化時,會引起水解,生成低分子的極性化合物,從而使電絕緣性降低。對於耐高壓的電絕緣橡膠製品,要承受高溫和臭氧的作用,選擇好防護體係,可有效延長製品的使用壽命。一般采用胺類、對苯二胺類防老劑,並適當地使用抗臭氧劑。如配方中加入3份防老劑H,能減少龜裂生成,加入3份防老劑AW,可使龜裂增長慢。微晶能對臭氧起隔離防護作用,將其與其他防老劑並用,防護效果較好。選用防老劑時,應注意胺類防老劑對過氧化物硫化有幹擾。要注意防老劑的吸水性和純度。

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