ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ И СПОСОБ ЕЕ ПРИГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C08L83/04 C08K13/02 C08K13/02 C08K3/22 C08K3/36 C08K5/14 

Изобретение относится к области полимерных электроизоляционных материалов и может быть применено при изготовлении высоковольтных аппаратов наружного исполнения.

Известна трекинго- и атмосферостойкая полимерная композиция, содержащая эпоксикаучук, получаемый при сополимеризации дивинила с глицидилметакрилатом, отвердитель типа метилтетрагидрофталевый ангидрид, инертный наполнитель, усиливающий наполнитель и катализатор отвердения /"Лакокрасочные материалы и их применение", 2, 1985, Изд. "Химия", стр.34-35/.

Композиция предназначена для нанесения на стеклопластиковую подложку кистью, валиком, краскораспылителем или окунанием. Продолжительность отвердения композиции составляет 6 часов при температуре 80^oС.

Недостатком этой композиции является образование внутренних механических напряжений после отвердения, что приводит к ее хрупкости. Процесс нанесения этой композиции на стеклопластик сложен и характеризуется вредными условиями.

Известна также трекинго- и атмосферостойкая полимерная органополисилоксановая композиция для высоковольтных электрических изоляторов, содержащая силоксановый каучук с аэросилом, инициатор вулканизации и инертный наполнитель /Патент США 5326804, C 08 L 83/04, 1994/.

Известен также способ приготовления резиновой смеси, заключающийся во введении на вальцах при зазоре между валками 2-3 мм при 20-25^oС в состав силоксанового каучука аэросила - усиливающего наполнителя и инициатора вулканизации /Патент СССР 1807998, C 08 L 83/04, 1993/.

Изготовление образцов производят методом непрерывной напрессовки резиновой смеси на калиброванную плетенку из медной луженой проволоки.

Вулканизацию проводят при температуре 200±20 градусов Цельсия.

Изоляционные конструкции, изготовленные с применением этой композиции, характеризуются высокой монолитностью, эластичностью и надежностью на начальной стадии эксплуатации.

Недостатком этой композиции является то, что при температуре 150 градусов Цельсия в стеклопластиковой подложке происходит термическая деструкция, что вызывает ухудшение электрических и механических характеристик, а также снижение надежности работы изоляционной конструкции при длительной эксплуатации.

Изобретение направлено на решение задачи увеличения трекинго- и дугостойкости полимерной композиции, а также на повышение надежности работы изоляционной конструкции при длительной эксплуатации путем снижения температуры вулканизации полимерной композиции. Изобретение дополнительно позволяет удешевить полимерную композицию.

В процессе эксплуатации высоковольтной изоляции под воздействием атмосферных осадков на ее внешней поверхности образуются загрязнения. При высоком рабочем напряжении и высокой влажности воздуха на поверхности изоляции образуются частичные дуговые разряды, перемещающиеся со скоростью 10-100 м/сек. В каналах разрядов температура достигает нескольких тысяч градусов. Вследствие термоокислительных процессов изоляция разрушается в виде трека (когда дуга фиксируется) или эрозии (когда дуга не теряет скорость перемещения).

Гидроокись алюминия в составе полимерной композиции под воздействием высокой температуры разлагается на окись алюминия и воду. Охлаждению поверхности изоляции способствует то, что часть термической энергии дуги уносится с поверхности изоляции водой. При этом не уменьшается скорость перемещения разряда на поверхности изоляции вследствие отсутствия снижения электрического сопротивления поверхностного слоя изоляции под разрядом.

Размеры частиц в составе наполнителя также влияют на скорость разрушения (эрозии) изоляции под воздействием частичных разрядов: чем меньше размеры частиц, тем ниже теплопроводность изоляции и выше трекинго- и эрозионная стойкость.

Самая низкая теплопроводность у композиции, содержащей каучук без наполнителя. Но введение наполнителей способствует улучшению электрических, физико-механических и технологических свойств полимеров. Это также способствует увеличению объема материала (разбавление полимера), то есть позволяет снизить его стоимость.

При модификации гидроокиси алюминия могут быть использованы любые органосиликоновые смеси, позволяющие улучшать гидрофобные свойства неорганических веществ.

В частности, возможно использование vinyltrialkoxsilane /Патент США 4822830, С 06 К 9/06, 1989/.

Применение в предложенной композиции в качестве инициатора вулканизации дибензоила пероксид или 2,4 дихлорбензоила пероксида, которые способствует снижению температуры вулканизации до 110-130^oС в течение 3-3,5 минут. Это является важным фактором применения прогрессивной и простой технологии (непосредственной наливки силиконового каучука на поверхность стеклопластиковой подложки).

Для получения готовых изоляционных конструкций различных цветов без снижения основных электрических характеристик в состав смеси вводят пигменты, в частности окиси металлов.

Введение окиси железа дает темно-коричневый цвет.

Поставленная задача решается за счет того, что полимерная композиция содержит в качестве основы полидиметилсилоксановый каучук или полидиметилвинилсилоксановый каучук с усиливающим наполнителем - аэросилом, инициатор вулканизации и частицы модифицированной мелкодисперсной гидроокиси алюминия; качестве инициатора вулканизации дибензоила пероксид или 2,4-дихлорбензоила пероксида, при следующем соотношении компонентов, маc.ч.:
Силоксановый каучук с аэросилом - 100
Гидроокись алюминия - 50 - 150
Пероксид - 0,4 - 1,6
Дополнительно композиция может содержать 0,5-2,0 мас.ч. окиси металла в качестве пигмента.

Возможны составы, в которых частицы указанной гидроокиси алюминия размером до 10 мкм составляют не менее 10%.

Возможны также составы, в которых частицы указанной гидроокиси алюминия размером до 20 мкм составляют не менее 90%.

В процессе получения композиции аэросил вводится в силоксановый каучук в количестве 5-50%.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Для приготовления органополисилоксановой композиции для высоковольтных электрических изоляторов компоненты резиновой смеси смешивают при температуре 20-40^oС на вальцах, которые расположены с зазором 1,0-6,0 мм. В основу, состоящую из полидиметилвинилсилоксанового каучука, последовательно вводят усиливающий наполнитель - аэросил, а затем осуществляют роспуск и пластикацию каучука до 5 минут. Введение и перемешивание инертного наполнителя продолжается до 10 минут. Введение и перемешивание пероксида и пигмента продолжается до 10 минут.

Составы 2, 3, 5 содержат гидроокись алюминия с размером частиц до 5 мкм, а состав 4 - с размером частиц 20 мкм и более.

Были изготовлены образцы для испытаний, представляющие собой пластины с размерами 150•150•2,5 мм. Вулканизация образцов проводилась по режиму - температура 120^oС в течение 10-15 минут. Проверка резины на вулкаметре показала возможность получения аналогичных результатов при вулканизации в режиме - температура 120^oС в течение 3-3,5 минут.

Результаты электрических и физико-механических испытаний образцов, выполненных из составов предложенной композиции, приведены в таблице 2.

Как видно из данных, приведенных в таблицах, предлагаемая полимерная композиция на основе силиконового каучука с гидроокисью алюминия, имеющей частицы с размером до 5 мкм, обладает лучшими электрическими и физико-механическими свойствами по сравнению с известной полимерной композицией.

Описывается полимерная композиция на основе силоксанового каучука с усиливающим наполнителем - аэросилом, содержащая инициатор вулканизации - пероксид и инертный наполнитель - модифицированную мелкодисперсную гидроокись алюминия, и способ ее приготовления, заключающийся в последовательном введении компонентов композиции при температуре 20-40^oС на вальцах, которые расположены с зазором 1,0-6,0 мм. Техническим результатом является улучшение электрических и физико-механических свойств полимерной композиции, которая используется для изготовления высоковольтных аппаратов наружного исполнения. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 2 табл.

1. Полимерная композиция на основе силоксанового каучука с усиливающим наполнителем - аэросилом, содержащая инициатор вулканизации и инертный наполнитель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве инертного наполнителя модифицированную мелкодисперсную гидроокись алюминия, а в качестве инициатора вулканизации пероксид при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:
Силоксановый каучук с усиливающим наполнителем - аэросилом - 100
Гидроокись алюминия - 50-150
Пероксид - 0,4-1,6
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что основой является полидиметилвинилсилоксановый каучук или полидиметилсилоксановый каучук. 3. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она имеет в качестве инициатора вулканизации дибензоил пероксид или 2,4-дихлорбензоил пероксид. 4. Композиция по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что она содержит пигмент в количестве 0,5-2,0 мас.ч., состоящий, по крайней мере, из одной окиси металла. 5. Композиция по п.4, отличающаяся тем, что в качестве окиси металла имеет окись железа. 6. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что инертным наполнителем является гидроокись алюминия, имеющая частицы размером до 10 мкм, в количестве не менее 10%. 7. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в указанной гидроокиси алюминия частицы размером до 20 мкм составляют не менее 90%. 8. Способ приготовления полимерной композиции по п.1, заключающийся в последовательном введении при температуре 20-40^oС на вальцах, которые расположены с зазором 1,0-6,0 мм, в силоксановый каучук усиливающего наполнителя - аэросила, с последующим роспуском и пластификацией каучука до 5 мин, введении и перемешивании модифицированной мелкодисперсной гидроокиси алюминия до 10 мин, а также введении и перемешивании инициатора вулканизации до 10 мин. 9. Способ приготовления композиции по п.8, отличающийся тем, что дополнительно вводят пигмент. 10. Способ приготовления композиции по п.8, отличающийся тем, что инициатором вулканизации является дибензоил пероксид или 2,4-дихлорбензоил пероксид.