如何设计电绝缘橡胶的配方?
橡胶是一种电的不良导体,天然橡胶和大多数合成橡胶都具有很高的电阻率,一般把橡胶视为电绝缘材料。
通常非极性橡胶如天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶的电绝缘性较好。其中硅橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶的高压电绝缘性能较好,而且耐热性、耐臭氧、耐天候老化性能也比较好,是常用的电绝缘胶种。天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶以及它们的并用胶,只能用于中低压产品。这是因为一方面这些橡胶的耐热性和耐臭氧老化性能较差;另一方面丁苯橡胶、顺橡胶丁橡胶合成体系的残余乳化剂等是电介质,特别是水溶性离子对电缘性影响很大。极性橡胶不宜用作电绝缘橡胶,尤其是高压电绝制品,但氯丁橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、氯化聚乙烯橡胶、氯化了基橡胶由于具有良好的耐天候老化性能,故可用于低绝缘程度的户外电绝缘制品氟橡胶、氯醇橡胶、丁腈橡胶以及丁腈橡胶/聚乙烯的共混胶,可分别用作耐热、耐油、阻燃的电绝缘橡胶。
天然橡胶、丁苯橡胶等通用橡胶,一般多以硫黄硫化体系为主。随着硫黄用量的增加,硫化胶的电绝缘性先变差,又变好。但硫黄用量较大时,硫化胶的耐热性大为降低。综合考虑,在软质绝缘橡胶中,以采用低硫或无硫硫化体系较为适宜。以丁基橡胶为基础的电绝缘橡胶,最好使用醌肟硫化体系。常用的醌肟硫化体系有:对苯醌二肟/促进剂DM和二苯二甲酰苯醌二肟/硫黄(0.1份以下)。对某些力学性能要求较高而电性能要求不高的低压产品用丁基橡胶,可使用硫黄促进剂硫化体系,其组成(份)为:硫黄0.5,促进剂TMTD1,ZDC3,促进剂M1。
促进剂一般采用二硫代氨基甲酸盐和噻唑类,其次是秋兰姆性类。碱性促进剂会增加胶料的吸水性,电绝缘性下降。极性大和吸水性大的促进剂,会导致介电性能恶化,不宜使用。
一般情况下,电绝缘橡胶中不用炭黑。这是因为炭黑用量较大时很容易形成导电的通道,尤其是高结构性、比表面积大的炭黑,使电绝缘性明显降低。电绝缘橡胶中常用的填料有陶土、滑石粉、碳酸钙、云母粉、白炭黑等无机填料。高压电绝缘橡胶可使用滑石粉、煅烧陶土和表面处理过的陶土。低压电绝缘橡胶可选用碳酸钙、滑石粉和普通陶土。选用填料时,应格外注意填料的吸水性和含水率,因为吸水性强和含有水分的填料会使硫化胶的电绝缘性降低。为了减小填料表面的亲水性,提高填料与橡胶的亲和性,可以采用脂肪酸或硅烷偶联剂对陶土和白炭黑等无机填料进行表面改性处理。用硅烷偶联剂和低分子高聚处理的无机填料,具有排斥橡胶与填料间水分的作用,这样就可以防止蒸汽硫化或长期浸水后电绝缘性的降低。
填料的粒子形状对电绝缘性能,特别是击穿电压强度影响较大。例如片状滑石粉填充胶料的击穿电压强度为46.7MV/m,而针形纤维状的滑石粉为20.MVm。因为片状填料在电绝缘橡胶中能形成防止击穿的障碍物,使击穿路线不能直线进行,所以片状的滑石粉、云母粉击穿电压强度较高。
增加填料用量,也可提高制品的击穿电压强度。电绝缘橡胶中合理的填料用量,应根据各种电性能指标和物理性能指标综合考虑。
用天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶制造耐低压的电绝缘橡胶制品时,通常选用石蜡烃油即可满足使用要求,其用量为5~10份需要贴合成型时,石蜡烃油用量大将会喷出表面而影响黏着效果,此时可用石蜡烃油和古马隆树脂并用,以增加胶料的自黏性。用乙丙橡胶和丁基橡胶制造耐高压的电绝缘制品时,要求软化增塑剂既要耐热,又要保证高压下的电绝缘性能。对耐热性要求不高的电绝缘橡胶,可选用高芳烃油和环烷油作为操作油,因为含有大量苯环的高芳烃油,对提高击穿电压强度有明显的效果。对既要求耐热又要求一定电阻性能的增塑剂,可选用低黏度的聚丁烯类低聚物和分子量较大的聚酯类增塑剂。但聚酯类化合物直接用蒸汽硫化时,会引起水解,生成低分子的极性化合物,从而使电绝缘性降低。
对于耐高压的电绝缘橡胶制品,要承受高温和臭氧的作用,选择好防护体系,可有效延长制品的使用寿命。一般采用胺类、对苯二胺类防老剂,并适当地使用抗臭氧剂。如配方中加入3份防老剂H,能减少龟裂生成,加入3份防老剂AW,可使龟裂增长慢。微晶蜡能对臭氧起隔离防护作用,将其与其他防老剂并用,防护效果较好。选用防老剂时,应注意胺类防老剂对过氧化物硫化有干扰要注意防老剂的吸水性和纯度。
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