一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法与流程

1.本发明涉及电气复合材料技术领域，具体是一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法。


背景技术：

2.绝缘子是一种特殊的绝缘控件，能够在架空输电线路中起到支撑导线和防止电流回地的作用。车顶绝缘子是保障高铁供电最关键的零部件，在高铁接触网中起着重要作用。目前高速动车上应用的主要是硅橡胶复合绝缘子，它具有体积小、便于维护，重量轻、便于安装，耐污性能和憎水性良好等特点。专利cn101654558a公开了一种绝缘子硅橡胶及其制造方法，原料包括：乙烯基摩尔含量1％的生胶、乙烯基摩尔含量0.14％的生胶、气相白炭黑、二甲基二甲氧基硅烷、氢氧化铝、乙烯基三甲氧基硅烷、二甲基硅油、钛酸酯偶联剂，产品具有良好的绝缘性能。目前硅橡胶复合绝缘子不论是在电网还是在机车中，都位居三大类绝缘子用量之首。但随着高铁建设的进一步推进，对高速列车用复合绝缘子提出了更高的要求。一方面高铁运输路线横跨南北，要求绝缘子能抵抗风沙的侵蚀并保持表面的憎水性，避免在电场与污秽共同作用下发生闪络、漏电起痕破坏等现象；另一方面是高速列车提速带来的考验，高铁最高时速已经超过400km/h，绝缘子需要具备更高的强度来应对更大的气流冲击力，避免绝缘子震颤开裂。
3.由于硅橡胶绝缘子本身的机械性能较差，容易开裂，因此聚烯烃绝缘子研发是很有意义的。专利cn110423394a公开了一种具有长效憎水特性的聚烯烃绝缘子材料，原料包括聚乙烯、聚丙烯、十溴二苯乙烷、三氧化二锑、抗氧剂、硅酮、光稳定剂和改性硅油组合物，满足绝缘子基本的性能要求，并赋予其更长效的憎水性、憎水性迁移及防污等性能。专利cn109135002a公开了一种聚合物绝缘子材料及其制备方法，原料包括聚乙烯、聚丙烯、甲基硅橡胶和无机填料，制备的材料具有防污自洁功能。专利cn105602248a公开了一种聚合物绝缘子材料及其制备方法，原料包括聚酰亚胺和氧化锌粉末，采用共混复合法制备样品。总的来说，目前聚烯烃绝缘子研发所用的主要材料是聚乙烯和聚丙烯，此类绝缘子伞裙材料中硅酮或硅油与聚烯烃的相容性较差导致添加量较少，使得憎水恢复性不够持久。
4.并且发明人在研究中发现，聚氯乙烯绝缘伞裙材料与硅橡胶绝缘伞裙材料的漏电起痕失效机制并不相同：硅橡胶材料在放电过程中容易分解碳化，生成的游离碳会促进电弧的发展，最终形成连通上下电极的导电通路，导致样品测试失效；而聚氯乙烯伞裙材料在高温下发生基体分解，产生的共轭双键导电性好，会促进干带电弧发展，最终导致局部过热，样品起火失效。因此本方案从提高聚氯乙烯伞裙材料的阻燃性入手以达到提高耐漏电起痕性能的目的。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法,该方法制备的绝缘子伞裙材料同时具有优良的耐漏电起痕性
能、憎水性和较高的机械强度。
6.本发明所采取的技术方案如下：一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法，其包括如下重量份数的原料组分：聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯6-12份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝100-150份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、聚四氟乙烯0-6份、三氧化二锑0-6份、二氧化钛4份、acr401助剂4份。
7.上述配方中，“聚四氟乙烯0-6份”不包括端点值0份，其最小份数大于0份；进一步，“三氧化二锑0-6份
”ꢀ
不包括端点值0份，其最小份数大于0份。该配方通过氢氧化铝和三氧化二锑的协同阻燃效果提高聚氯乙烯缘子伞裙材料的耐漏电起痕性能，所制备的样品在测试过程中无明火产生，测试后的样品表面无明显的电蚀痕迹；利用二氧化钛的紫外吸收性能提高聚氯乙烯绝缘子的耐紫外性能；增塑剂对苯二甲酸二辛酯不仅可以改善材料的加工性，通过适量的增加增塑剂的加入量以及和聚四氟乙烯的协同，利用其迁移性使材料获得持久的憎水性和憎水恢复性；同时，配方中的抗氧剂和光稳定剂使绝缘子具有更高的稳定性和更长的使用寿命。该配方体系实现了集耐电蚀、耐磨、耐紫外、耐污多种性能于一体的高性能聚氯乙烯绝缘子伞裙材料的开发，适合用作高速动车组列车复合绝缘子伞裙材料。
8.作为本发明的优选技术方案，所述聚氯乙烯牌号为sg-5。
9.优选地，所述聚氯乙烯的聚合度为1180~1070。
10.优选地，所述硫醇甲基锡的牌号为sak-mt9001。
11.优选地，所述硫醇甲基锡的锡含量为19.2%，密度为1.180g/cm3。
12.优选地，所述氢氧化铝的粒径为2-10微米的一种规格或者两种规格的复配使用。
13.优选地，所述acr401助剂的金属氧化物含量大于30%，表观密度为0.2-0.7g/cm3。
14.优选地，所述硬脂酸的密度为0.94g/cm3，熔点为70℃。
15.优选地，所述二氧化钛为金红石型，金红石含量为98%。
16.上述新型高速列车绝缘子伞裙材料的具体制备方法为：按上述配方将聚氯乙烯、硫醇甲基锡、对苯二甲酸二辛酯、氢氧化铝、acr401、硬脂酸、1010抗氧剂等原料混合均匀后放入密炼机，在170-180℃进行混炼制样。取出后在双辊开炼机上压成片状。转入平板硫化机在170-180℃和15 mpa条件下热压10 min，而后15 mpa冷压10 min；将冷压后的样品进行裁剪即可得到聚氯乙烯伞裙材料的测试样条。
17.本发明的有益效果如下：本发明以聚氯乙烯作为基体材料制备了综合性能优良的绝缘子伞裙材料，具体为通过增塑剂与聚四氟乙烯的协同作用提高伞裙材料的憎水性及憎水恢复性，还通过氢氧化铝与三氧化二锑的协同阻燃提高材料的耐漏电起痕性能；本方案所制备的伞裙材料同时具有优良的耐漏电起痕性能、憎水性，并且本聚氯乙烯伞裙材料的力学强度远高于硅橡胶伞裙材料。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
19.图1为样品经过漏电起痕后的数码照片：对比例3（a），对比例4（b），对比例5（c）；
图2为样品的漏电起痕测试后的图片：实施例1（左）,对比例6（右）。
具体实施方式
20.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
21.实施例1一种聚氯乙烯绝缘子伞裙材料，其配方包括如下重量份数的原料组分： 聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯10份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝150份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、二氧化钛4份、聚四氟乙烯6份、三氧化二锑6份、acr401助剂4份。
22.测试样品制备方法如上所述。
23.实施例2一种聚氯乙烯绝缘子伞裙材料，其配方包括如下重量份数的原料组分： 聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯8份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝150份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、二氧化钛4份、聚四氟乙烯6份、三氧化二锑6份、acr401助剂4份。
24.测试样品制备方法如上所述。
25.实施例3一种聚氯乙烯绝缘子伞裙材料，其配方包括如下重量份数的原料组分：聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯6份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝150份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、二氧化钛4份、聚四氟乙烯6份、三氧化二锑6份、acr401助剂4份。
26.测试样品制备方法如上所述。
27.实施例4一种聚氯乙烯绝缘子伞裙材料，其配方包括如下重量份数的原料组分：聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯10份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝150份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、二氧化钛4份、聚四氟乙烯3份、三氧化二锑6份、acr401助剂4份。
28.测试样品制备方法如上所述。
29.实施例5一种聚氯乙烯绝缘子伞裙材料，其配方包括如下重量份数的原料组分：聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯10份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝150份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、二氧化钛4份、三氧化二锑6份、acr401助剂4份。
30.测试样品制备方法如上所述。
31.对比例1一种聚氯乙烯绝缘子伞裙材料，其配方包括如下重量份数的原料组分：聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯12份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝150份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、二氧化钛4份、聚四氟乙烯6份、三氧化二锑6份、acr401助剂4份。
32.测试样品制备方法如上所述。
33.对比例2一种聚氯乙烯绝缘子伞裙材料，其配方包括如下重量份数的原料组分：聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯10份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝100份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、二氧化钛4份、聚四氟乙烯6份、三氧化二锑6份、acr401助剂4份。
34.测试样品制备方法如上所述。
35.对比例3一种聚氯乙烯绝缘子伞裙材料，其配方包括如下重量份数的原料组分：聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯10份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝50份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、二氧化钛4份、聚四氟乙烯6份、acr401助剂4份。
36.测试样品制备方法如上所述。
37.对比例4一种聚氯乙烯绝缘子伞裙材料，其配方包括如下重量份数的原料组分：聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯10份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝50份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、二氧化钛4份、聚四氟乙烯6份、三氧化二锑3份、acr401助剂4份。
38.测试样品制备方法如上所述。
39.对比例5一种聚氯乙烯绝缘子伞裙材料，其配方包括如下重量份数的原料组分：聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯10份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝50份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、二氧化钛4份、聚四氟乙烯6份、三氧化二锑6份、acr401助剂4份。
40.对比例6一种聚氯乙烯绝缘子伞裙材料，其配方包括如下重量份数的原料组分：聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯10份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝150份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、二氧化钛4份、聚四氟乙烯6份、acr401助剂4份。
41.上述配方的具体制备方法为：按配方将聚氯乙烯、硫醇甲基锡、对苯二甲酸二辛酯、氢氧化铝、acr401、硬脂酸、1010抗氧剂等原料混合均匀后放入密炼机，在175℃左右进行混炼制样。取出后在双辊开炼机上压成片状。转入平板硫化机在170℃和15 mpa条件下热压10 min，而后15 mpa冷压10 min；将冷压后的样品进行裁剪即可得到聚氯乙烯伞裙材料的测试样条。
42.性能测试对上述实施例与对比例提供的聚氯乙烯伞裙材料的性能进行测试，测试项目和标准如下：漏电起痕性能：gb/t 6553、gb/t34937憎水性试验：dl/t 1474冲击强度试验：gb/t 2567弯曲强度试验：gb/t 2567邵氏硬度：gb/t 2411击穿强度试验：gb/t 1408.1实施例1、2、3、4、5及对比例1、6均能通过360min的漏电起痕测试，其他对比例的测试结果如下表所示（通过漏电起痕测试的时间为360min）：
同时参照图1-2，对比发现，三氧化二锑的加入量对漏电起痕性能有明显影响，三氧化二锑加入量增大时，样品的漏电起痕测试时间延长，测试失效后的电蚀痕迹更少。阻燃剂ath（氢氧化铝）的加入量是漏电起痕性能通过的关键，与三氧化二锑的协同作用使样品表面的电蚀痕迹减少；图2中的实施例1和对比例6对比了相同氢氧化铝含量和耐受时间下的表面电蚀痕迹，说明三氧化二锑的增加使表面的电蚀痕迹减少，证明了三氧化二锑的与氢氧化铝的协同阻燃能有效减少样品表面的电蚀痕迹。
43.材料的冲击强度和弯曲强度以及邵氏d硬度测试结果如下表2所示：如表2所述，氢氧化铝添加量增大时，材料的冲击强度呈下降趋势，弯曲强度和硬度呈上升趋势；随着增塑剂（对苯二甲酸二辛酯）添加量的逐步增大，样品的硬度呈现先上升后下降的趋势，增塑剂添加量大于10phr时，样品的硬度、弯曲强度和冲击强度均开始下降。
44.在本方案中，增塑剂（对苯二甲酸二辛酯）作为一种双功能组分，不仅能提高材料的塑性、改善加工性，还能通过迁移使表面憎水性恢复；增塑剂分子的迁移与其添加量有直接关系，可以通过改变添加量影响其憎水恢复性；增塑剂（对苯二甲酸二辛酯）和聚四氟乙烯对材料的憎水性分级和接触角测试的影响如下表3所示：
增塑剂在提高材料的憎水恢复性方面有明显效果，具体表现在其添加量越大，经过减弱测试和恢复测试的样品接触角越大，憎水性分级越高，但增塑剂对初始接触角的影响较小。聚四氟乙烯对材料的初始接触角有明显的提升效果，材料接触角随聚四氟乙烯添加量增大呈先增大后减小的趋势；聚四氟乙烯与增塑剂的协同体现在：增塑剂含量相同时，聚四氟乙烯添加量越大，样品的恢复接触角越大，憎水恢复性越好，说明聚四氟乙烯可以在一定程度上促进增塑剂的迁移（实施例1、4、5）。需要说明的是，在本发明记载的材料配比和工艺参数的范围内，可以自行选择具体的数值，所得到的材料均可以达到本发明记载的技术效果。因此，本发明不再将其一一列举。
45.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故采用与本发明上述实施例相同或近似的技术特征，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法，其特征在于包括如下重量份数的原料组分：聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯6-12份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝100-150份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、聚四氟乙烯0-6份、三氧化二锑0-6份、二氧化钛4份、acr401助剂4份。2.根据权利要求1所述的一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：按配方将原料混合均匀后放入密炼机，在170-180℃进行混炼制样，之后在开炼机上压成片状，再转入平板硫化机在170-180℃、15 mpa条件下热压8-12 min，而后15 mpa冷压8-12 min即可得到所述伞裙材料。3.根据权利要求1所述的一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法，其特征在于：所述聚氯乙烯的聚合度为1180~1070。4.根据权利要求1所述的一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法，其特征在于：所述硫醇甲基锡的锡含量为19.2%，密度为1.180g/cm3。5.根据权利要求1所述的一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法，其特征在于：所述氢氧化铝的粒径为2-10微米的一种规格或者多种规格的复配使用。6.根据权利要求1所述的一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法，其特征在于：所述acr401助剂的金属氧化物含量大于30%，表观密度为0.2-0.7g/cm3。7.根据权利要求1所述的一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法，其特征在于:所述硬脂酸的密度为0.94g/cm3，熔点为70℃。8.根据权利要求1所述的一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法，其特征在于：所述二氧化钛为金红石型，金红石含量为98%。9.采用权利要求1-8任一项所述的新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法制备得到的新型高速列车绝缘子伞裙材料。

技术总结
本发明提供一种新型高速列车绝缘子伞裙材料的制备方法，包括以下重量份数的原料组分：聚氯乙烯100份、对苯二甲酸二辛酯6-12份、硫醇甲基锡3份、氢氧化铝100-150份、硬脂酸1份、1010抗氧剂1份、聚四氟乙烯0-6份、三氧化二锑0-6份、二氧化钛4份、ACR401助剂4份。本发明方法利用聚氯乙烯本身良好的绝缘性能、耐老化性能以及力学性能，并利用增塑剂的迁移特性，在聚四氟乙烯组分的协同作用下，提升聚氯乙烯材料的表面憎水性和憎水恢复性，所制备的聚氯乙烯绝缘子的主要电气性能和疏水性能满足绝缘子相关技术条件，材料的力学性能尤为突出，适合作为时速400公里以上的高速列车绝缘子伞裙材料。裙材料。裙材料。


技术研发人员：王金合 赵梦娜 吴友强 余明宣 方绪豪 张毅 卢成阳 刘韩
受保护的技术使用者：温州益坤电气股份有限公司
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/8/24