密封接線盒防水平衡劑的研究

張 能 ，海 潔 ，趙鵬遠

（1.海軍住葫蘆島四三一廠軍代表室，遼寧葫蘆島125004;2.哈爾濱理工大學電工電子教學與實訓中心，黑龍江哈爾濱150020;3.哈爾濱化工研究所，黑龍江哈爾濱150020）

電纜接線盒密封劑是一類重要的功能性密封劑，可用于維護電纜外護套破損處、電纜接頭、電纜終端包封等，起到電纜維護、絕緣、防水、防塵、防震和固定作用。目前，電纜接線盒出現的海水滲漏、接線盒內部潮濕、密封效果不佳等問題，導致接線盒內接線端子的絕緣電阻下降，甚至短路，影響了電氣設備的正常工作。采用接線盒內灌注特種密封劑的方式，對接線部位進行密封保護，達到即使接線盒內滲亦不影響電氣性能的作用，使接線盒整體密封的效果良好，從而保證使用工藝改進研究的接線盒的各個電氣設備正常工作使用。

傳統的高性能密封劑大致分為三類，聚硫密封劑、硅酮密封劑、聚氨酯密封劑[1]。聚硫密封膠的應用最早，固化促進劑用的是鉛類氧化物，其缺點是低溫固化速度慢，易老化變硬，且有臭味；硅酮密封膠固化快，不起泡，膠層耐熱性良好，但其裝飾性差，膠層內物易滲析遷移，玷污周圍飾物，且價格昂貴；聚氨酯密封劑固化速度快，但是固化時易釋放出二氧化碳氣體，使膠層氣泡，造成薄弱環(huán)節(jié)，膠層耐熱性差，易變色，對濕氣敏感，且在應用過程中使用了較多的有刺激性氣味的異氰酸酯，對工作人員及環(huán)境有害，不環(huán)保。

硅烷改性聚醚密封劑兼具了聚氨酯密封劑和硅酮密封劑的優(yōu)點，抵消了各自性能的不足，具有優(yōu)良的力學強度、復涂性、耐污性，且產品中沒有異氰酸酯及溶劑，是國內外新型彈性密封劑的主要方向[2]。為了使防水密封劑能更適合海底電纜使用的特殊環(huán)境，為了增強其耐鹽水及耐老化性，本文采用低分子液態(tài)環(huán)氧樹脂和聚醚共混改性的方法，制備了有機硅改性聚醚環(huán)氧樹脂。同時，采用該有機硅改性聚醚環(huán)氧樹脂為密封劑的基體樹脂，并向其中加入固化劑、阻燃劑、促進劑、脫模劑以及增強填料等制備了可維修電纜密封盒密封劑，該密封劑在固化過程中不放熱也不吸熱，且固化過程中無收縮，固化物具有良好的彈性、電絕緣性、耐高低溫性、耐老化性和耐鹽水性，且防震、防塵，易使用維修[3-4]。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

羥基封端的線型聚二甲基硅氧烷，粘度（25℃）5000mm2/s，山東省萊州市金泰硅業(yè)有限公司；羥基封端的線型聚二甲基硅氧烷，粘度（25℃）50mm2/s山東省萊州市金泰硅業(yè)有限公司；三甲基硅氧基封端的線型聚甲基硅氧烷（工業(yè)級）廈門市中信隆進出口公司；低分子液態(tài)環(huán)氧樹脂E-51（分子量500～1000）上海樹脂廠；烯丙基封端的聚醚（≥90%）上海樹脂廠；低分子量改性聚酰胺（工業(yè)級）天津燕?；瘜W有限公司；阻燃劑H2PtCl6（工業(yè)級）廣州市正通化工有限公司；氣相白炭黑（粒子粒徑5nm）廣州華力森貿易有限公司；甲基硅油（平均聚合度為40）山東省萊州市金泰硅業(yè)有限公司；碳酸鈣微粉（平均粒徑為0.08μm）廣西賀州市桂寶粉體公司；促進劑芐基二甲胺（工業(yè)級）杭州中香化學有限公司。其余均為市售分析純。

1.2 密封劑的制備

1.2.1 密封劑的配方

電纜密封接線盒密封劑的配方如下表1所示。

表1 電纜密封接線盒密封劑的配方Table 1 The formulation of sealant for the cable connection box

A組分與B組分的質量比為5∶1。

1.2.2 密封劑制備工藝流程圖

電纜密封接線盒密封劑制備工藝流程圖，如圖1所示。

1.3 性能檢測

密封劑的物理力學性能按照國家標準進行測試。

采用ZC-46A型高阻抗計測定密封劑膠層的體積電阻率，在100mm×120mm的玻璃鋼片單面涂覆涂料，每種測試采用5組試樣在100V下做平行試驗。

圖1 電纜密封接線盒密封劑制備工藝流程圖Fig.1 The flow chart of preparation process of the sealant for cable connection box

2 結果與討論

2.1 基體樹脂的選擇

基體樹脂是形成密封劑的骨架和增強填料的載體，基體樹脂的正確選擇，不僅決定密封劑的力學性能和電性能，而且還影響密封劑的耐候性、可維修性能和使用壽命。

硅烷改性密封劑是近年來發(fā)展起來的一類新型的高性能密封劑，該類密封劑具有以下優(yōu)點：(1)物料混合后，化學反應的放熱量適宜，流動性好，滲透力好，密封可靠;(2)固化后具有彈性，不脆、不裂、耐磨、耐老化、可隨意彎曲、拉動;(3)具有良好的抗震性能;(4)耐酸、耐堿、耐海水、透濕性低，即具有良好的防水性能；(5)不含溶劑等分散介質，環(huán)保。但是單一的有機硅密封劑存在粘接性能差，強度低等缺點，因此本文采用液體有機硅橡膠與低分子液態(tài)環(huán)氧樹脂和聚醚共混改性的方法，制備了有機硅改性聚醚環(huán)氧樹脂。同時，采用該有機硅改性聚醚環(huán)氧樹脂為密封劑的基體樹脂，并向其中加入固化劑、阻燃劑、促進劑、脫模劑以及增強填料等制備了可維修電纜密封盒密封劑，該密封劑在固化過程中不放熱也不吸熱，且固化過程中收縮小，固化物具有良好的彈性、電絕緣性、耐高低溫性、耐老化性和耐鹽水性，且防震、防塵，易使用維修。

2.2 硅烷改性密封劑的固化機理及配方設計

硅烷改性聚醚密封劑的固化機理是通過空氣中的水分作用將鏈端具有-Si（OR）或-SiR（OR）-結構的化合物發(fā)生水解反應，進而交聯成為具有Si-O-Si網狀結構的彈性體，達到粘接和防水平衡的作用，其反應過程如圖2所示。其中共混的液體環(huán)氧樹脂則采用胺類固化劑進行固化。

這種硅烷改性樹脂為液態(tài)流體，是柔軟的橡膠材料，延展性相對較低，剪切和拉伸等力學強度也不高，直接應用價值不大，因此需加入固化劑、阻燃劑、促進劑、脫模劑以及增強填料等，其性能主要取決于配方設計，以表1所示配方制備的密封劑在固化過程中不放熱也不吸熱，且固化過程中收縮小，固化物具有良好的彈性、電絕緣性、耐高低溫性、耐老化性和耐鹽水性，且防震、防塵，易維修。

圖2 硅烷改性聚醚密封劑的固化機理Fig.2 The curing mechanism of silane modified polyether sealant

2.3 密封劑膠層的電氣性能

目前，電纜接線盒出現的海水滲漏、接線盒內部潮濕、密封效果不佳等問題，導致接線盒內接線端子的絕緣電阻下降，甚至短路，影響了電氣設備的正常工作。為了克服以上弊端，采用接線盒內灌注特種密封劑的方式，對接線部位進行密封保護，達到即使接線盒內滲亦不影響電氣性能的作用，使接線盒整體密封的效果良好，從而保證使用工藝改進研究的接線盒的各個電氣設備正常工作使用。鑒于工藝要求，電纜密封盒密封劑應具有良好的電氣絕緣性能，應對頻率及溫度變化穩(wěn)定，并具有優(yōu)異的耐電弧及耐電暈性能。

環(huán)氧樹脂、聚氨酯、有機硅改性聚醚環(huán)氧樹脂的電氣性能見表2所示：

表2 幾種材料的電性能比較Table 2 The electric performance comparison of some materials

由表2可見，環(huán)氧樹脂、聚氨酯、有機硅改性聚醚環(huán)氧樹脂的電性能均較好，其中有機硅改性聚醚環(huán)氧樹脂的耐電弧范圍、體積電阻率范圍最寬，可調節(jié)范圍大，而且有機硅改性聚醚環(huán)氧樹脂的介電常數最小，電性能較優(yōu)。

2.4 密封劑膠層的使用壽命

電纜接線盒密封劑的耐候性越好，使用壽命越長，密封膠的性能就越好。幾種密封劑膠層的使用壽命見表3所示。

表3 幾種材料的使用壽命比較Table 3 The working life comparison of some materials

由表3可知，有機硅改性聚醚環(huán)氧樹脂密封劑的使用壽命最長，聚氨酯樹脂的使用壽命次之，聚硫密封劑的使用壽命最短。

2.5 密封劑膠層的物理性能及環(huán)境適應性能

密封劑膠層的物理性能及環(huán)境適應性能見下表4所示。

表4 密封劑膠層的物理性能及環(huán)境適應性能Table 4 The physical performance and environmental adaptation of the adhesive layer of sealant

3 結 論

本文采用不同稠度有機硅油與低分子液態(tài)環(huán)氧樹脂和聚醚共混改性的方法，制備了有機硅改性聚醚環(huán)氧樹脂。同時，采用該有機硅改性聚醚環(huán)氧樹脂為密封劑的基體樹脂，并向其中加入固化劑、阻燃劑、促進劑、脫模劑以及增強填料等制備了可維修電纜接線盒密封劑，該密封劑在固化過程中不放熱也不吸熱，且固化過程中無收縮，固化物具有良好的彈性、電絕緣性、耐高低溫性、耐老化性和耐鹽水性，且防震、防塵，易使用維修。

［1］夏磊,陳立班,楊淑英.硅改性密封劑的進展［J］.廣州化學,2000,25(2)：59～64.

［2］張同標，倪雅，李建軍,等.硅烷改性聚醚密封劑的制備及應用［J］.中國建材科技，2011,1：24～26.

［3］晨光化學研究院.有機硅單體及聚合物.材料及應用［M］.北京：化學工業(yè)出版社.1986,307.

［4］幸松明，王一璐.有機硅合成工藝及產品應用［M］.北京：化學工業(yè)出版社,2001,634.