電力系統(tǒng)用復(fù)合硅橡膠產(chǎn)品偶聯(lián)工藝探究

林存衢 高洪英 謝家瑞

國網(wǎng)山東平邑縣供電公司 273300

引言

近年來，隨著硅橡膠復(fù)合材料在電力線路及電器中的廣泛應(yīng)用，硅橡膠復(fù)合材料與金屬表面、玻璃纖維材料表面的偶聯(lián)成為目前各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)工藝技術(shù)的控制點。電力系統(tǒng)用復(fù)合硅橡膠系列產(chǎn)品：高壓線路用復(fù)合絕緣子、站用支柱絕緣子、復(fù)合外套避雷器、跌落式熔斷器等已經(jīng)成為輸變電線路工程的主要支撐、絕緣構(gòu)件之一，故產(chǎn)品質(zhì)量直接關(guān)系電網(wǎng)穩(wěn)定、安全運行以及供電可靠性、企業(yè)聲譽和效益。保證產(chǎn)品具有良好的密封性能既是國標(biāo)的要求，又是廠家成本控制的關(guān)鍵技術(shù)，通過掛網(wǎng)絕緣子、避雷器運行實踐證明密封破壞導(dǎo)致芯棒脆斷成為目前復(fù)合絕緣子掉串的主要原因之一。根據(jù)多年生產(chǎn)實踐，現(xiàn)對復(fù)合硅橡膠產(chǎn)品偶聯(lián)工藝專項進(jìn)行一點探究。

一、偶聯(lián)劑化學(xué)性能淺析

目前，硅橡膠復(fù)合絕緣產(chǎn)品的生產(chǎn)廣泛采用硅烷偶聯(lián)劑（通式Y(jié)SiX3表示，式中，Y為非水解基團(tuán)）。有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑所具有的兩不同性質(zhì)官能團(tuán)，一端親無機(jī)物，易與無機(jī)物表面交聯(lián)；另一端親有機(jī)物，能與有機(jī)聚合物交聯(lián)或生成氫鍵，從而建立起“分子橋”，得以改善兩種界面融合，達(dá)到復(fù)合材料具有的物理性能、絕緣性、耐熱性、憎水性和耐老化性能，，以適應(yīng)異常地理環(huán)境下其它介質(zhì)對界面的滲透并能降低成本。偶聯(lián)劑作為增強(qiáng)無機(jī)物與有機(jī)物之間粘接能力的助劑，在兩種物質(zhì)界面處起架橋作用。

產(chǎn)品定型期間，經(jīng)篩選γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（分子式：C9H20O5Si，結(jié)構(gòu)圖和TH-101硅烷偶聯(lián)劑具有強(qiáng)極性基團(tuán)（苯胺基）外，還含有比較活潑的甲氧基團(tuán)，故在空氣中能較快地自行水解和縮合，比較適用作為表面處理劑，以促使室溫硫化硅橡膠與其他材料的粘合。

將偶聯(lián)劑涂在經(jīng)處理的潔凈金屬和玻璃纖維芯體表面并露置一段時間后，偶聯(lián)劑便與空氣中的濕氣作用，在金屬表面逐步縮合形成低聚體，借助于分子中強(qiáng)極性的苯胺基團(tuán)而粘附在金屬和玻璃纖維芯體表面上，形成架橋結(jié)構(gòu)的一端。

在混煉硅橡膠時加入一定量的硅烷偶聯(lián)劑既起到不同組合成分之間的交聯(lián)作用又在硫化過程中參與到無機(jī)棒材的交聯(lián)，從而形成了硫化成型過程中形成架橋的另一端，建立起界面聯(lián)系，產(chǎn)生巨大的縱向剪切力同時起到密封作用。

二、復(fù)合硅橡膠產(chǎn)品用偶聯(lián)劑的選用原則及應(yīng)用配比

硅橡膠復(fù)合材料與芯棒、金具表面兩種不同介質(zhì)通過偶聯(lián)劑連接成一體，偶聯(lián)劑起媒介作用，在高溫、時間和壓力的作用下使直鏈狀聚硅氧烷的鏈開化學(xué)鍵交鏈成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成共價鍵強(qiáng)強(qiáng)交鏈，融為一體，從而形成架橋結(jié)構(gòu)。

作為物理機(jī)械支撐玻璃纖維引拔棒表面經(jīng)打磨清潔后，增大了接觸面積，暴漏了有機(jī)溶劑和無機(jī)填料，產(chǎn)生多種類型的復(fù)合界面，鍍鋅連接件金屬表面的預(yù)處理存在差異及雜質(zhì)，造成界面隔閡。

硅烷偶聯(lián)劑的Y基團(tuán)直接決定硅烷偶聯(lián)劑的應(yīng)用效果，只有當(dāng)Y基團(tuán)能和對應(yīng)的基體樹脂起反應(yīng)時，才能提高有機(jī)膠粘劑的粘接強(qiáng)度。一般要求Y基團(tuán)能與硅橡膠相溶并能起偶聯(lián)反應(yīng)，所以對于不同的硅橡膠，必須選擇含適當(dāng)Y基團(tuán)的硅烷偶聯(lián)劑。

硅橡膠混煉膠中加入占原膠比例1%～2%的KH—560 γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；芯體和金具表面處理選用TH—101硅烷偶聯(lián)劑與無水乙醇1：4左右配后涂在表面，進(jìn)入下道工序。

三、生產(chǎn)操作工藝控制

基于上述對偶聯(lián)劑的性能分析，在產(chǎn)品工藝過程中為提高偶聯(lián)效果，經(jīng)試驗選出最理想的偶聯(lián)劑并采用以下幾種措施以獲得最佳效果。

嚴(yán)格處理芯體表面和金具表面：采取打磨并清潔表面的方法進(jìn)行預(yù)處理，增加接觸面的同時消除雜質(zhì)；

將偶聯(lián)劑均勻涂刷在芯體和端部金具上，室溫環(huán)境放置1小時以上，待干后，放入120℃烘箱中烘干1小時以上，待溶劑揮發(fā)完全；

控制硫化溫度在160±10℃范圍，硫化時間：25分鐘左右，壓力適中；

改進(jìn)模具兩端密封配合和加熱保溫區(qū)域，保證壓合緊密，保溫良好，以提高偶聯(lián)效果；

出模時仔細(xì)觀察護(hù)套的偶聯(lián)情況，修邊時，仔細(xì)檢查端部偶聯(lián)效果。

四、效果分析

目前，有很多硅橡膠產(chǎn)品生產(chǎn)廠家選用開姆洛克Chemlok 608膠粘劑作為偶聯(lián)劑。我們也使用過該工藝，發(fā)現(xiàn)涂在芯體和金具表面后在烘干過程中總有粉沫產(chǎn)生，實際偶聯(lián)效果，特別是和金屬表面偶聯(lián)效果不十分理想，常出現(xiàn)部分表面不偶聯(lián)情況。我們現(xiàn)行的工藝，經(jīng)過近幾年的實踐證明并通過型式試驗，偶聯(lián)效果很好，產(chǎn)品的整體性能穩(wěn)定、可靠，得到用戶的贊譽。

五、推廣應(yīng)用

經(jīng)過幾年的探索和實踐，現(xiàn)總結(jié)上述經(jīng)驗，供同仁參考指正并希望得到推廣應(yīng)用。