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一种超高绝缘、耐高温 橡胶材料及其制备方法

阅读：363发布：2023-02-25

专利汇可以提供一种超高绝缘、耐高温橡胶材料及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于橡胶材料领域，具体涉及一种超高绝缘、耐高温橡胶材料及其制备方法，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯、环氧大豆油、硅微粉、炭黑、硫磺、二硫化四甲基秋兰姆、防老剂AW、纳米二氧化钛、凹凸棒土、氯化石蜡、硅酸铝。本发明提供的超高绝缘橡胶材料及其制备方法，对橡胶材料的配比进行了改进，显著提升了绝缘橡胶材料的绝缘性及耐高温性能，而且本申请中使用的添加剂的成本更低，添加后能明显提升橡胶材料的阻燃性能，使橡胶材料的综合性能明显提升，能够适用于电缆等电学设备中。，下面是一种超高绝缘、耐高温橡胶材料及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，其特征在于，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶80-95份、氯化聚乙烯120-130份、硅微粉12-15份、炭黑10-12份、硫磺1.5-2.6份、二硫化四甲基秋兰姆0.85-1.2份、防老剂AW 0.65-1份、环氧大豆油7-12份、纳米二氧化钛6-8份、凹凸棒土40-65份、氯化石蜡10-15份、硅酸铝8-12份。
2.根据权利要求1所述的一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，其特征在于，所述凹凸棒土使用以下方法处理：（1）、将凹凸棒土破碎，过100目筛；
（2）、将凹凸棒土放入5mol/L的盐酸溶液中，超声震荡处理80-100min，然后水洗至中性；
（3）、将步骤（2）处理好的凹凸棒土使用质量分数为12%的四氢呋喃溶液浸泡处理50-
75min，然后水洗去残余溶剂；
（4）、将步骤（3）处理好的凹凸棒土在580℃下处理22-25min，然后降温至460℃下处理
30-35min，然后缓慢降温至常温，降温幅度为2℃/min，降温过程中通入干燥的氮气保护；
（5）、将步骤（4）处理好的凹凸棒土与偶联剂按重量比85-92：1的比例混合，然后在45℃下使用高速搅拌机混合均匀，然后使用25kHz的超声波处理15-20min，所述偶联剂由硅烷偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂按重量比2.5:1制成。
3.根据权利要求1所述的一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，其特征在于：所述硫磺与二硫化四甲基秋兰姆的比例为1.8:1。
4.根据权利要求1所述的一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，其特征在于：所述硅微粉经过改性处理，其改性处理方法如下：
（1）、将硅微粉干燥，使用磁选设备进行磁选去除杂质，磁场强度不低于0.65T；
（2）、将步骤（1）处理好的硅微粉使用3mol/L的盐酸溶液浸泡，浸泡过程中以200r/min的速度搅拌，然后过滤，水洗至中性；
（3）、将步骤（2）得到的硅微粉在350℃下处理30-35min，然后自然降温至120℃保温处理30-50min，自然降温至常温，然后将硅微粉与硅烷偶联剂KH550按重量比110:1。
5.根据权利要求1所述的一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，其特征在于，所述硅酸铝经过改性处理，（1）、将硅酸铝破碎，过100目筛，使用体积分数为25%的乙醇溶液浸泡处理20-
30min，浸泡过程中以250r/min的速度搅拌；（2）、将步骤（1）处理好的硅酸铝水洗，烘干，然后向硅酸铝中加入其重量0.08%的六甲基二硅胺烷，使用高速搅拌机在2000r/min的转速下处理25-30min，得到改性硅酸铝。
6.根据权利要求2所述的一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，其特征在于：所述钛酸酯偶联剂为单烷氧磷酸酯型钛酸酯偶联剂。
7.一种权利要求1所述的超高绝缘、耐高温橡胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）、将三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯进行混炼1-2min，然后加入凹凸棒土、硅微粉、环氧大豆油、炭黑、纳米二氧化钛、硅酸铝，继续混炼10-16min，混炼温度100-105℃，加入防老剂AW、氯化石蜡混炼1-2min；
（2）、将硫磺和二硫化四甲基秋兰姆加入步骤（1）得到的产物中进行硫化，硫化温度在
158-162℃，硫化时间为35-75s，出料冷却得到超高绝缘、耐高温橡胶材料。

说明书全文

一种超高绝缘、耐高温橡胶材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于高性能材料领域，涉及橡胶领域，具体涉及一种超高绝缘、耐高温橡胶材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 橡胶是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度（T g）低，分子量往往很大，大于几十万。

[0003] 早期的橡胶是取自橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。高弹性的高分子化合物。分为天然橡胶与合成橡胶二种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。

[0004] 在电学领域中，橡胶材料可以用作电线、电缆的外皮，对橡胶的绝缘性具有较高的要求，而且对橡胶的强度及耐热性也有很高的要求，为了提升橡胶的性能，现在橡胶炼制时往往加入大量的白炭黑对橡胶进行补强，但是，白炭黑的密度小，易扬尘，在使用及运送过程中易产生粉尘污染，对工人的身体健康易造成危害。

发明内容

[0005] 为了解决现有的橡胶材料绝缘性及耐高温性的缺陷，本申请提供了一种超高绝缘、耐高温橡胶材料及其制备方法，改变了原有的橡胶材料的配方，提升了橡胶的绝缘性及耐高温性能。

[0006] 本发明通过以下技术方案实现：一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶80-95份、氯化聚乙烯120-130份、硅微粉12-15份、炭黑10-12份、硫磺1.5-2.6份、二硫化四甲基秋兰姆0.85-1.2份、防老剂AW 0.65-1份、环氧大豆油7-12份、纳米二氧化钛6-8份、凹凸棒土40-
65份、氯化石蜡10-15份、硅酸铝8-12份。

[0007] 优选地，所述凹凸棒土使用以下方法处理：（1）、将凹凸棒土破碎，过100目筛；（2）、将凹凸棒土放入5mol/L的盐酸溶液中，超声震荡处理80-100min，然后水洗至中性；
（3）、将步骤（2）处理好的凹凸棒土使用质量分数为12%的四氢呋喃溶液浸泡处理50-
75min，然后水洗去残余溶剂；
（4）、将步骤（3）处理好的凹凸棒土在580℃下处理22-25min，然后降温至460℃下处理
30-35min，然后缓慢降温至常温，降温幅度为2℃/min，降温过程中通入干燥的氮气保护；
（5）、将步骤（4）处理好的凹凸棒土与偶联剂按重量比85-92：1的比例混合，然后在45℃下使用高速搅拌机混合均匀，然后使用25kHz的超声波处理15-20min，所述偶联剂由硅烷偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂按重量比2.5:1制成。

[0008] 优选地，所述硫磺与二硫化四甲基秋兰姆的比例为1.8:1。

[0009] 优选地，所述硅微粉经过改性处理，其改性处理方法如下：（1）、将硅微粉干燥，使用磁选设备进行磁选去除杂质，磁场强度不低于0.65T；
（2）、将步骤（1）处理好的硅微粉使用3mol/L的盐酸溶液浸泡，浸泡过程中以200r/min的速度搅拌，然后过滤，水洗至中性；
（3）、将步骤（2）得到的硅微粉在350℃下处理30-35min，然后自然降温至120℃保温处理30-50min，自然降温至常温，然后将硅微粉与硅烷偶联剂KH550按重量比110:1。

[0010] 进一步地，所述硅酸铝经过改性处理，（1）、将硅酸铝破碎，过100目筛，使用体积分数为25%的乙醇溶液浸泡处理20-30min，浸泡过程中以250r/min的速度搅拌；（2）、将步骤（1）处理好的硅酸铝水洗，烘干，然后向硅酸铝中加入其重量0.08%的六甲基二硅胺烷，使用高速搅拌机在2000r/min的转速下处理25-30min，得到改性硅酸铝。

[0011] 优选地，所述钛酸酯偶联剂为单烷氧磷酸酯型钛酸酯偶联剂。

[0012] 一种超高绝缘、耐高温橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：（1）、将三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯进行混炼1-2min，然后加入凹凸棒土、环氧大豆油、硅微粉、炭黑、纳米二氧化钛、硅酸铝，继续混炼10-16min，混炼温度100-105℃，加入防老剂AW、氯化石蜡混炼1-2min；
（2）、将硫磺和二硫化四甲基秋兰姆加入步骤（1）得到的产物中进行硫化，硫化温度在
158-162℃，硫化时间为35-75s，出料冷却得到超高绝缘、耐高温橡胶材料。

[0013] 本发明的有益效果：本发明提供的超高绝缘橡胶材料及其制备方法，对橡胶材料的配比进行了改进，显著提升了绝缘橡胶材料的绝缘性及耐高温性能，而且本申请中使用的添加剂的成本更低，添加后能明显提升橡胶材料的阻燃性能，阻燃等级达到FV0级，高温下产生有毒物质含量相对于现有的橡胶能降低85%以上，使橡胶材料的综合性能明显提升，能够适用于电缆等电学设备中。

[0014] 本申请利用三元乙丙橡胶和氯化聚乙烯作为主要原料，使橡胶的绝缘性和稳定性较高，使用三元乙丙橡胶和氯化聚乙烯组合后，能显著提升体系的相容性，本申请中不需要使用白炭黑进行补强，而是使用了凹凸棒土、硅微粉作为主要的补强成分，不仅能显著提升橡胶材料的强度，本申请人经过研究发现，在凹凸棒土加入后，不仅能提升橡胶的强度、耐磨性，而且对橡胶的阻燃性及绝缘性具有显著的提升，硅酸铝的加入能进一步提升橡胶的强度和橡胶的耐磨性，硅酸铝经过改性处理，能显著提升硅酸铝的分散效果，避免填料的加入分散不均造成橡胶性能不均或者性能下降，硅酸铝的加入也能提升橡胶的强度及阻燃性。

[0015] 通过对凹凸棒土进行改性，显著提升了凹凸棒土与其他成分的相容性，凹凸棒土与其他成分结合使用，对橡胶具有明显的补强作用，不需要使用常规的白炭黑，同时，凹凸棒土添加后具有良好的阻燃性能，凹凸棒土经过处理，使其结构更稳定，经过对凹凸棒土的活化处理，提升了凹凸棒土的分散性，在反应时使其分散均匀，另外，由于凹凸棒土具有大量的微孔，具有良好的吸附作用，在橡胶硫化时，可以作为另外的交联点，提升橡胶的力学性能，对于材料的绝缘性及阻燃效果也具有明显的提升效果。

[0016] 硅微粉经过改性具有良好的绝缘性及与橡胶的相容性，添加后能够提升橡胶的力学性能和橡胶的绝缘效果，在橡胶制备过程中，与纳米二氧化钛、凹凸棒土等结合使用能显著降低橡胶的内应力，提升橡胶在使用过程中的稳定性。

具体实施方式

[0017] 实施例1一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶90份、氯化聚乙烯120份、硅微粉12份、环氧大豆油10份、炭黑12份、硫磺1.98份、二硫化四甲基秋兰姆1.1份、防老剂AW 0.72份、纳米二氧化钛7.2份、凹凸棒土55份、氯化石蜡14份、硅酸铝10份。

[0018] 优选地，所述凹凸棒土使用以下方法处理：（1）、将凹凸棒土破碎，过100目筛；（2）、将凹凸棒土放入5mol/L的盐酸溶液中，超声震荡处理95min，然后水洗至中性；
（3）、将步骤（2）处理好的凹凸棒土使用质量分数为12%的四氢呋喃溶液浸泡处理
60min，然后水洗去残余溶剂；
（4）、将步骤（3）处理好的凹凸棒土在580℃下处理24min，然后降温至460℃下处理30-
35min，然后缓慢降温至常温，降温幅度为2℃/min，降温过程中通入干燥的氮气保护；
（5）、将步骤（4）处理好的凹凸棒土与偶联剂按重量比88：1的比例混合，然后在45℃下使用高速搅拌机混合均匀，然后使用25kHz的超声波处理15-20min，所述偶联剂由硅烷偶联剂KH550、钛酸酯偶联剂按重量比2.5:1制成。

[0019] 优选地，所述硅微粉经过改性处理，其改性处理方法如下：（1）、将硅微粉干燥，使用磁选设备进行磁选去除杂质，磁场强度为0.8T；
（2）、将步骤（1）处理好的硅微粉使用3mol/L的盐酸溶液浸泡，浸泡过程中以200r/min的速度搅拌，然后过滤，水洗至中性；
（3）、将步骤（2）得到的硅微粉在350℃下处理30-35min，然后自然降温至120℃保温处理30-50min，自然降温至常温，然后将硅微粉与硅烷偶联剂KH550按重量比110:1。

[0020] 进一步地，所述硅酸铝经过改性处理，（1）、将硅酸铝破碎，过100目筛，使用体积分数为25%的乙醇溶液浸泡处理20-30min，浸泡过程中以250r/min的速度搅拌；（2）、将步骤（1）处理好的硅酸铝水洗，烘干，然后向硅酸铝中加入其重量0.08%的六甲基二硅胺烷，使用高速搅拌机在2000r/min的转速下处理25-30min，得到改性硅酸铝。

[0021] 优选地，所述钛酸酯偶联剂为单烷氧磷酸酯型钛酸酯偶联剂。

[0022] 一种超高绝缘、耐高温橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：（1）、将三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯进行混炼1-2min，然后加入凹凸棒土、环氧大豆油、硅微粉、炭黑、纳米二氧化钛、硅酸铝，继续混炼10-16min，混炼温度100-105℃，加入防老剂AW、氯化石蜡混炼1-2min；
（2）、将硫磺和二硫化四甲基秋兰姆加入步骤（1）得到的产物中进行硫化，硫化温度在
158-162℃，硫化时间为35-75s，出料冷却得到超高绝缘、耐高温橡胶材料。

[0023] 实施例2一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶92份、氯化聚乙烯125份、硅微粉14份、炭黑11份、环氧大豆油9份、硫磺2份、二硫化四甲基秋兰姆1份、防老剂AW 0.85份、纳米二氧化钛7份、凹凸棒土60份、氯化石蜡15份、硅酸铝10份。各原料的处理步骤如实施例1。

[0024] 实施例3一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶80-95份、氯化聚乙烯120-130份、硅微粉12-15份、环氧大豆油10份、炭黑10-12份、硫磺1.5-2.6份、二硫化四甲基秋兰姆0.85-1.2份、防老剂AW 0.65-1份、纳米二氧化钛6-8份、凹凸棒土40-65份、氯化石蜡10-15份、硅酸铝8-12份。各原料的处理方式如实施例1。

[0025] 实施例4一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶90份、氯化聚乙烯120份、硅微粉12份、炭黑12份、环氧大豆油10份、硫磺1.98份、二硫化四甲基秋兰姆1.1份、防老剂AW 0.72份、纳米二氧化钛7.2份、凹凸棒土55份、氯化石蜡14份、硅酸铝10份。凹凸棒土不经过改性处理，其他工艺同实施例1。

[0026] 实施例5一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶90份、氯化聚乙烯120份、硅微粉12份、炭黑12份、环氧大豆油10份、硫磺1.98份、二硫化四甲基秋兰姆1.1份、防老剂AW 0.72份、纳米二氧化钛7.2份、凹凸棒土55份、氯化石蜡14份、硅酸铝10份。硅微粉不经过改性处理，其他工艺同实施例1。

[0027] 实施例6一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶90份、氯化聚乙烯120份、硅微粉12份、炭黑12份、环氧大豆油10份、硫磺1.98份、二硫化四甲基秋兰姆1.1份、防老剂AW 0.72份、纳米二氧化钛7.2份、凹凸棒土55份、氯化石蜡14份、硅酸铝10份。硅酸铝不经过改性处理，其他工艺同实施例1。

[0028] 实施例7一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶90份、氯化聚乙烯120份、硅微粉12份、炭黑12份、环氧大豆油10份、硫磺1.98份、二硫化四甲基秋兰姆1.1份、防老剂AW 0.72份、纳米二氧化钛7.2份、凹凸棒土55份、氯化石蜡14份、硅酸铝10份。原料均不经过改性处理，其他工艺同实施例1。

[0029] 对比例1一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶90份、氯化聚乙烯120份、硅微粉12份、炭黑12份、环氧大豆油10份、硫磺1.98份、二硫化四甲基秋兰姆1.1份、防老剂AW 0.72份、纳米二氧化钛7.2份、白炭黑55份、氯化石蜡14份、硅酸铝10份。
原料均不经过改性处理，其他工艺同实施例1。

[0030] 实验1：本申请人测试了上述几组实施例制备的橡胶的力学性能及绝缘性，拉伸性能采用电子拉力机按GB/T528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定，结果如表1所示：表1
拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% 绝缘电阻/MΩ﹒km 导热系数k﹒m/w
实施例1 19.85 317.6 6147 0.25
实施例2 18.35 308.5 6057 0.27
实施例3 18.42 310.2 6062 0.27
实施例4 15.62 270.5 5263 0.31
实施例5 15.34 268.4 5372 0.30
实施例6 15.72 276.3 5296 0.30
实施例7 13.25 249.5 4952 0.37
对比例1 11.58 223.6 4908 0.39
由表1可知，使用本申请方法制备的橡胶的力学性能及绝缘性明显提升，而且，在使用凹凸棒土等成分代替白炭黑作为填充料后，没有对橡胶的性能造成明显的下降，反而提升了橡胶的综合性能。

[0031] 为了验证各组橡胶的组成成分对橡胶的性能的影响，本申请人进行了实验验证，具体如下：对比例2
一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶90份、氯化聚乙烯120份、硅微粉12份、炭黑12份、硫磺1.98份、环氧大豆油10份、二硫化四甲基秋兰姆1.1份、防老剂AW 0.72份、纳米二氧化钛7.2份、凹凸棒土55份、氯化石蜡14份。与实施例1相比，不使用硅酸铝。

[0032] 对比例3一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶90份、氯化聚乙烯120份、炭黑12份、硫磺1.98份、环氧大豆油10份、二硫化四甲基秋兰姆1.1份、防老剂AW 0.72份、纳米二氧化钛7.2份、凹凸棒土55份、氯化石蜡14份、硅酸铝10份。与实施例1相比，不使用硅微粉。

[0033] 对比例4一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶90份、氯化聚乙烯120份、硅微粉12份、炭黑12份、环氧大豆油10份、硫磺1.98份、二硫化四甲基秋兰姆1.1份、防老剂AW 0.72份、纳米二氧化钛7.2份、凹凸棒土20份、氯化石蜡14份、硅酸铝10份。与实施例1相比，凹凸棒土的使用量减少。

[0034] 对比例5一种超高绝缘、耐高温橡胶材料，按重量计使用以下原料制备：三元乙丙橡胶90份、氯化聚乙烯120份、硅微粉12份、炭黑12份、环氧大豆油10份、硫磺1.98份、二硫化四甲基秋兰姆1.1份、防老剂AW 0.72份、凹凸棒土55份、氯化石蜡14份、硅酸铝10份。与实施例1相比，不使用纳米二氧化钛。

[0035] 本申请人对上述各对比例中制备的橡胶材料的性能进行测试，测试标准同实验1，同时使用热空气老化性能按GB/T3512-2001硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验，然后测试老化后橡胶的性能，结果如表2：表2
拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% 绝缘电阻/MΩ﹒km 老化后拉伸强度/MPa 老化后拉伸强度保持率实施例1 19.85 317.6 6147 18.91 95.3%
实施例7 13.25 249.5 4952 11.18 84.4%
对比例1 11.58 223.6 4908 8.35 72.1%
对比例2 10.42 239.8 4925 8.42 80.8%
对比例3 10.32 241.6 4672 8.39 81.3%
对比例4 9.05 226.4 4523 6.42 70.9%
对比例5 10.14 239.5 4896 8.25 81.4%
本申请中老化处理时橡胶的老化温度为180℃，处理时间为280h。

[0036] 由表2可知，使用本申请中的配比制备的橡胶的耐老化性能较好，在经过老化后依然能保持很好的拉伸强度。

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一种超高绝缘、耐高温橡胶材料及其制备方法

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