通過紫外線交聯矽橡膠來製備複合絕緣子的方法
2023-09-21 00:03:20 1
通過紫外線交聯矽橡膠來製備複合絕緣子的方法
【專利摘要】本發明涉及製造複合絕緣子的方法。支撐性部件裝配有由矽橡膠製得的屏蔽物。本發明的特徵在於，矽橡膠的交聯通過紫外線輻照引發。
【專利說明】通過紫外線交聯矽橡膠來製備複合絕緣子的方法
[0001]本發明涉及製造具有由紫外線交聯的矽橡膠製得的屏蔽物(shielding)的複合絕緣子(insulator)的方法。
[0002]矽酮-彈性體-複合絕緣子及其製備方法是已知的。利用被稱為固體橡膠(HTV -高溫交聯或HCR-高稠度橡膠)的矽橡膠注塑成型的特徵在於，將具有相對高粘度的矽橡膠特色注射到加熱的模具中。所述方法在EP1091365中舉例進行了描述，其已知為中空絕緣子。所述方法目前為止被用於所有類型的元件，包括，例如，棒狀絕緣子和電湧放電器。有時候較長的循環時間對所述方法和將要被屏蔽的部件(例如，纖維增強的環氧樹脂棒或相應的管)的要求所導致的結果有不利的影響，尤其是有時候從模具突出出來的金屬的外加部件(裝置)，其同樣必須被加熱至橡膠的交聯溫度。大型的元件有時候需要相當大尺寸的機器和設備。
[0003]另一個缺點是在成型的元件上存在有模具-分離線，其有時候需要進行後續的機械處理。
[0004]使用用於較低壓力的相似的工藝也是可以獲取的，並且其已知為液體橡膠(LSR _液體矽橡膠)。
[0005]存在稍早期的工藝，因此其是在大型注射機可以得到之前，並且其單獨製備屏蔽物(DE2746870)，以及某些時候的芯部屏蔽物(EP1130605)，然後再將它們裝配到一起。在此又一次地是主要使用固體橡膠。所述方法的優點是屏蔽物布置的靈活性。但是較大數量的操作以及較大數量的屏蔽物-芯部絕緣連接點和/或屏蔽物-屏蔽物連接點可能會具有不利的影響。
[0006]固體橡膠同樣被用於螺旋屏蔽物的製造(EP821373)。雖然該工藝廣泛適用，但是其可能具有的缺點是，連接點同樣會在每個部位之間和在每個相鄰的部位之間產生。所述工藝不能完全自動化。
[0007]早期的工藝全部被稱為澆注工藝(DE2044179，DE2519007)，其要求使用相對低粘度的橡膠。它們全部使用被稱為室溫交聯型雙組分橡膠(RTV-2)，該橡膠在使用時可以在稍微升高的溫度下被交聯。因為每個操作都製造單個的屏蔽物，所述方法可以基本上獨立於元件的最終尺寸。該項技術因此目前仍可用於具有非常大直徑的絕緣子。沒有需要後續機械處理的徑向分離線。其缺點是，所用橡膠的相對較低交聯速度所導致的較長的循環時間。
[0008]所有已知工藝的共有特點是絕緣子外部屏蔽物的電絕緣材料的交聯或者是在室溫下自發進行，或者是在升溫下熱引發。室溫交聯(可能通過例如根據DE2044179和DE2519007的具有開放式模具的常規方法)需要數十分鐘至數小時，而升溫下的交聯對於使用模具的方法需要數分鐘至數十分鐘的時間(EP1147525、DE2746870和EP1091365)，在隨後在烘箱中進行交聯的情形下直至高於100分鐘，例如依據EP821373和EPl 130605中所描述的方法。
[0009]本發明提供了一種用於製備複合絕緣子的方法，其中支撐性部件裝備有由矽橡膠製得的屏蔽物，其特徵在於，矽橡膠的交聯通過紫外線輻照引發。
[0010]通過紫外線輻照引發矽橡膠交聯可使得交聯時間最短，並可以廣泛用於任何希望形狀的複合絕緣子，因此就總生產成本而言對用戶都是具有優勢的。
[0011]處理成本更低，裝置成本更低，也不需要後續的機械操作。所述方法不僅可以用於製造短的運轉，也可以用於的運轉。
[0012]合適的支撐性部件的實例是塑料模製件，優選纖維增強的。所述支撐性部件優選是伸長型的，即長度:直徑之比是至少2:1，尤其至少3:1，且優選支撐性部件是圓柱形的，尤其是棒或管。
[0013]尤其地，使用纖維增強的塑料棒或纖維增強的塑料管。
[0014]矽橡膠優選具有低的粘度。將矽橡膠進料至合適的敞開的澆注模具，其沿將要被屏蔽的支撐性部件經過，並且通向底部，模具被適宜地密封，使得矽橡膠在進料程序中不會漏出。一旦進料程序已經完成，或者一旦達到了特定的填充水平，就使用紫外線來用光線輻照矽橡膠，或者用光線進行中等或初步的矽橡膠輻照。澆注模具中的橡膠在此過程中非常快速地變成為交聯的。
[0015]將紫外線輻照用於採用光線輻照矽橡膠的方法應該有利地是一種能夠給出均勻快速的交聯、以輻照將要交聯的矽橡膠體積的方法。
[0016]優選娃橡膠從燒注模具的敞開一側進行福照。在一個同樣優選的實施方案中，燒注模具由紫外線能夠穿透的材料形成，或澆注模具具有紫外線能夠穿透的窗口，並且矽橡膠通過澆注模具進行輻照。這裡優選從除上面以外的方向額外地輻照在隨後屏蔽物中的特定位置。所述窗口可以舉例來說是在澆注模具的側面和/或在澆注模具下方。
[0017]從一個方向輻照有時候可能是不利的。為了實現矽橡膠的均勻輻照，可以從多個方向完全輻照。
[0018]澆注模具和其矽橡膠的原料(charge)可以在一個或多個步驟中用光線進行輻照。
[0019]可能需要使用各種輻照條件用於矽橡膠的交聯，具體如將要製得的屏蔽物的尺寸和形狀所要求的。輻照可以在進料程序完成之後進行，或者在矽橡膠在澆注模具中達到特定的填充水平之後進行。
[0020]用於使矽橡膠通向澆注模具的材料供應路徑可以是包封的(encased)或不是的。
[0021]引發交聯的輻照裝置可以布置在矽橡膠用材料供應路徑中。在此實施方案中，矽橡膠的特性必須是使得其交聯適宜地被延遲，並允許在輻照橡膠之後向澆注模具供給材料。
[0022]在材料供應路徑的周圍、其下方、其側面或在澆注模具的上方可以布置加熱裝置，用於通過加熱來加速輻照後的矽橡膠的交聯。
[0023]紫外線輻照優選至少0°C進行，特別優選至少10°C，尤其至少15°C，優選不高於50 0C，特別優選不高於35 °C，尤其不高於25 °C。
[0024]輻照時間優選至少I秒，特別優選至少5秒，且優選不高於500秒，特別優選不高於100秒。矽酮混合物的交聯開始源於氫化矽烷化反應的開始-混合物凝膠化並硬化。
[0025]娃橡膠的粘度[D = 0.9/25°C ]優選至少IOOmPas,尤其至少IOOOmPas,優選不高於 40000mPas，尤其不高於 20000mPas。
[0026]紫外線輻照的波長優選200_500nm。
[0027]矽橡膠可以是兩種組分組成的混合物，或者是僅一種組分組成的混合物。所述矽橡膠優選包含:
[0028](A)聚有機矽氧烷，其每個分子包含至少兩個烯基，並且其25°C
[0029]下的粘度是0.1 至 500000Pa.s,
[0030](B)有機矽化合物，其每個分子包含至少兩個SiH官能團，和
[0031](C)鉬族催化劑，其可由200至500nm的光線活化。
[0032]包含烯基的聚有機矽氧烷㈧的組成優選對應於以下的平均通式⑴:
[0033]R^R^SiO^^ (I)
[0034]其中
[0035]R1是單價的任選滷素或氰基取代的C2-Cicr烴基，其包含脂族的碳-碳多重鍵，並且該烴基任選經由有機二價基團鍵接至矽；
[0036]R2是單價的任選滷素或氰基取代的C1-Cltl-烴基，其經由SiC而鍵接，並且不含脂族的碳-碳多重鍵；
[0037]X是非負數的數值，使得至少兩個基團R1存在於每個分子中；和
[0038]y是非負數的數值，使得(x+y)處於1.8至2.5的範圍。
[0039]烯基(alkenyl)R1易於與SiH-官能的交聯劑進行加成反應。通常使用具有2 - 6個碳原子的烯基，例如乙烯基、烯丙基、甲基烯丙基、1-丙烯基、5-己烯基、乙炔基、丁二烯基、己二烯基、環戍烯基、環戍二烯基、環己烯基，優選乙烯基和稀丙基。
[0040]聚合物鏈中的烯基R1可以通過其而鍵接至矽的有機二價基團例如通過氧基亞烷基單元、例如以下通式(2)所構成:
[0041]-(O)m[ (CH2)nOJ0- ⑵
[0042]其中
[0043]m是O或I的數值，尤其0，
[0044]η是1-4的數值，尤其I或2，和
[0045]ο是1-20的數值，尤其1-5。
[0046]通式(10)的氧基亞烷基單元在其左手側具有連接至矽原子的鍵接。
[0047]基團R1的鍵接可以是在聚合物鏈的任何位置，尤其是通向末端矽原子的位置。
[0048]未取代的基團R2的實例是烷基，例如甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正戊基、異戊基、新戊基、叔戊基、己基如正己基、庚基如正庚基、辛基如正辛基和異辛基，如2，2，4-三甲基戊基，壬基如正壬基、癸基如正癸基；烯基，例如乙烯基、烯丙基、正-5-己烯基、4-乙烯基環己基，和3-降冰片烯基；環烷基，例如環戊基、環己基、4-乙基環己基、環庚基、降冰片基，以及甲基環己基；芳基，例如苯基、聯苯基、萘基；烷芳基，例如鄰_、間_、對-甲苯基，以及乙苯基；芳烷基，例如苯基甲基，和α-和β-苯基乙基。
[0049]作為基團R2的取代的烴基的實例是滷代烴，其實例是氯甲基、3-氯丙基、3-溴丙基、3，3，3-三氟 丙基和5，5，5，4，4，3，3-六氟戊基，以及氯苯基、二氯苯基以及三氟甲苯基。
[0050]R2優選具有1- 6個碳原子。甲基和苯基為特別優選。
[0051]組分(A)也可以是包含烯基的各種聚有機矽氧烷的混合物，其中這些聚有機矽氧烷的區別在於例如烯基含量、烯基的特性，或者是結構上的區別。
[0052]包含烯基的聚有機矽氧烷(A)的結構可以是線性、環狀或支化的。導致支化的聚有機矽氧烷的三官能和/或四官能單元的含量通常非常低，優選至多20mol%，尤其至多0.1mol %。
[0053]尤其優選為使用包含乙烯基的聚二甲基矽氧烷，其分子對應於以下的通式(3):
[0054](ViMe2SiOl72) 2 (ViMeSiO) p (Me2SiO) q (3)
[0055]其中非負的整數p和q符合以下條件:p≥0，50〈(p+q)〈20000，優選200< (p+q)〈1000，且 0< (p+1) / (p+q)〈0.2。
[0056]聚有機矽氧烷(A)在25°C下的粘度優選0.5-100000Pa.s,尤其是l_2000Pa.S。
[0057]每個分子包含至少兩個SiH官能團的有機矽化合物(B)的組成優選具有以下的平均通式⑷:
[0058]HaR3bSiO(4_a_b)/2(4)
[0059]其中
[0060]R3是單價的任選滷素或氰基取代的C1-C18-烴基，其經由SiC而鍵接，並且不含脂族的碳-碳多重鍵，和
[0061]a和b是非負的整數，
[0062]條件是 0.5〈 (a+b)〈3.0和0〈a〈2，且至少兩個矽鍵合的氫原子存在於每個分子中。
[0063]R3的實例是針對R2所描述的。R3優選具有1- 6個碳原子。甲基和苯基為特別優選。
[0064]優選使用每個分子包含三個或更多個SiH鍵的有機矽化合物(B)。如果使用每個分子僅包含兩個SiH鍵的有機矽化合物(B)，則建議使用每個分子具有至少三個烯基的聚有機矽氧烷(A)。
[0065]與直接鍵接至矽原子的氫原子特有地相關的有機矽化合物(B)的氫含量優選0.002-1.7重量％的氫，優選0.1-1.7重量％的氫。
[0066]有機矽化合物(B)優選每個分子包含至少三個矽原子，和至多600個矽原子。優選使用每個分子包含4 - 200個矽原子的有機矽化合物(B)。
[0067]有機矽化合物(B)的結構可以是線性、支化、環狀或網狀類型的。
[0068]特別優選的有機矽化合物⑶是以下通式(5)的聚有機矽氧烷:
[0069](HR42SiOl72) c (R43SiOl72) d (HR4SiO272) e (R42SiO272) f (5)
[0070]其中
[0071]R4的定義如針對R3的定義，
[0072]非負整數C、d、e 和 f 符合以下條件:(c+d) = 2，(c+e) >2，5〈 (e+f)〈200，和 Ke/(e+f) <0.1。
[0073]SiH官能的有機矽化合物(B)在可交聯有機矽組合物中的量優選使得SiH基團與烯基的摩爾比是0.5-5,尤其是1.0-3.0。
[0074]所用的催化劑(C)可以包含任何已知類型的鉬族催化劑，其中這些催化劑催化氫化矽烷化反應，該反應是在加成交聯有機矽組合物的交聯期間進行的，並催化劑(C)可以被200-500nm的光線活化。
[0075]催化劑(C)包含選自鉬、銠、釕和銥的至少一種金屬或一種化合物，優選鉬。
[0076]特別合適的催化劑(C)是鉬的環戊二烯絡合物，優選以下通式(6)的:
[0077]
【權利要求】
1.一種製備複合絕緣子的方法，其中支撐性部件裝配有由矽橡膠製得的屏蔽物，其特徵在於，矽橡膠的交聯通過紫外線輻照引發。
2.權利要求1所述的方法，其中支撐性部件是由纖維增強的塑料製得的棒或管。
3.權利要求1或2所述的方法，其中矽橡膠從澆注模具的敞開一側輻照。
4.權利要求1-3之一所述的方法，其中澆注模具由紫外線能夠穿透的材料構成，或者澆注模具具有紫外線能夠穿透的窗口，且矽橡膠通過澆注模具輻照。
5.權利要求1-4之一所述的方法，其中矽橡膠的輻照在矽橡膠通向澆注模具的材料供應路徑中進行，並且矽橡膠的特性使得其交聯被延遲，並允許在橡膠輻照之後向澆注模具供給材料。
6.權利要求1-5之一所述的方法，其中矽橡膠的粘度[D= 0.9/250C ]是IOOOmPas至20000mPaso
7.權利要求1-6之一所述的方法，其中紫外線輻照的波長是200至500nm。
8.權利要求1-7之一所述的方法,其中娃橡膠包含: (A)聚有機矽氧烷，其每個分子包含至少兩個烯基，並且在25°C下的粘度是.0.l-500000Pa.s, (B)有機矽化合物，其每個分子包含至少兩個SiH官能團，和 (C)鉬族催化劑，其可由200至500nm的光線活化。
【文檔編號】H01B3/47GK103930955SQ201280056088
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年11月28日 優先權日:2011年12月12日
【發明者】J·蘭布雷希特, G·西姆松, H-J·溫特 申請人:瓦克化學股份公司