本文關鍵詞：新型含脲基（或氨酯基）有機硅化合物的合成及其對加成型液體硅橡膠耐漏電起痕作用的研究

  更多相關文章： 加成型液體硅橡膠 耐漏電起痕劑 熱穩(wěn)定性 抗菌 阻燃

【摘要】：硅橡膠具有優(yōu)良的電氣絕緣、耐高低溫、耐候和憎水及憎水遷移等特性,廣泛應用于國防軍工、航天航空和高壓超高壓輸變電等領域。然而,隨著大氣污染日益嚴重,而電力電氣設備的運行電壓等級卻不斷提升,這使得硅橡膠絕緣材料的工作環(huán)境更為嚴苛且多樣化,因其污穢閃絡與漏電起痕破壞嚴重威脅高壓超高壓輸變電網(wǎng)絡的安全與穩(wěn)定。本論文針對現(xiàn)有耐漏電起痕劑添加量較大、與硅橡膠相容性差和功能單一等缺點,合成了新型的可反應性有機耐漏電起痕劑——含脲基(或氨酯基)有機硅化合物,在硫化過程中通過硅氫加成反應鍵接到加成型液體硅橡膠(ALSR)分子鏈上,制備了具有良好耐漏電起痕性能和力學性能的加成型液體硅橡膠,并探討了其對加成型液體硅橡膠耐漏電起痕的作用機理。主要研究內容和結果包括:第一、通過脲基硅烷偶聯(lián)劑和烯丙醇(AA)醚交換反應合成了3-脲基丙基乙氧基烯丙氧基硅烷(UPAS)、3-(異丙基脲基丙基)乙氧基烯丙氧基硅烷(IPUPAS)和3-(二異丙基脲基丙基)乙氧基烯丙氧基硅烷(DIPUPAS)三種含脲基硅烷,并采用傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)和核磁共振氫譜(1H-NMR)對它們的化學結構進行了表征。研究了含脲基硅烷對加成型液體硅橡膠硫化性能、力學性能、耐漏電起痕性能和熱穩(wěn)定性的影響,并探討了其耐漏電起痕作用機理。研究發(fā)現(xiàn),含脲基硅烷能顯著提高加成型液體硅橡膠耐漏電起痕和電蝕損性能。當添加2phr含脲基硅烷時,加成型液體硅橡膠的耐漏電起痕性能達到1A4.5級;ALSR/UPAS、ALSR/IPUPAS和ALSR/DIPUPAS的電蝕損質量分別為0.042g、0.038g和0.034g,僅為未添加含脲基硅烷的加成型液體硅橡膠電蝕損質量的6.8%、6.1%和5.5%。同時,含脲基硅烷的加入改善了加成型液體硅橡膠的力學性能和熱穩(wěn)定性。含脲基硅烷的可能耐漏電起痕作用機理為:在干帶電弧放電過程中,添加含脲基硅烷的加成型液體硅橡膠吸熱釋放出N2、NO2和NH3等惰性氣體,起到了良好的熄弧作用;同時,含脲基硅烷的加入提高硅橡膠的熱分解溫度以及質量殘余量,在表面形成較為致密的陶瓷層,從而抑制了電痕的發(fā)生和發(fā)展。第二、通過烷基雙取代脲基硅烷偶聯(lián)劑和AA醚交換反應合成了六種烷基雙取代脲基硅烷,采用FT-IR和1H-NMR對它們的化學結構進行了表征。研究了它們對加成型液體硅橡膠力學性能、熱穩(wěn)定性和耐漏電起痕性能的影響,并采用SEM和SEM-EDX對加成型液體硅橡膠電蝕損表面進行分析,探討了烷基雙取代脲基硅烷的耐漏電起痕作用機理。研究發(fā)現(xiàn),烷基雙取代脲基硅烷不僅能夠有效地改善加成型液體硅橡膠的耐漏電起痕性能,而且對加成型液體硅橡膠的力學性能也有一定的提高。其中,添加DIPUPAS、DBUPAS或DIBUPAS的加成型液體硅橡膠耐漏電起痕性能均達到1A4.5級。烷基雙取代脲基硅烷的加入可以提高加成型液體硅橡膠的熱穩(wěn)定性,并且烷基取代基鏈長越短,對熱穩(wěn)定性的提高越明顯。SEM和SEM-EDX結果表明,ALSR/DIPUPAS、ALSR/DBUPAS和ALSR/DIBUPAS在干帶電弧放電過程中,在表面形成具有蜂窩狀結構且連續(xù)致密的陶瓷阻隔層,阻隔層碳含量少,能夠有效的抑制電弧的發(fā)展,提高耐漏電起痕性能。第三、通過3-(二異丙基脲基丙基)三乙氧基硅烷(DIPUPES)、正硅酸乙酯(TEOS)、六甲基二硅氧烷(MM)和二乙烯基四甲基二硅氧烷(MViMVi)共水解縮合反應制備了含脲基MQ硅樹脂(DIPUPES-MQ),采用FT-IR、1H-NMR、核磁共振硅譜(2 9S i-NMR)和凝膠滲透色譜(GPC)對其化學結構進行了表征。研究了DIPUPES-MQ對加成型液體硅橡膠力學性能、耐漏電起痕性能以及熱穩(wěn)定性的影響,通過FT-IR和TG-FTIR對DIPUPES-MQ的熱分解行為及其對加成型液體硅橡膠的耐漏電起痕作用機理進行探討。DIPUPES-MQ的加入可以同時提高加成型液體硅橡膠的耐漏電起痕性能和力學性能。當DIPUPES-MQ用量為3.75phr時,加成型液體硅橡膠的耐漏電起痕性能達到1A4.5級,電蝕損質量為0.023g,僅為未添加的加成型液體硅橡膠電蝕損質量的2.7%。FT-IR和TG-FTIR結果表明,在升溫過程中,DIPUPES-MQ中脲基發(fā)生分解產(chǎn)生異氰酸根,并進一步與羥基反應形成氨酯基,在更高的溫度下發(fā)生分解并形成羧酸鹽。當DIPUPES-MQ加入到加成型液體硅橡膠中,能夠在熱降解過程中與硅橡膠側甲基氧化所產(chǎn)生的Si-OH反應,從而抑制解扣式熱降解反應的進行,提高加成型液體硅橡膠的熱分解溫度和質量殘余量,有利于加成型液體硅橡膠在干帶電弧放電過程中在表面形成較為致密的陶瓷層,抑制了電痕的發(fā)生和發(fā)展。第四、以1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇(PMPO)、3-異氰酸丙基三乙氧基硅烷(ICPES)和AA為原料,通過加成反應和醚交換反應合成了3-(1,2,2,6,6-五甲基哌啶氨酯基)丙基乙氧基烯丙氧基硅烷(PMPURPAS),采用FT-IR和1H-NMR對其化學結構進行了表征。研究了PMPURPAS對加成型液體硅橡膠力學性能、熱穩(wěn)定性、耐漏電起痕性能以及阻燃性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),PMPURPAS可以同時提高加成型液體硅橡膠的耐漏電起痕性能和阻燃性能。當PMPURPAS用量為3.0phr,加成型液體硅橡膠的耐漏電起痕性能達到1A4.5級,且表現(xiàn)出良好的自熄性。TG和TG-FTIR結果表明,PMPURPAS中的氨酯基起到與脲基類似的作用,能夠在熱降解過程中與硅橡膠側甲基氧化所產(chǎn)生的Si-OH反應,從而提高加成型液體硅橡膠的熱分解溫度和質量殘余量,有利于形成致密的陶瓷阻隔層。第五、以1-羥基甲基-5,5-二甲基乙內酰脲(HDMH)、ICPES和AA為原料,通過加成反應和醚交換反應合成了3-(5,5-二甲基乙內酰脲氨酯基)丙基乙氧基烯丙氧基硅烷(DMHURPAS),將其鍵接到加成型液體硅橡膠分子鏈上,并通過次氯酸鈉溶液對添加DMHURPAS的加成型液體硅橡膠表面氯化處理。采用FT-IR和1H-NMR對DMHURPAS的化學結構進行了表征。研究了DMHURPAS對加成型液體硅橡膠力學性能、熱穩(wěn)定性和耐漏電起痕性能的影響,對添加DMHURPAS并經(jīng)氯化處理的加成型液體硅橡膠的抗菌性能進行研究。結果表明:DMHURPAS可以顯著提高加成型液體硅橡膠的耐漏電起痕性能和熱穩(wěn)定性。當DMHURPAS用量為1.5phr時,加成型液體硅橡膠的耐漏電起痕性能達到1A4.5級;其質量損失率為10wt%時的溫度(T10)和20wt%時的溫度(T20)分別提高了11oC和29oC,800oC時的質量殘余率也從47.8wt%提高至68.7wt%�？咕囼灡砻�,添加2.0phr DMHURPAS并經(jīng)氯化處理的加成型液體硅橡膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均具有良好的抗菌作用,尤其對大腸桿菌的抗菌效果更為明顯,其抗菌率達到95.7%。
【關鍵詞】：加成型液體硅橡膠 耐漏電起痕劑 熱穩(wěn)定性 抗菌 阻燃
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ333.93
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-16
• 第一章 緒論16-40
• 1.1 引言16-17
• 1.2 高電壓外絕緣材料17-19
• 1.2.1 高電壓外絕緣的范疇和主要問題17-18
• 1.2.2 高電壓外絕緣的常見材料18-19
• 1.3 硅橡膠材料19-24
• 1.3.1 硅橡膠的分類19-21
• 1.3.2 硅橡膠的獨特性能21-22
• 1.3.3 硅橡膠在高電壓外絕緣領域的應用22-24
• 1.4 硅橡膠的耐漏電起痕性能24-32
• 1.4.1 硅橡膠的漏電起痕及電蝕損破壞過程24-26
• 1.4.2 硅橡膠的漏電起痕及電蝕損破壞機理26-27
• 1.4.3 硅橡膠耐漏電起痕的研究進展27-32
• 1.5 硅橡膠的阻燃性能32-37
• 1.5.1 燃燒特性32-33
• 1.5.2 阻燃技術33-34
• 1.5.3 阻燃硅橡膠的研究進展34-37
• 1.6 本課題的目的意義、主要研究內容和創(chuàng)新之處37-40
• 1.6.1 本課題的目的意義37
• 1.6.2 本課題的主要研究內容37-39
• 1.6.3 本課題的特色與主要創(chuàng)新之處39-40
• 第二章 含脲基硅烷的合成及其對ALSR耐漏電起痕作用的研究40-66
• 2.1 引言40-41
• 2.2 實驗部分41-46
• 2.2.1 主要原料41
• 2.2.2 儀器與設備41-42
• 2.2.3 含脲基硅烷的合成及ALSR樣品的制備42-44
• 2.2.4 測試與表征44-46
• 2.3 結果與討論46-64
• 2.3.1 含脲基硅烷的結構表征46-49
• 2.3.2 含脲基硅烷對ALSR硫化性能的影響49-50
• 2.3.3 含脲基硅烷對ALSR力學性能的影響50
• 2.3.4 含脲基硅烷對ALSR耐漏電起痕性能的影響50-53
• 2.3.5 含脲基硅烷對ALSR熱穩(wěn)定性能的影響53-56
• 2.3.6 含脲基硅烷對ALSR耐漏電起痕作用機理的探討56-64
• 2.4 本章小結64-66
• 第三章 烷基雙取代脲基硅烷的合成及其對ALSR耐漏電起痕作用的研究66-88
• 3.1 引言66
• 3.2 實驗部分66-69
• 3.2.1 主要原料66-67
• 3.2.2 儀器與設備67
• 3.2.3 烷基雙取代脲基硅烷的合成及ALSR樣品的制備67-69
• 3.2.4 測試與表征69
• 3.3 結果與討論69-87
• 3.3.1 烷基雙取代脲基硅烷的結構表征69-73
• 3.3.2 烷基雙取代脲基硅烷對ALSR力學性能的影響73
• 3.3.3 烷基取代脲基硅烷對ALSR熱穩(wěn)定性能的影響73-79
• 3.3.4 烷基雙取代脲基硅烷對ALSR耐漏電起痕性能的影響79-87
• 3.4 本章小結87-88
• 第四章 含脲基MQ硅樹脂的合成及其對ALSR耐漏電起痕作用的研究88-104
• 4.1 引言88-89
• 4.2 實驗部分89-91
• 4.2.1 主要原料89
• 4.2.2 儀器與設備89
• 4.2.3 含脲基MQ硅樹脂的合成及ALSR樣品的制備89-90
• 4.2.4 測試與表征90-91
• 4.3 結果與討論91-103
• 4.3.1 DIPUPES-MQ的結構表征91-93
• 4.3.2 DIPUPES-MQ用量對ALSR力學性能的影響93-94
• 4.3.3 DIPUPES-MQ用量對ALSR耐漏電起痕性能的影響94-97
• 4.3.4 DIPUPES-MQ用量對ALSR熱穩(wěn)定性能的影響97-99
• 4.3.5 DIPUPES-MQ對ALSR耐漏電起痕作用機理的探討99-103
• 4.4 本章小結103-104
• 第五章 含受阻胺基團和氨酯基硅烷的合成及其對ALSR性能的影響104-121
• 5.1 引言104-105
• 5.2 實驗部分105-107
• 5.2.1 主要原料105
• 5.2.2 儀器與設備105
• 5.2.3 含受阻胺基團和氨酯基硅烷的合成及ALSR樣品的制備105-106
• 5.2.4 測試與表征106-107
• 5.3 結果與討論107-120
• 5.3.1 PMPURPAS的結構表征107-109
• 5.3.2 PMPURPAS用量對ALSR力學性能的影響109-110
• 5.3.3 PMPURPAS用量對ALSR耐漏電起痕性能的影響110-113
• 5.3.4 PMPURPAS用量對ALSR阻燃性能的影響113-116
• 5.3.5 PMPURPAS用量對ALSR熱穩(wěn)定性能的影響116-120
• 5.4 本章小結120-121
• 第六章 含乙內酰脲基和氨酯基硅烷的合成及其對ALSR性能的影響121-138
• 6.1 引言121-122
• 6.2 實驗部分122-125
• 6.2.1 主要原料122
• 6.2.2 儀器與設備122
• 6.2.3 含乙內酰脲基和氨酯基硅烷的合成及ALSR樣品的制備122-124
• 6.2.4 測試與表征124-125
• 6.3 結果與討論125-137
• 6.3.1 DMHURPAS的結構表征125-127
• 6.3.2 DMHURPAS用量對ALSR力學性能的影響127-128
• 6.3.3 DMHURPAS用量對ALSR耐漏電起痕性能的影響128-131
• 6.3.4 DMHURPAS用量對ALSR熱穩(wěn)定性能的影響131-135
• 6.3.5 抗菌性能135-137
• 6.4 本章小結137-138
• 結論138-140
• 參考文獻140-154
• 攻讀博士學位期間取得的研究成果154-156
• 致謝156-157
• 附件157

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 邵俊;趙耀明;楊崇嶺;;硅橡膠絕緣子的性能及其在高電壓中的應用[J];高壓電器;2009年05期

2 郭美霞;薛守洪;;輸電線路用室溫硫化硅橡膠防污閃涂料研究進展[J];化學工程與裝備;2013年02期

3 范婷婷;周元林;范超超;;一種新型防老劑的合成、表征及性能研究[J];功能材料;2013年13期

4 陳明俊;;淺析高電壓與絕緣技術的新發(fā)展[J];廣東科技;2011年14期

5 魯志偉;硅橡膠憎水遷移機理分析[J];華北電力技術;1999年10期

6 張秀敏;張曉東;;高壓戶外復合絕緣子外絕緣材料的研究與應用進展[J];絕緣材料;2006年01期

7 張利萍;楊化彪;楊思廣;林祥堅;曾幸榮;;加成型硅橡膠耐漏電起痕性能的影響因素探討[J];化工新型材料;2014年06期

8 汪錚;寧培森;丁著明;;受阻胺光穩(wěn)定劑的研究進展[J];塑料助劑;2012年01期

9 印永華;;特高壓大電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃研究[J];電網(wǎng)與清潔能源;2009年10期

10 錢黃海;程麗君;陸明;王珍;耿新玲;馬學震;;苯醚撐硅橡膠的燃燒特性[J];特種橡膠制品;2013年06期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 林俊輝;MQ硅樹脂增強室溫硫化液體硅橡膠[D];華南理工大學;2014年

，

本文編號：1100248