废旧硅橡胶复合绝缘子胶粉改性及在三元乙丙橡胶中的应用
在中国电网飞速发展的今天，硅橡胶复合绝缘子因其优异的绝缘性和抗污性，生产和消费量逐年递增，但随着使用年限的临近，会出现大量绝缘子退役而堆积，不仅占用了空间，还可能造成环境污染，同时硅橡胶材料生产成本较高，因此合理利用废旧硅橡胶复合绝缘子，具有重要的经济效益和生态效益。 本研究中将硅橡胶复合绝缘子物理粉碎后掺入到聚合物(EPDM)中制备复合材料，然而由于废胶粉表面能低，直接掺填，与聚合物基材相容性差，因此首先对硅橡胶复合绝缘子胶粉进行了改性处理。本论文所取得结果如下: (1)利用ATR-FTIR、固体核磁硅谱、TGA、EDS、SEM和激光粒度仪对绝缘子胶粉的组成成分及形貌进行了分析，得到以下结论:废旧胶粉中主要含有Al(OH)3、SiO2和硅橡胶，其中Al(OH)3的含量在45％左右;未改性的硅胶粉显示出高度不规则的团聚结构，其粒径主要分布在60-230um之间，粒度仪测试结果表明胶粉的平均粒径在131um左右。 (2)采用3种氧化方式对胶粉进行氧化处理，随后利用硅烷化反应在胶粉的表面偶联接枝带有功能性反应官能团的小分子KH570，并利用ATR-FTIR、固体核磁硅谱、TGA和SEM等手段分析评价其改性效果。实验结果表明，3种氧化方法都可以氧化胶粉，但在氧化效果上，采用H+/H2O2氧化并偶联接枝KH570的胶粉，产生了最强的C=O和C=C振动峰，氧化效果最好。 (3)将H+/HO2氧化并接枝KH570改性胶粉(WSP-H+/H2O2-KH570)加入到三元乙丙橡胶(EPDM)中制备复合材料，结果表明EPDM/改性胶粉共混物(90/10)的硫化时间缩短，EPDM/改性胶粉共混物(90/10)的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度分别增加了15.6％，10.2％和3.0％。TGA分析表明，对比加入未改性胶粉的共混物，掺填改性胶粉的共混物在210-380℃分解阶段具有更高的热稳定性。通过DMA分析可知，EPDM/改性胶粉共混物(90/10)只出现一个Tg，证明在这种配比条件下，EPDM和改性胶粉两个组分展现出良好的可混性。其微观形貌显示，改性胶粉在EPDM基体材料中的分散更好，共混物的表面也更为平整。 (4)为了避免改性过程酸性废液的产生，采用六亚甲基四胺/FeCl2/FeCl3（混合改性剂）改性处理废胶粉，并将其加入到EPDM中，研究了EPDM/改性胶粉复合体系的性能。研究结果表明，掺填改性胶粉的复合材料在拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度上，分别提升了11.8％，2.7％和2.4％，这说明混合改性剂可以改性废旧硅橡胶复合绝缘子胶粉。通过DMA分析可知，EPDM/改性胶粉共混比为90/10时，共混材料只出现一个tanδ峰，这表明混合改性剂的加入能够改善两者的界面相容性。SEM结果同样证明了掺填混合改性剂改性胶粉的共混物中胶粉分布更为均匀。 (5)两种改性胶粉分别掺填EPDM制备的复合材料，EPDM/(WSP-H+/H2O2-KH570)共混物具有更优异的机械性能和热稳定性，胶粉在聚合物基体中分散也更为均匀，但在处理工艺上，六亚甲基四胺/FeCl2/FeCl3混合物（混合改性剂）改性废胶粉更为简单、环保。
复合材料;三元乙丙橡胶;硅橡胶复合绝缘子;改性处理;聚合物
北京化工大学
硕士
化学
杜振霞
2017
中文
TB332
81
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）