電力產(chǎn)品絕緣層變色測溫方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電力產(chǎn)品絕緣層變色測溫方法,將甲基三氯硅烷與二甲基二氯硅烷混合,加入混入增黏劑、有機(jī)溶劑和水,經(jīng)水洗除去酸,并在催化劑下縮聚成有機(jī)硅硅樹脂;將可逆感溫變色材料與有機(jī)硅硅樹脂混合,最后加入可逆感溫變色材料,在160℃~200℃溫度下經(jīng)過澆鑄、模壓、固化成型為油墨基材;在電力產(chǎn)品的表面涂覆可逆感溫變色材料。本發(fā)明可根據(jù)采用涂層的由溫度變化而變色的絕緣材料,可以很方便地對設(shè)備接觸點(diǎn)、母排母線、電纜溝等進(jìn)行安裝并觀測,在起到絕緣作用的同時(shí)可以起到廉價(jià)的測溫提醒的作用。
【專利說明】
電力產(chǎn)品絕緣層變色測溫方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電力器材的防護(hù)和絕緣材料,具體說是一種電力產(chǎn)品絕緣層變色測溫方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為保證運(yùn)行安全,電力產(chǎn)品通常需要對裸露在外的電子器件進(jìn)行絕緣處理,為防止電流過大或不良接觸造成溫度過高,需要對電氣設(shè)備的運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)測。
[0003]通常進(jìn)行絕緣處理的方法是用絕緣材料將電子器件包裹起來,一般使用絕緣護(hù)套居多。目前配電及變電設(shè)備的連接點(diǎn)、母線、母排、閘刀、粧頭等多采用三色絕緣護(hù)套包裹,安裝之后完全遮蔽住設(shè)備,無法觀測到設(shè)備的運(yùn)行。如發(fā)生漏電現(xiàn)象,由于有色絕緣護(hù)套的包裹,運(yùn)檢人員無法觀測到漏電產(chǎn)生的火花,無法及時(shí)進(jìn)行維護(hù)及檢修,危害配電設(shè)備及配網(wǎng)線路的安全,易造成故障;而對于電氣設(shè)備溫度控制,目前一般使用人工紅外測溫的手段,這種方式人工成本高,監(jiān)測主觀性大,無法實(shí)時(shí)標(biāo)示溫度是否超標(biāo)。
[0004]現(xiàn)在有一種實(shí)時(shí)監(jiān)測的方法,采用分布式光纖測溫系統(tǒng),將感應(yīng)點(diǎn)粘結(jié)在需要的測溫點(diǎn)處,能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測測溫點(diǎn)溫度,國外除了使用絕緣護(hù)套外,有研究者在套管內(nèi)壁或母線、母排、閘刀、流變、粧頭等器件需要做絕緣處理出植入溫度感應(yīng)光纖光柵或感溫探頭,通過光纖光柵對監(jiān)測部位溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。該方法準(zhǔn)確度高,減少了人力成本,但造價(jià)成本過高,檢測點(diǎn)需要預(yù)先準(zhǔn)確設(shè)置,且信號傳輸無法做到無干擾無線傳播,特別是設(shè)備連接點(diǎn)處無法安裝測溫感應(yīng)點(diǎn),因此無法使用在戶外變壓器和閘刀、粧頭等設(shè)備連接點(diǎn)處。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是實(shí)現(xiàn)對電力產(chǎn)品提供絕緣防護(hù)的同時(shí)解決無法可視觀察,無法提供直觀溫度顯示,實(shí)時(shí)監(jiān)測成本較高的問題,提供一種電力產(chǎn)品絕緣層變色測溫方法。
[0006]所述電力產(chǎn)品絕緣層變色測溫方法,其特征在于:包括下述順序進(jìn)行的步驟:
[0007]第一步、將甲基三氯硅烷與二甲基二氯硅烷混合,加入混入增黏劑、有機(jī)溶劑和水,得到酸性水解物,經(jīng)水洗除去酸,得到中性的初縮聚體,在催化劑下進(jìn)一步縮聚成有機(jī)娃娃樹脂;
[0008]第二步、將可逆感溫變色材料與有機(jī)硅硅樹脂混合,將可逆感溫變色材料加入有機(jī)硅硅樹脂,攪拌后,加入引發(fā)劑或固化劑,最后加入可逆感溫變色材料,在160 °C?200°C溫度下經(jīng)過澆鑄、模壓、固化成型為油墨基材;
[0009 ]第三步、在電力產(chǎn)品的表面涂覆可逆感溫變色材料。
[0010]根據(jù)技術(shù)發(fā)展需要,本發(fā)明可根據(jù)溫度變化而變色的絕緣材料,該材料采用涂層,可以很方便地對設(shè)備接觸點(diǎn)、母排母線、電纜溝等進(jìn)行安裝并觀測,當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)由于溫度升高,會(huì)使得絕緣體顏色發(fā)生變化,在起到絕緣作用的同時(shí)可以起到廉價(jià)的測溫提醒的作用,且施工和維護(hù)方便。
[0011]本發(fā)明對目前狀態(tài)檢修工作提供了更為方便的方法,為配電變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測及設(shè)備連接點(diǎn)溫度的測量提供更為直觀的手段,能夠保證當(dāng)設(shè)備溫度出現(xiàn)異常時(shí),運(yùn)維人員能夠直觀得到情況,方便維護(hù)及檢修。
【具體實(shí)施方式】
[0012]可逆感溫變色材料是由電子轉(zhuǎn)移型有機(jī)化合物體系制備的,通過溫度的變化,使電子躍迀發(fā)生結(jié)構(gòu)變化從而實(shí)現(xiàn)顏色的改變。在電力設(shè)備的導(dǎo)體表面涂覆可逆感溫變色材料,并使可逆感溫變色材料的變色臨界點(diǎn)設(shè)置為溫度臨界值,可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)絕緣和溫度觀測,并且成本低廉,施工方便、維護(hù)便捷,監(jiān)測無死點(diǎn)。
[0013]現(xiàn)有的可逆感溫變色材料一般用在油墨及玩具中,用在電工材料上尚需對材料性能作出調(diào)整。感溫變色材料可用于聚丙烯(PP)、軟聚氯乙烯(S-PVC)、AS、ABS和硅膠等透明或半透明塑料的注塑、擠塑成型。也可混入不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂、有機(jī)玻璃或尼龍單體內(nèi)澆鑄、模壓、固化成型合適之油墨基材。加工溫度應(yīng)控制在200°C以下,并盡量減少物料的受熱時(shí)間。澆鑄、模壓、固化成型中使用變色材料時(shí)應(yīng)先將變色材料加入不飽和聚脂、有機(jī)玻璃或尼龍單體內(nèi)內(nèi)攪拌分散均勻,然后再加入引發(fā)劑或固化劑開始聚合或交聯(lián)反應(yīng)。因?yàn)樵陬A(yù)聚后體系粘度急劇升高,此時(shí)加入變色材料會(huì)使大量顆粒包裹在一起,難于分散均勻。另外,此時(shí)的攪拌操作也會(huì)使體系中殘留大量氣泡。需要注意的是,注塑和擠出中使用變色材料時(shí)塑料中不應(yīng)再同時(shí)使用其它填充料或普通顏料(例如:鈦白粉,碳酸鈣,硫酸鋇,碳黑等),否則將會(huì)屏蔽變色效果。在環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂的交聯(lián)固化過程中,其內(nèi)部有時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的收縮應(yīng)力,導(dǎo)致變色顏料微膠囊外殼破裂,其它化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入顏料內(nèi)部使其失去變色性能。這種情況在環(huán)氧樹脂固化厚度大于0.2毫米并且使用多胺類固化劑時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生。因此使用該種變色材料,采用相容性好及絕緣性能好的基體樹脂如有機(jī)硅樹脂作為基材樹脂會(huì)比較好。
[0014]1.基體樹脂材料性能
[0015]有機(jī)硅,英文名:silicone,即有機(jī)硅化合物,是指含有S1-O鍵、且至少有一個(gè)有機(jī)基是直接與硅原子相連的化合物。有機(jī)硅材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu):
[0016]I) Si原子上充足的甲基將高能量的聚硅氧烷主鏈屏蔽起來;
[0017]2)C_H無極性,使分子間相互作用力十分微弱;
[0018]3)S1-0鍵長較長,S1-O-Si鍵鍵角大。
[0019]4)S1-0鍵是具有50%離子鍵特征的共價(jià)鍵(共價(jià)鍵具有方向性,離子鍵無方向性)。
[0020]由于有機(jī)硅獨(dú)特的結(jié)構(gòu),兼?zhèn)淞藷o機(jī)材料與有機(jī)材料的性能,具有表面張力低、粘溫系數(shù)小、壓縮性尚、氣體滲透性尚等基本性質(zhì),并具有耐尚低溫、電氣絕緣、耐氧化穩(wěn)定性、耐候性、難燃、憎水、耐腐蝕、無毒無味以及生理惰性等優(yōu)異特性。特別是絕緣性,其介電損耗、耐電壓、耐電弧、耐電暈、體積電阻系數(shù)和表面電阻系數(shù)等均在絕緣材料中名列前茅,而且它們的電氣性能受溫度和頻率的影響很小。因此,它們是一種穩(wěn)定的電絕緣材料,并且具備優(yōu)異的拒水性,是一種可靠的電氣絕緣材料。
[0021]有機(jī)硅樹脂是高度交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚有機(jī)硅氧烷,通常是用甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的各種混合物,在有機(jī)溶劑如甲苯存在下,在較低溫度下加水分解,得到酸性水解物。水解的初始產(chǎn)物是環(huán)狀的、線型的和交聯(lián)聚合物的混合物,通常還含有相當(dāng)多的羥基。水解物經(jīng)水洗除去酸,中性的初縮聚體于空氣中熱氧化或在催化劑存在下進(jìn)一步縮聚,最后形成高度交聯(lián)的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。硅樹脂含有機(jī)基團(tuán)的數(shù)量即R/Si值是控制硅樹脂質(zhì)量的主要指標(biāo)之一,有機(jī)硅樹脂的固化性、漆膜柔韌性、硬度、耐熱性及耐熱開裂性等均與R/Si有關(guān)。一般線性硅油的R/Si略大于2,硅橡膠的R/Si接近于2,而硅樹脂的R/Si在1.0左右。1?/31值越小,硅樹脂的固化性能就越好,熱失重越小,漆膜堅(jiān)硬,但柔韌性降低,漆膜變脆,耐沖擊強(qiáng)度降低;R/Si值越大,硅樹脂就需要在高溫(200-250°C)下長時(shí)間烘烤或是借助于催干劑作用進(jìn)行固化,使柔韌性較好,漆膜硬度差,具有較好的抗沖擊強(qiáng)度。
[0022]此外,硅樹脂的性能還與有機(jī)基團(tuán)R的種類密切相關(guān),當(dāng)有機(jī)基為-CH3時(shí),可賦予硅樹脂熱穩(wěn)定性、憎水性、脫模性、耐電弧性;當(dāng)有機(jī)基為-C6H5時(shí),賦予硅樹脂氧化穩(wěn)定性,可提尚樹脂的熱穩(wěn)定性;當(dāng)有機(jī)基為-CH = CH2時(shí),可改善娃樹脂的固化性能并賦予偶聯(lián)性;當(dāng)有機(jī)基為苯基、乙基時(shí),可改善硅樹脂與有機(jī)物的共混性;當(dāng)有機(jī)基為-NH2(CH2)時(shí),可改進(jìn)聚合物的水溶性,同時(shí)賦予偶聯(lián)性;當(dāng)有機(jī)基為長鏈燒基時(shí),可提尚娃樹脂的憎水性。因此,可根據(jù)具體的性能要求選擇帶有不同基團(tuán)的硅氧烷單體來制備硅樹脂。
[0023]有機(jī)硅硅樹脂是一種熱固性的塑料,它最突出的性能之一是優(yōu)異的熱氧化穩(wěn)定性。250 0C加熱24小時(shí)后,硅樹脂失重僅為2?8 %。硅樹脂另一突出的性能是優(yōu)異的電絕緣性能,它在寬的溫度和頻率范圍內(nèi)均能保持其良好的絕緣性能。一般硅樹脂的電擊穿強(qiáng)度為50千伏/毫米,體積電阻率為1013?1015歐姆/厘米,介電常數(shù)為3,介電損耗角正切值在10-30左右。此外,硅樹脂還具有卓越的耐潮、防水、防銹、耐寒、耐臭氧和耐候性能,對絕大多數(shù)含水的化學(xué)試劑如稀礦物酸的耐腐蝕性能良好。耐候性是有機(jī)硅樹脂重要的特點(diǎn)之一,有機(jī)硅樹脂中的甲基硅氧烷對紫外光幾乎不吸收,含PhS1l.5或Ph2Si0鏈節(jié)的硅氧烷也僅吸收280nm以下的光線(包括少量紫外光),故太陽光照射對硅樹脂的影響較小,這正是硅樹脂涂料耐候性優(yōu)良的主因。
[0024]對于機(jī)械性能,可以通過調(diào)整樹脂分子結(jié)構(gòu)來進(jìn)行調(diào)整,當(dāng)三官能或四官能鏈節(jié)含量愈高,即交聯(lián)密度愈大時(shí),可以得到高硬度和低彈性的漆膜;引入大空間位阻的取代基,可以提高柔韌性及熱彈性。硅樹脂對鐵、鋁、銀、錫、玻璃及陶瓷等粘接性良好,但對銅的粘接性欠佳,特別是在高溫及長時(shí)間熱老化后,可能使銅別面的氧化薄膜有加速硅樹脂熱裂解反應(yīng)之故。硅脂對對有機(jī)材料如塑料、硅橡膠等的粘接性,主要取決于后者的表面能及與硅樹脂的相容性。表面能愈低及相容性愈差的材料越難粘接。通過對基材表面的處理(包括磨砂及打底),特別是在硅樹脂中引入增黏成分,可在一定程度上提高硅樹脂對難粘基材的粘接性。
[0025]2.感溫變色材料性能
[0026]可逆感溫變色材料是由電子轉(zhuǎn)移型有機(jī)化合物體系制備的。電子轉(zhuǎn)移型有機(jī)化合物是一類具有特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)的有機(jī)發(fā)色體系。在特定溫度下因電子轉(zhuǎn)移使該有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而實(shí)現(xiàn)顏色轉(zhuǎn)變。這種變色物質(zhì)不僅顏色鮮艷,而且可以實(shí)現(xiàn)從“有色到無色”和“無色到有色”狀態(tài)的顏色變化,這是重金屬復(fù)鹽絡(luò)合物型和液晶型可逆感溫變色物質(zhì)所不具備的。
[0027]微膠囊化的可逆感溫變色物質(zhì)稱為可逆感溫變色材料。這種材料的顆粒呈圓球狀,平均直徑為2?7微米。其內(nèi)部是變色物質(zhì),外部是一層厚約0.2?0.5微米既不能溶解也不會(huì)融化的透明外殼,正是它保護(hù)了變色物質(zhì)免受其他化學(xué)物質(zhì)的侵蝕。因此,在使用中避免破壞這層外殼是十分重要的。
[0028]熱敏變色材料的類型分為熱消色型及熱發(fā)色型,熱消色型在低溫時(shí)為有色狀態(tài),當(dāng)溫度升至設(shè)定值時(shí)顏色從有色變?yōu)闊o色。它的變色溫度可根據(jù)用戶需要在-20?80°C范圍內(nèi)設(shè)定。這類變色材料的品種最多,色譜齊全,是最常用的變色材料;熱發(fā)色型材料在低溫時(shí)為無色狀態(tài),當(dāng)溫度升至設(shè)定值時(shí)顏色從無色變?yōu)橛猩?。由于感溫變色材料本身是個(gè)不穩(wěn)定體系,因此其耐光性較差,在強(qiáng)烈陽光照射下暴曬很快會(huì)失效,因此目前只適用于室內(nèi)使用。
[0029]3.制備工藝
[0030]優(yōu)異的制備工藝是制作可逆溫變材料的重要保證。在實(shí)際應(yīng)用中,感溫變色絕緣材料是在電場、戶外等復(fù)雜條件下使用,因此其受到的腐蝕、老化是持續(xù)的,這就要求其具有良好的耐腐蝕、耐老化性能。同時(shí)其絕緣性能是必須得到保證的,因此對該材料制備需要良好的工藝保證其安全運(yùn)行。采用先進(jìn)涂料制備工藝制備感溫變色絕緣涂料,保證涂料在連接點(diǎn)、母線、母排、閘刀,粧頭等能夠均勻涂裝,保證涂料的附著力,絕緣性能好。
[0031]該項(xiàng)目實(shí)施的難點(diǎn)在于:
[0032]I)設(shè)計(jì)可視性的溫變絕緣護(hù)套材料成品形式
[0033]該種材料在正常溫度范圍內(nèi)為透明無色,可以清洗看到器件運(yùn)行狀況。當(dāng)溫度達(dá)到特定溫度時(shí),顏色由無色變?yōu)橛猩?,起到提醒作用,并且?dāng)溫度下降后顏色又能變?yōu)闊o色,具備可逆性。目前采用溫變材料在電工材料中應(yīng)用的實(shí)例不多,因此設(shè)計(jì)出能夠方便使用的材料形式很重要。絕緣護(hù)套一般采用硅橡膠及PVC塑料,這兩種材料的成型工藝均需要高溫及較大的壓力,由于微膠囊化溫變粒子在高溫及較大壓力過程中會(huì)破壞保護(hù)外殼,因此不得選用高溫高壓工藝制作的成型模式。據(jù)此我們選擇涂料工藝來制備溫變絕緣涂料進(jìn)行研究,制作出的涂料要求能夠完美涂裝在器件表面,不起泡不起皮,與器件表面貼合緊密附著力強(qiáng),并且能夠及時(shí)準(zhǔn)確根據(jù)溫度變化而顏色變化,保護(hù)溫變粒子不受破壞。
[0034]2)選擇可視性的溫變絕緣護(hù)套材料樹脂類型
[0035]能夠制作成涂料的樹脂有很多,如有機(jī)硅樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂等。根據(jù)電工材料的特點(diǎn),需要具備絕緣性好、耐腐蝕、耐老化、耐磨并具有一定韌性的材料。我們選擇有機(jī)硅材料作為涂料的基體材料。有機(jī)硅樹脂是高度交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚有機(jī)硅氧烷,具有優(yōu)異的附著力與耐腐蝕性能,能夠快速反應(yīng),韌性好,絕緣性佳。變壓器等配電期間安置在戶外環(huán)境,因此需要考量其耐老化性能。
[0036]3)老化環(huán)境模擬及實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)
[0037]研究設(shè)計(jì)材料的壽命分析,以及在運(yùn)行環(huán)境中的老化情況。該研究內(nèi)容難點(diǎn)在于,需要全面地模擬運(yùn)行環(huán)境中各項(xiàng)影響因素,包括電磁場、應(yīng)力應(yīng)變、溫濕條件等,并進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。同時(shí)對材料進(jìn)行加速老化,實(shí)現(xiàn)全周期使用壽命的計(jì)算和評估,其科學(xué)性也有待反復(fù)論證。確??赡鏈刈儾牧系氖褂梅€(wěn)定性及壽命,保證溫變數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,提升材料的使用安全。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電力產(chǎn)品絕緣層變色測溫方法,其特征在于:包括下述順序進(jìn)行的步驟: 第一步、將甲基三氯硅烷與二甲基二氯硅烷混合,加入混入增黏劑、有機(jī)溶劑和水,得到酸性水解物,經(jīng)水洗除去酸,得到中性的初縮聚體,在催化劑下進(jìn)一步縮聚成有機(jī)硅硅樹月旨; 第二步、將可逆感溫變色材料與有機(jī)硅硅樹脂混合,將可逆感溫變色材料加入有機(jī)硅硅樹脂,攪拌后,加入引發(fā)劑或固化劑,最后加入可逆感溫變色材料,在160°c?200°C溫度下經(jīng)過澆鑄、模壓、固化成型為油墨基材; 第三步、在電力產(chǎn)品的表面涂覆可逆感溫變色材料。
【文檔編號】G01K11/16GK105925180SQ201610367099
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】龔衛(wèi)兵
【申請人】龔衛(wèi)兵