一種環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于絕緣材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種納米復(fù)合絕緣材料及其制備方法，具體涉及一種環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國特高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，聚合物絕緣材料在直流電場下的電氣性能已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。在高壓直流電場作用下，自由電荷可能聚集在聚合物絕緣材料表面或內(nèi)部，形成表面電荷或空間電荷。由于聚合物絕緣材料通常具有非常低的電導(dǎo)率，形成的表面電荷或空間電荷很難消散便會(huì)長時(shí)間存在于聚合物絕緣材料表面或內(nèi)部。積聚的表面電荷或空間電荷會(huì)誘發(fā)電場畸變，造成聚合物絕緣材料表面或內(nèi)部局部電場集中，可能引發(fā)沿面放電或擊穿。因此，解決聚合物絕緣材料的表面或空間電荷積聚對于緩和特高壓直流設(shè)備的局部電場強(qiáng)度，提高設(shè)備使用壽命，降低設(shè)備設(shè)計(jì)和制造成本有著重要的工程意義。
[0003]聚合物絕緣材料的改性技術(shù)是實(shí)現(xiàn)抑制或消散聚合物絕緣材料的表面或空間電荷積聚的途徑之一。通過在聚烯烴、硅橡膠等聚合物絕緣材料中添加納米氧化鎂、納米氧化鋁等無機(jī)填料，復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的絕緣性能，可以抑制聚合物絕緣材料的表面或空間電荷積聚。此外，通過在聚烯烴、硅橡膠等聚合物中摻雜碳化硅、氧化鋅等無機(jī)半導(dǎo)體填料可以制得一種非線性自適應(yīng)絕緣材料。這種復(fù)合材料的電導(dǎo)率隨外加電場的變化而變化，在低電場強(qiáng)度下表現(xiàn)為良好的絕緣性能，但在高電場強(qiáng)度下呈現(xiàn)出高導(dǎo)電性，使得絕緣材料表面或內(nèi)部積聚的電荷消散，當(dāng)電荷消散后，又表現(xiàn)為良好的絕緣性能，適合應(yīng)用于直流高壓電氣絕緣設(shè)備或部件。
[0004]環(huán)氧樹脂具有優(yōu)異的電氣性能、機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)穩(wěn)定性能、成本低廉和制造工藝簡單等特性，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各交、直流電壓等級的套管、盆式絕緣子等電氣絕緣設(shè)備或部件中，其電氣性能的好壞直接關(guān)系到這些電氣絕緣設(shè)備或部件的安全?，F(xiàn)有的環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)絕緣材料主要是由環(huán)氧樹脂和微米無機(jī)半導(dǎo)體填料共混制得的。但是，在環(huán)氧樹脂中摻雜納米碳化娃、納米氧化鋅等無機(jī)納米半導(dǎo)體填料時(shí)，容易出現(xiàn)納米填料分散不均勻、沉淀和復(fù)合材料脆性大等問題，因此限制了環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米絕緣材料的生產(chǎn)和實(shí)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決無機(jī)納米半導(dǎo)體填料在環(huán)氧樹脂分散不均勻、沉淀和復(fù)合材料脆性大等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料及其制備方法。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]—種環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料，其特征在于，以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，由100份環(huán)氧樹脂、0.5?50份納米碳化硅或0.5?50份納米氧化鋅、75?85份固化劑、10?30份增韌劑、0.0I?2份硅烷偶聯(lián)劑、0.5?1.3份促進(jìn)劑及0.6?1.3份防沉劑制成。
[0008]以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，由100份環(huán)氧樹脂、I?40份納米碳化硅、78?82份固化劑、12?25份增韌劑、0.015?1.2份硅烷偶聯(lián)劑、0.7?1.1份促進(jìn)劑和0.8?1.1份防沉劑制成。
[0009]以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，由100份環(huán)氧樹脂、I?40份納米氧化鋅、78?82份固化劑、12?25份增韌劑、0.015?1.2份硅烷偶聯(lián)劑、0.7?1.1份促進(jìn)劑和0.9?1.2份防沉劑制成。
[0010 ] 所述環(huán)氧樹脂為液體環(huán)氧樹脂，納米碳化娃的粒徑為1?I OOnm，納米氧化鋅的粒徑為10?lOOnm。
[0011]所述固化劑為液態(tài)甲基苯酐。
[0012]所述增韌劑為CMP-410環(huán)氧樹脂活性增韌劑，促進(jìn)劑為2，4，6_三(二甲氨基甲基)
苯酚，防沉劑為氣相二氧化硅。
[0013]本發(fā)明還公開了一種環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料的制備方法，包括以下步驟:
[0014]I)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，取100份環(huán)氧樹脂、75?85份固化劑、10?30份增韌劑、0.01?2份硅烷偶聯(lián)劑、0.5?1.3份促進(jìn)劑、0.6?1.3份防沉劑、0.5?50份納米碳化硅或0.5?50份納米氧化鋅；
[0015]2)將硅烷偶聯(lián)劑溶解于至10?30份丙酮中，在20?30°C水浴中超聲分散5?10分鐘，制得硅烷偶聯(lián)劑丙酮溶液；
[0016]3)將納米碳化硅或納米氧化鋅與步驟2)制得的硅烷偶聯(lián)劑丙酮溶液進(jìn)行混合，在20?30 °C水浴中超聲分散10?20分鐘，制得第一混合液；
[0017]4)將環(huán)氧樹脂和防沉劑加入到第一混合液中，在55?65°C水浴中，利用超聲振動(dòng)和電動(dòng)攪拌聯(lián)合分散50?70分鐘，再在55?65 °C油浴中電動(dòng)攪拌60?120分鐘，去除殘余丙酮，制得第二混合液；
[0018]5)在第二混合液中加入固化劑、促進(jìn)劑和增韌劑得到第三混合液，將第三混合液在55?65°C的油浴中電動(dòng)攪拌30?50分鐘，再真空脫氣20?40分鐘；
[0019]6)將經(jīng)脫氣處理后的第三混合溶液，注入模具中，于恒溫下固化，固化完成后，冷卻至室溫，從模具中取出，制得環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料。
[0020 ] 所述環(huán)氧樹脂為液體環(huán)氧樹脂，納米碳化娃的粒徑為1?I OOnm，納米氧化鋅的粒徑為10?10nm;所述固化劑為液態(tài)甲基苯酐;所述增韌劑為CMP-410環(huán)氧樹脂活性增韌劑，促進(jìn)劑為2，4，6_三(二甲氨基甲基)苯酚，防沉劑為氣相二氧化硅。
[0021 ] 步驟6)所述的固化，是先在80 °C下固化3.5?4.5小時(shí)，再在120 °C下固化7.5?8.5小時(shí)。
[0022]步驟6)所用的模具為經(jīng)脫模劑處理過的模具。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0024]本發(fā)明公開的環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料，在復(fù)合材料中添加增韌劑，能夠降低復(fù)合材料的脆性;添加促進(jìn)劑，能夠加速復(fù)合材料的交聯(lián)反應(yīng)過程;添加硅烷偶聯(lián)劑，能夠提高納米填料與聚合物基體間的作用強(qiáng)度及其在基體中的均勻分散度;添加防沉劑，可以防止復(fù)合材料中納米填料的沉淀。因此，本發(fā)明的納米復(fù)合絕緣材料能夠有效解決現(xiàn)有技術(shù)中納米碳化硅、納米氧化鋅等無機(jī)納米半導(dǎo)體填料在環(huán)氧樹脂分散不均勻、沉淀和復(fù)合材料脆性大等問題。該復(fù)合絕緣材料的非線性電導(dǎo)性能優(yōu)異，無沉淀，脆性小，加工性能，適用于制備直流高壓復(fù)合絕緣設(shè)備或部件。
[0025]本發(fā)明公開的環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料的制備方法，工藝操作簡單，對設(shè)備要求低，環(huán)境友好。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料的制備工藝流程圖；
[0027]圖2是本發(fā)明環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料的實(shí)施例1的電流密度與電場強(qiáng)度關(guān)系圖；
[0028]圖3是本發(fā)明環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料的實(shí)施例2的電流密度與電場強(qiáng)度關(guān)系圖；
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0030]實(shí)施例1
[0031 ]本實(shí)施方式環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料，按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)，由100份環(huán)氧樹脂、22份納米碳化硅、80份固化劑、15份增韌劑、0.67份硅烷偶聯(lián)劑、I份促進(jìn)劑和0.8份防沉劑制成。
[0032]其中，環(huán)氧樹脂為E51型環(huán)氧樹脂、納米碳化硅的粒徑為40nm、固化劑為液態(tài)甲基四氫苯酐、增韌劑為CMP-410環(huán)氧樹脂活性增韌劑、促進(jìn)劑為2，4，6_三(二甲氨基甲基)苯酚、防沉劑為氣相二氧化娃A380。
[0033]本實(shí)施例環(huán)氧樹脂基非線性自適應(yīng)納米復(fù)合絕緣材料制備的具體步驟為:
[0034](a)將硅烷偶聯(lián)劑添加到適量的丙酮溶液中，在25°C水浴中超聲分散5分鐘制得硅烷偶聯(lián)劑丙酮溶液；
[0035](b)將納米碳化硅與硅烷偶聯(lián)劑丙酮溶液進(jìn)行混合