一种微放电缺陷光致自修复的电气绝缘层材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种微放电缺陷光致自修复的电气绝缘层材料的制备方法，属于电气设备技术领域。
【背景技术】
[0002]聚乙烯、硅橡胶、环氧树脂等有机物及其复合材料广泛应用于电气绝缘中，在使用过程中，伴随着长期老化其内部不可避免地会产生以电树和水树为代表的微放电缺陷，这些微缺陷进一步发展将导致材料绝缘破坏，引起绝缘失效和设备故障。因此，如果能够使高分子材料具有自修复的功能，在缺陷发展初期对缺陷进行修复，即可解决上述问题，显著延长绝缘介质的使用寿命，提高产品的安全性。
[0003]针对电缆中的微放电缺陷特别是水树缺陷，早期的修复技术主要采用干燥N2、憎水性化合物和硅氧烷三种材料作为修复介质对绝缘强度下降的电缆进行人为修复以延长电缆的使用寿命。该方法由于需要大量的人工干预、资源消耗大、效果不佳且对电树缺陷效果不明显等原因并未得到广泛应用。
[0004]2001年，采用微胶囊对树脂基复合材料进行自修复的概念被首次提出，该方法在复合材料中埋入装有修复液体的微胶囊，当材料中产生微缺陷时，缺陷扩展会导致微胶囊破裂释放出修复液体与预埋在基体中的催化剂接触而发生交联聚合反应修补缺陷面，从而达到阻止并修复缺陷的目的。从原理上，可以将自修复材料分为两类:(1)本征自修复，即本地材料被破坏后，通过热扩散和化学反应达到修复的目的；(2)非本征自修复，即本地材料被破坏后，通过外部材料的输运和化学反应达到自修复的目的。由于微放电缺陷伴随着材料化学性能的破坏，因此本地材料原有的自修复性能也随之被破坏，本征自修复从原理上就无法适用于微放电缺陷自修复。非本征自修复通过外部材料的输运来达到自修复的目的，有效解决了上述问题，更适用于微放电缺陷自修复。然而，目前的非本征自修复体系多为双组分的微胶囊体系，该体系结构复杂，需要将修复剂和催化剂分别储存和分散在聚合物中，在发生微放电缺陷时很难保证修复剂在失效前能够与催化剂相接触并完成自修复。
[0005]本申请人提出了一种微放电缺陷自修复的电气绝缘层材料的制备方法，申请号为201410558882.3，该方法采用单组分的微胶囊与基体中的活性官能团反应达到微放电缺陷自修复的目的。然而，该技术仍然有一些问题:(a)基体中，环氧树脂和固化剂的比例为过当量，而固化剂的过量会导致材料整体性能的下降；(b)游离于基体中的活性官能团具有较高的反应活性，不利于基体材料长期绝缘性能的保持。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种微放电缺陷光致自修复的电气绝缘层材料的制备方法，利用皮克林乳液聚合工艺，制备了具有紫外光屏蔽壳并包覆了液态光敏修复剂的微胶囊，该液态修复剂在微放电缺陷导致微胶囊破裂后能够通过毛细作用进入缺陷中，并在紫外光的作用下发生固化反应，最终达到自修复的目的。
[0007]本发明提出的适用于微放电缺陷光致自修复的电气绝缘层材料的制备方法，包括以下步骤:
[0008](I)将光敏树脂、光敏树脂活性稀释剂和光引发剂均匀混合得到混合物，所述的光敏树脂在混合物中的质量百分比为55%?85%，所述的光敏树脂活性稀释剂在混合物中的质量百分比为10%?40%，所述的光引发剂在混合物中的质量百分比为3% -5% ;将表面改性的纳米二氧化钛采用超声处理器分散在去离子水中，得到第一溶液，所述的纳米二氧化钛的质量百分比浓度为0.5%?2%;向上述第一溶液中加入聚乙烯醇，得到第二溶液，所述聚乙烯醇的质量百分比浓度为0.05%?0.1%;向上述第二溶液中加入上述混合物，以1000-2500r/min的转速进行搅拌乳化，搅拌时间为20min?40min，形成均匀分散的水包油芯材乳液，所述混合物的加入量为第二溶液质量的10?30% ；
[0009](2)将尿素和甲醛按摩尔比1:2配置成溶液，该溶液在70°C、PH = 8?9的碱性条件下磁力搅拌反应I小时，形成水溶性的一羟甲脲和二羟甲脲的预聚物，向上述预聚物中加入稀盐酸调节PH值至7，得到第三溶液；将第三溶液加入到步骤(I)的水包油芯材乳液中，并加入固化剂间二苯酚和PH值调节剂氯化铵，采用质量分数为I %?2 %的稀盐酸调节溶液PH值至3-4，在50 °C?60°C下反应2?3小时后，去除未反应的芯材和壁材，冷却、洗涤、过筛，自然干燥得到微胶囊；所述的预聚物与芯材的质量比为1: (2?I)，固化剂的加入量为预聚物的5%?10%，PH值调节剂的加入量为预聚物的5%?10% ；
[0010](3)将步骤⑵得到的微胶囊加入到环氧树脂基体中，在300?500r/min的转速下分散10?30min，然后加入固化剂，再在500r/min的转速下搅拌5min，真空除气后在磨具中注塑成型，得到微放电缺陷自修复的电气绝缘层材料，所述的微胶囊在环氧树脂基体中的质量百分比为5%?20%，所述的固化剂的加入量与基体环氧树脂化学计量比为等当量。
[0011]本发明提出的适用于微放电缺陷光致自修复的电气绝缘层材料的制备方法，其优点是:
[0012](I)本发明方法制备的电气绝缘层材料，由于其中微胶囊制备方法的独特性，具有紫外屏蔽功能的壳材料能够有效的保护胶囊内的光敏修复剂不被紫外固化，保证了在紫外固化微放电缺陷的同时不影响微胶囊内修复液的修复特性，从而保证了该方法的可持续修复特性。
[0013](2)本发明方法制备的电气绝缘层材料复合材料，由于采用了与环氧树脂兼容的光敏树脂，无需在环氧树脂基材中引入过量的活性基团，对基体的影响较小，因而保证了电气绝缘层材料的绝缘强度，更加适用于对基体绝缘性能要求高的场合。
【具体实施方式】
[0014]本发明提出的微放电缺陷光致自修复的电气绝缘层材料的制备方法，包括以下步骤:
[0015](I)将光敏树脂、光敏树脂活性稀释剂和光引发剂均匀混合得到混合物，所述的光敏树脂在混合物中的质量百分比为55%?85%，所述的光敏树脂活性稀释剂在混合物中的质量百分比为10%?40%，所述的光引发剂在混合物中的质量百分比为3% -5% ;将表面改性的纳米二氧化钛采用超声处理器分散在去离子水中，得到第一溶液，所述的纳米二氧化钛的质量百分比浓度为0.5%?2%;向上述第一溶液中加入聚乙烯醇，得到第二溶液，所述聚乙烯醇的质量百分比浓度为0.05%?0.1%;向上述第二溶液中加入上述混合物，以1000-2500r/min的转速进行搅拌乳化，搅拌时间为20min?40min，形成均匀分散的水包油芯材乳液，所述混合物的加入量为第二溶液质量的10?30% ；
[0016](2)将尿素和甲醛按摩尔比1:2配置成溶液，该溶液在70°C、PH = 8?9的碱性条件下磁力搅拌反应I小时，形成水溶性的一羟甲脲和二羟甲脲的预聚物，向上述预聚物中加入稀盐酸调节PH值至7，得到第三溶液；将第三溶液加入到步骤(I)的水包油芯材乳液中，并加入固化剂间二苯酚和PH值调节剂氯化铵，采用质量分数为I %?2 %的稀盐酸调节溶液PH值至3-4，在50 °C?60°C下反应2?3小时后，去除未反应的芯材和壁材，冷却、洗涤、过筛，自然干燥得到微胶囊；所述的预聚物与芯材的质量比为1: (2?I)，固化剂的加入量为预聚物的5%?10%，PH值调节剂的加入量为预聚物的5%?10% ；
[0017](3)将步骤⑵得到的微胶囊加入到环氧树脂基体中，在300?500r/min的转速下分散10?30min，然后加入固化剂，再在500r/min的转速下搅拌5min，真空除气后在磨具中注塑成型，得到微放电缺陷自修复的电气绝缘层材料，所述的微胶囊在环氧树脂基体中的质量百分比为5%?20%，所述的固化剂的加入量与基体环氧树脂化学计量比为等当量。
[0018]上述制备方法，表面改性的纳米二氧化钛为油性纳米二氧化钛，与水的接触角在130°?160°，纳米颗粒的颗粒直径在20?lOOnm。
[0019]上述制备方法中的环氧树脂，为具有良好电气绝缘性能的环氧树脂，具体为双酚A型环氧树脂E?51、EPON 828或E?44。