一种gis用微纳米结构环氧复合绝缘材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于绝缘材料领域，涉及一种环氧树脂复合材料的制备方法，具体涉及一种GIS用微纳米结构环氧复合绝缘材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]环氧树脂是一种具有优秀的力学、绝缘和粘结性能的热固性树脂，广泛应用于电器电子材料封装、涂料、粘结剂、电器电子开关和电力设备等制造业和高科技领域中。尤其是在电力设备方面，随着环氧材料在GIS固体绝缘中的广泛应用，对环氧复合材料的热稳定性、交流击穿特性等性能提出了越来越高的要求。将纳米填料(A1203、S12, T12, MgO、ZnO、蒙脱土等)与聚合物基体通过化学改性方法处理后制成的填充型聚合物复合材料能有效提高基体聚合物的电、热和机械性能。然而，微纳米填料的分散问题，制约了微纳米环氧树脂复合材料的进一步发展。由于微纳米填料存在比表面积大、表面活性能高的问题，这就容易产生团聚现象，尤其在高填料含量下表现的最为明显。团聚现象的存在直接导致微纳米复合材料的击穿性能和介电性能受到影响，因此，高效解决微纳米团聚并简化制样步骤提高复合材料的性能是研宄的热点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种GIS用微纳米结构环氧复合绝缘材料的制备方法，该方法通过在环氧树脂中加入改性后的纳米Al2O3及微米Al 203，能够增强整个复合绝缘材料的性能。
[0004]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0005]一种GIS用微纳米结构环氧复合绝缘材料的制备方法，包括以下步骤:
[0006]I)填料粒子的改性及分散
[0007]将纳米Al2O3或T1 2粒子加入酸酐类固化剂中，然后加入硅烷偶联剂，混合均匀后在0°C的冰浴中进行超声分散，再加入环氧树脂、微米Al2O3和促进剂，分散均匀，得到悬浊液；其中酸酐类固化剂的质量为环氧树脂质量的80?86%，促进剂的质量为环氧树脂质量的I?2%，微米Al2O3的质量为悬浊液质量的60?65%，纳米Al 203或T1 2粒子的质量为悬浊液质量的I?5%，硅烷偶联剂的质量为纳米Al2O3或T12粒子质量的2?3% ;
[0008]2)环氧复合绝缘材料的制备
[0009]将步骤I)得到的悬浊液放入真空干燥箱内，进行第一次真空脱气，然后将脱气后的悬浊液浇注到涂有脱模剂的模具内，再将模具放入真空干燥箱内进行第二次真空脱气，最后进行固化，固化过程分两步，首先在100?120°C下固化2?4h，然后在120?180°C下固化10?15h，固化完成后冷却、脱模，即得到GIS用微纳米结构环氧复合绝缘材料。
[0010]所述的酸酐类固化剂为甲基四氢苯酐，促进剂为二甲基苄胺，硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷(牌号为KH550)，环氧树脂为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂。
[0011]所述步骤I)中的分散均匀具体是用自转公转搅拌机先在500?1000r/min的转速下旋转10?15min，再在1000?2000r/min的转速下旋转5?lOmin。
[0012]所述步骤I)中的超声功率为400?600W，每次的超声时间为I?2s、超声间隙为I?2s，整个超声过程持续30?60min。
[0013]所述步骤2)中第一次真空脱气时的温度为40?60°C，压力为低于133Pa，时间为30?60min ;第二次真空脱气时的温度为60?80°C，压力为低于133Pa，时间为60?120mino
[0014]相对于现有技术，本发明的有益效果为:
[0015]本发明提供的GIS用微纳米结构环氧复合绝缘材料的制备方法，能够克服现有技术中微纳米粒子团聚所产生的对环氧树脂击穿性能和介电性能的影响，该方法以绝缘、热学、力学性能优异且广泛应用于工业领域中环氧树脂为基体，以综合性能好的微米Al2O3和纳米Al2O3或T1 2粒子为复合填料，并通过在纳米Al 203和纳米T1 2表面经偶联改性引入硅氧键，使得无机Al2O3和T12粒子与有机环氧树脂间形成化学结合，同时提高了 Al 203和T12在环氧树脂中的分散性能。根据该方法制得的GIS用微纳米结构环氧复合绝缘材料具有优异的热稳定性、击穿性能和介电性能，其热分解起始温度、击穿场强、及宽频介电常数均优于传统的微米/环氧树脂复合材料。
【附图说明】
[0016]图1为环氧复合绝缘材料的TGA热重分析曲线图；
[0017]图2为环氧复合绝缘材料的差示扫描量热曲线图；
[0018]图3为环氧复合绝缘材料的交流击穿强度威布尔分布图；
[0019]图4为环氧复合绝缘材料的介电常数宽频介电频谱图；
[0020]其中，图1-4中BER表示纯环氧树脂，MC表示在环氧树脂中填充微米A1203(占绝缘材料的65wt% )得到的环氧复合绝缘材料，NCl表示在环氧树脂中填充纳米Al2O3 (占绝缘材料的5wt% )得到的环氧复合绝缘材料，NC2表示在环氧树脂中填充纳米T12(占绝缘材料的5wt% )得到的环氧复合绝缘材料，NMMCl表示本发明实施例1制得的环氧复合绝缘材料，NMMC2表示本发明实施例2制得的环氧复合绝缘材料。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0022]实施例1
[0023]I)填料粒子的改性及分散
[0024]将纳米Al2O3粒子加入酸酐类固化剂甲基四氢苯酐(MeTHPA)中，再加入硅烷偶联剂KH550，先用玻璃棒搅拌均匀，然后使用自转公转搅拌机，先在1000r/min的转速下旋转1min,然后在2000r/min的转速下旋转5min，分散得到混合物。将得到的混合物在0°C的冰浴条件下进行超声分散，超声分散的总时间是45min，其中，超声时间ls，超声间隙ls，超声功率500W。此时，纳米Al2O3粒子被均匀的分散开，得到分散均匀的混合物。
[0025]向上述分散均匀的混合物中加入双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂、微米Al2O3和促进剂二甲基苄胺(BDMA)，先用玻璃棒进行搅拌，之后运用自转公转搅拌机，先在lOOOr/min的转速下旋转lOmin，然后在2000r/min的转速下旋转5min。此时，微米Al2O3粒子和纳米Al2O3粒子共同均匀分散在双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂中，得到悬浊液。
[0026]其中酸酐类固化剂甲基四氢苯酐的质量为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂质量的86 %，促进剂二甲基苄胺的质量为双酚A型缩水甘油醚类环氧树脂质量的I %，微米Al2O3的质量为悬浊液质量的63%，纳米Al2O3粒子的质量为悬浊液质量的2%，硅烷偶联剂KH550的质量为纳米Al2O3粒子质量的2%。
[0027]2)复合绝缘材料的制备
[0028]将上述得到的悬浊液放入真空干燥箱内，调节温度至50°C，压力为低于133Pa，真空脱气60min。与此同时，对不锈钢金属模具涂脱模剂，并在50°C下对涂好脱模剂的不锈钢金属模具加热15min，取出后再次涂脱模剂后加热，如此反复三次。把脱气后的悬浊液浇注进已经进行过脱模剂处理的不锈钢模具内。之后将模具放入真空干燥箱内，在60°C的温度及低于133Pa的压力下继续真空脱气60min。最后进行固化:先在100°C下固化2h，再在150°C下固化12h。固化完成后冷却、脱模，即得到GIS用微纳米结构环氧复合绝缘材料，具体为填料含量63wt%微米Al203-2wt%纳米Al2O3/环氧树脂复合绝缘材料。
[0029]实施例2
[0030]I)填料粒子的改性及分散
[0031]将纳米1102粒子加入酸酐类固化剂甲基四氢苯酐(MeTHPA)中，再加入硅烷偶联剂KH550，先用玻璃棒搅拌均匀，然后使用自转公转搅拌机，先在1000r/min的转速下旋转1min,然后在2000r/min的转速下旋转5min，分散得到混合物。将得到的混合物在0°C的冰浴条件下进行超声分散，超声分散的总时间是45min，其中，超声时间ls，