一种特高压耐热绝缘材料及其制备方法

文档序号:9574620阅读:1283来源:国知局
一种特高压耐热绝缘材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力设备技术领域,具体设及一种特高压耐热绝缘材料及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 近年来,我国电力事业发展迅速,电网系统运行电压等级不断提高,网络规模逐步 扩大。超高或特高压输电网络是国家电网正在全力打造的智能电网的骨架和核屯、,建设特 高压输电网络能够大幅度提升我国电网的输送能力,降低长距离电力输送损耗,但是更高 的电压等级及直流输电对广泛应用于电气设备的绝缘材料的安全可靠性提出了重大挑战。
[0003] 高性能绝缘材料是构成高压、特高压输变电设备和网路的技术核屯、与关键,其电 气性能的高低与稳定直接关系到了整个输电网络的电压等级与安全。因此,研制高性能绝 缘材料,对建设安全可靠、稳定高效的直流超高压输变网络、提升我国输电水平和节省资源 具有重要意义。
[0004] 特高压电网中核屯、设备主要是环氧树脂基材料,环氧树脂属于中等极性高聚物, 其大分子末端有环氧基,键中间有径基和酸键,在固化过程中还会继续产生径基和酸键,因 此在外加电场时会产生感应电荷,导致环氧树脂的体积电阻率较非极性的聚合物有一定差 距。目前,挂网运行的环氧树脂绝缘材料体积电阻率偏低,特别在直流高压下,电荷长期积 聚造成表面闪络,是特高压电网安全的最大隐患之一。由于空间电荷分布不均匀会造成绝 缘材料的崎变,影响其绝缘程度W及加速材料的老化,因此研制特高压绝缘材料的关键是 抑制材料中的空间电荷分布。传统上用微米颗粒来改善环氧基复合材料的介电击穿性能, 常使用铁酸领增加介电性能,使用云母、黏±等微米颗粒提高击穿性能,但使用微米级的无 机氧化物来改善介电和击穿性能存在一些不足,需要提高颗粒含量才能改善复合材料的介 电和击穿性能,达不到轻量化的应用要求。另外更高的电压等级对绝缘材料的耐热性能也 提出了新的要求。 阳0化]发明专利CN103242643A公开了一种超高压直流电缆绝缘材料及其制备方法,组 分及其含量为:聚苯酸树脂20~60重量份,弹性体25~40重量份,相容剂0~5重量份,抗氧剂 0.1~1重量份,离子液体修饰的无机纳米粒子0. 5~5重量份,交联剂0.1~5重量份。本发明 制备的绝缘材料柔初性好、机械性能优良,并且可W有效提高超高压直流电缆的力学性能 和电气性能,但是该发明制备过程复杂,不利于大规模生产。发明专利CN101445627A公开 了一种高压直流电缆绝缘材料及其制备方法,该发明采用的技术方案是,将100重量份的 低密度聚乙締,0.1~1重量份的抗氧剂,0. 5~5重量份的马来酸酢,放入密炼机中混炼,然后 再加入0. 1~5重量份的交联剂混炼10~15分钟,得到高压直流电缆绝缘材料,该发明制备的 绝缘材料可W有效提高高压直流电缆的力学性能和电气性能,但是该发明不能很好的提高 材料的耐热性能和抗老化性能。

【发明内容】

[0006] 本发明所要解决的技术问题是,针对现有技术的不足,提供一种抑制空间电荷分 布、提高材料抗老化性能的特高压耐热绝缘材料及其制备方法。
[0007] 为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是: 一种特高压耐热绝缘材料,包含的组分及其含量为:环氧树脂80~100重量份,聚四氣 乙締15-30重量份,纳米二氧化娃2~6重量份,铁酸下醋0. 1~1重量份,蒸馈水10-50重量 份,纳米碳化娃、纳米氮化棚和纳米二氧化铁混合物2~10重量份,稀释剂5~15重量份,相容 剂2~5重量份,抗氧剂0.2~2重量份,交联剂2~8重量份。
[0008] 优选的,所述聚四氣乙締为聚四氣乙締微粉,粒径为0. 5~5μm。
[0009] 优选的,所述纳米碳化娃、纳米氮化棚和纳米二氧化铁混合物的粒径为30~60nm, 所述纳米碳化娃:纳米氮化棚:纳米二氧化铁的质量比为3:5:2。
[0010] 优选的,所述稀释剂为丙酬、下酬或乙酸乙醋中的一种。
[0011] 优选的,所述相容剂为马来酸酢接枝聚乙締或马来酸酢接枝聚丙締。
[0012] 优选的,所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂300、抗氧剂BBM、抗氧剂1076、抗氧剂 264或抗氧剂CA中的一种。
[0013] 优选的,所述交联剂为过氧化二苯甲酯、Ξ締丙基异Ξ聚氯酸醋、二亚乙基Ξ胺或 过氧化二异丙苯中的一种。
[0014] 本发明还提供了上述特高压耐热绝缘材料的制备方法,包括W下步骤: 1) 将0. 1~1重量份铁酸下醋加入10-50重量份蒸馈水中,置于磁力揽拌器中,在 20~40°C条件下揽拌20~40min,然后加入2~6重量份纳米二氧化娃,超声波处理,过滤,然后 在50~60°C下干燥,得到表面改性的纳米二氧化娃; 2) 将步骤1)得到的表面改性的纳米二氧化娃与80~100重量份环氧树脂依次加入到 转矩流变仪中,在140~180°C下混合20~40min,得到纳米二氧化娃改性环氧树脂; 3) 将步骤2)得到的纳米二氧化娃改性环氧树脂,15~30重量份聚四氣乙締,2~10重 量份纳米碳化娃、纳米氮化棚和纳米二氧化铁混合物,2~5重量份相容剂放入密炼机中混炼 20~30min,混炼溫度为140~180°C,得到混合物料; 4) 在步骤3)得到的混合物料中依次加入5~15重量份稀释剂、0. 2~2重量份抗氧剂、 2~8重量份交联剂,在密炼机中混炼10~20min,混炼溫度为140~180°C,得到混炼物; 5) 将步骤4)得到的混炼物烙融挤出造粒,溫度为220~260°C,得到所述特高压耐热绝 缘材料。
[0015] 优选的,所述步骤1)中超声处理工艺为:超声频率15~25曲Z,功率300~500W,时间 20~30min,重复3次,每次间隔5~lOmin。
[0016] 与现有技术相比,本发明的有益效果是: 1、纳米二氧化娃通过表面改性,与环氧树脂的相容性更好,增加了纳米二氧化娃在有 机体中的分散性。采用纳米二氧化娃改性环氧树脂,可W有效提高材料的击穿强度,增初环 氧树脂,降低其对裂纹的敏感性,增加尺寸稳定性,减少应力开裂的趋势,最终增强其耐压 性能。
[0017] 2、聚四氣乙締乙締微粉的添加可W显著降低环氧树脂复合材料的介电常数、介质 损耗和吸水率,同时也提高了复合材料的热分解溫度。
[0018] 3、采用无机纳米复合技术能够大幅度提高环氧树脂的体积电阻率,减少表面电荷 积聚、优化电场分布、避免沿面闪络,同时提高环氧材料绝缘、力学及热学等综合性能。纳米 复合材料的局部放电W及耐压性能具有明显优势,纳米复合材料还具有显著的协同效应, 可综合发挥各组分的协同效能。
[0019] 4、本发明通过各种材料的有机结合,制备得到的特高压耐热绝缘材料,能够抑制 电缆绝缘材料中的空间电荷积聚,具有良好的机械性能、电气性能和热性能,物理性能好, 综合性能优异。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合【具体实施方式】对本发明做进一步的阐述。
[0021] 一种特高压耐热绝缘材料,包含的组分及其含量为:环氧树脂80~100重量份,聚 四氣乙締15-30重量份,纳米二氧化娃2~6重量份,铁酸下醋0. 1~1重量份,蒸馈水10~50 重量份,纳米碳化娃、纳米氮化棚和纳米二氧化铁混合物2~10重量份,稀释剂5~15重量份, 相容剂2~5重量份,抗氧剂0.2~2重量份,交联剂2~8重量份。
[0022] 所述环氧树脂为Η阳55型环氧树脂。
[002引所述聚四氣乙締为聚四氣乙締微粉,粒径为0.5~5μπι,聚四氣乙締具有优异的微 波性能、化学稳定性和力学性能,添加聚四氣乙締乙締微粉可W显著降低环氧树脂复合材 料的介电常数、介质损耗和吸水率,同时也提高了复合材料的热分解溫度,采用聚四氣乙締 微粉,可W增加比表面积,减少用量。
[0024] 所述纳米碳化娃、纳米氮化棚和纳米二氧化铁混合物的粒径为30~60皿,所述纳米 碳化娃:纳米氮化棚:纳米二氧化铁的质量比为3:5:2,纳米碳化娃、纳米氮化棚和纳米二 氧化铁具有良好的耐热性能,可W提高绝缘材料的热稳定性,用纳米粒子填充增强聚合物, 填料与基体接触面积大,并且纳米粒子表面活性中屯、多,可W和基体紧密结合,相容性较 好,达到同时增初和增强的作用。
[00巧]所述稀释剂为丙酬、下酬或乙酸乙醋中的一种,加入稀释剂可W降低环氧树脂的 粘度,利于复合材料的制备。
[00%] 所述相容剂优选为马来酸酢接枝聚乙締或马来酸酢接枝聚丙締,马来酸酢接枝的 相容剂比其它相容剂极性强,相容效果比较好。
[0027] 所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂300、抗氧剂ΒΒΜ、抗氧剂1076、抗氧剂264或抗 氧剂CA中的一种,适量抗氧剂的存在可延缓或抑制聚合物氧化过程的进行,从而阻止聚合 物的老化并延长其使用寿命。
[0028] 所述交联剂为过氧化二苯甲酯、Ξ締丙基异Ξ聚氯酸醋、二亚乙基Ξ胺或过氧化 二异丙苯中
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