一种高耐电弧性环氧绝缘材料及其制备方法，绝缘子的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电气绝缘材料技术领域，具体涉及一种高耐电弧性环氧绝缘材料及其 制备方法，绝缘子。
【背景技术】
[0002] 交流高压断路器中环氧浇注绝缘部件一般使用在灭弧室以外，断路器以内的位 置，一般用作灭弧室与断路器筒体两端的隔离部件，主要起到绝缘、支撑的重要作用。由于 断路器灭弧室在开断过程中，少量电弧溢出至灭弧室以外，断路器以内的区域，导致多次开 断后，长期暴露在溢出电弧中的环氧浇注部件绝缘性能迅速下降，再加上SF 6分解产物的腐 蚀作用，环氧绝缘部件出现闪络的机率大大增加，缩短了断路器内部环氧绝缘部件的使用 寿命，降低了其可靠性。
[0003] 国内外高压断路器制造企业均能满足68/11984-2004中4.110规定的2000次操作 试验要求(Ml级)或10000次操作试验要求(M2级），但大都不在高压下操作，与实际使用时的 开断寿命并不匹配。随着高压断路器可靠性的研究越来越深入，带压操作试验的开展也越 来越多。
[0004] 国内外对交流高压断路器中环氧浇注绝缘部件沿面闪络的研究较多，在闪络发生 的原因方面理解是趋同的，都认为溢出电弧的冲刷、SF 6分解产物的腐蚀作用是导致环氧浇 注绝缘部件闪络的主因，提高绝缘的耐电弧性能成为解决此问题考虑的重点，传统交流环 氧浇注绝缘材料的耐电弧性一般为180~190s，通过表面处理提升耐电弧性，并提高断路器 交流高压断路器带压开断次数亦有报道，如阿尔斯通通过绝缘子表面氟化处理，实现绝缘 子表面惰性，耐电弧性为201s，252kV断路器在带压开断大于2520次后方出现闪络；山东泰 开通过表面激光处理同样实现了绝缘子表面惰性，耐电弧性198s，126kV断路器在带压开断 大于2870次后方出现闪络;平高通过表面涂覆环氧树脂材料的方法来提升绝缘子耐闪能 力，在高压开关设备的其他部位应用达到了良好效果（闪络电压提升21 % )，但在断路器内 部应用时效果并不明显(耐电弧性为204s，252kV断路器在带压开断大于2630次后方出现闪 络），主要原因可能仍与溢出电弧的冲刷作用有关。
[0005] CN104774429A公开了一种电气绝缘环氧树脂复合材料及其制备方法，其主要由环 氧树脂〇. 85~1.05份，固化剂1~1.1份，填料3.05~3.3份组成；其中环氧树脂为复合液态 环氧树脂，由多官能团环氧树脂与脂环族环氧树脂的混合而成。该发明得到电气绝缘环氧 树脂复合材料在作为断路器内绝缘子使用时，具有较好的耐热性、韧性和机械强度，但其耐 电弧性和带压操作次数仍需进一步提高。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种高耐电弧性环氧绝缘材料，从而解决现有技术中，断路 器内部环氧浇注绝缘部件耐电弧性能和带压操作次数低，容易出现闪络的问题。
[0007] 本发明的第二个目的提供上述高耐电弧性环氧绝缘材料的制备方法。
[0008] 本发明的第三个目的是提供一种使用上述高耐电弧性环氧绝缘材料的绝缘子。
[0009] 为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
[0010] 一种高耐电弧性环氧绝缘材料，由以下质量份的原料制成:复合环氧树脂1份，固 化剂甲基四氢苯酐0.51~0.55份，氧化铝3.25~3.45份;所述复合环氧树脂为酚醛改性双 酸A型环氧树脂、聚乙二醇改性双酚A型环氧树脂、双酚酸改性双酚A型环氧树脂组成的混合 物。
[0011] 所述混合物中，酚醛改性双酸A型环氧树脂、聚乙二醇改性双酚A型环氧树脂、双酚 酸改性双酸A型环氧树脂的质量比为3.5~4.5:3.5~5:1.5~2。
[0012] 所述酚醛改性双酚A型环氧树脂的软化点为55~70°C，环氧值为0.65~0.82eq/ l〇〇g，室温粘度4100~5700mPa · S，室温密度1.45~1.53g/cm3。该树脂在主链中引入部分 酚羟基，支链中引入部分直链烷基，具有良好的耐电弧性和耐热性。
[0013] 所述聚乙二醇改性双酚A型环氧树脂的软化点为35~50°C，环氧值为0.45~ 0.67eq/100g，室温粘度10700~11500mPa · s，室温密度1.15~1.25g/cm3。该树脂在主链中 引入部分酚羟基和羰基，具有良好的机械性能。
[0014] 所述双酚酸改性双酚A型环氧树脂的软化点为66~82°C，环氧值为0.30~0.53eq/ l〇〇g，室温粘度9800~1 lOOOmPa · s，室温密度1.12~1.20g/cm3。该树脂在主链中引入部分 直链烷基和醇羟基，具有良好的电气性能。
[0015] 本发明所提供的高耐电弧性环氧绝缘材料，通过合理选择环氧树脂、固化剂和氧 化铝的种类和配比，使固化后的物质在拉伸强度、电气强度与传统材料相当的同时，具有更 高的耐电弧性，大幅提高高压断路器带压操作次数。复合环氧树脂中，酚醛改性双酚A型环 氧树脂在增加材料耐电弧性的同时，保证其具有优良的耐热性，聚乙二醇改性双酚A型环氧 树脂能够增加材料的机械强度，双酚酸改性双酚A型环氧树脂保证材料具有优异的电气强 度。复合环氧树脂为固态，室温粘度不大于13000mPa · s;固化剂选择甲基四氢苯酐，其为脂 环族液态酸酐固化剂，粘度不大于500mPa · s;复合环氧树脂和固化剂的合理选择，使固化 速率平缓，利于形成分子结构致密的固化物。
[0016] 所述氧化铝为10~18μπι和200~400nm两种粒径α-Α12〇3组成的混合物。所述混合物 中，10~18μπι的α-Α1 2〇3和200~400nm的α-Α12〇3的质量比为1 · 6~2:1。采用两种粒径α-Α12〇3 作为复合填料，可以实现填料的多配伍，使得填料在环氧树脂中出现不同粒径大小的梯度 堆积填充效应，发挥与复合环氧树脂、固化剂的协同作用，从而使得环氧绝缘材料更加密 实，使机械强度和耐电弧性得到进一步提升。
[0017] 所述酚醛改性双酚Α型环氧树脂为上海雄润树脂有限公司的ΗΕ-4776型双酚Α环氧 树脂;所述聚乙二醇改性双酚A型环氧树脂树脂为美国陶氏化学公司的ER104型双酚A环氧 树脂;所述双酚酸改性双酸A型环氧树脂为长濑精细化工(无锡)有限公司的CT200M型双酚A 环氧树脂。
[0018] 上述高耐电弧性环氧绝缘材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019] 1)将复合环氧树脂和氧化铝混合后脱气，与固化剂甲基四氢苯酐混料后进行浇 注，得到浇注料；
[0020] 2)将步骤1)所得浇注料在115°C~125°C-次固化6.5~7.5h;后在145°C~155°C 二次固化4.5~5.5h，即得。
[0021]步骤1)混料前，复合环氧树脂和固化剂甲基四氢苯酐还经过预热步骤，包括，将复 合环氧树脂在135°C~145°C下预热0.5~1.5h;固化剂甲基四氢苯酐在真空度2~5mbar、70 °C~80°C下预热0.5h。还可进一步将模具预热，预热温度为135°C~145°C，预热时间为1.5 ~2.5h。复合环氧树脂、模具、固化剂经过预热后，可使粘度和理化性质更趋稳定，为环氧绝 缘材料的真空浇注做好准备。
[0022] 所述混合的温度为140°C~150°C，时间为0 · 5h。
[0023] 步骤1)中，所述脱气是在真空度4~7mbar、140°C~150°C下处理1.5~2.5h，控制 体系粘度不大于7〇〇〇mPa · s。所述饶注的温度为135~145°C，真空度为2~5mbar，饶注体系 粘度不大于5000mPa · s。可采用静态混料技术进行饶注，使材料性能更加稳定。
[0024] 浇注后，可选择在真空度2~5mbar下继续保持lOmin，从而进一步脱除浇注过程中 产生的气泡，并留有足够的共混时间，使浇注料的性质更加均一、稳定。
[0025] 二次固化后，可进一步采用去应力处理，减少固化物的内应力。去应力处理为不施 加外力下的丨旦温处理。去应力处理的温度为140°C~150°C，时间为1 · 5~2.5h。
[0026] 本发明所提供的高耐电弧性环氧绝缘材料的制备方法，固化过程分两次进行，一 次固化为凝胶过程，使混合物成为凝胶并形成半固态组织;二次固化为交联互穿过程，半固 态组织进一步交联互穿成为网状大分子体型结构，采用两次固化工艺具有固化时间短，固 化度适中的优点。该方法通过复合环氧树脂、固化剂、填料的合理配比，选择适宜的温度、真 空度、时间等参数，采用真空浇注工艺制备了拉伸强度、电气强度与耐电弧性优异的环氧绝 缘材料，具有工艺简单、适应性好的特点。
[0027] -种使用上述高耐电弧性环氧绝缘材料的绝缘子。可通过上述原料和制备方法制 备断路器用绝缘子，其玻璃化转变温度达到135°C，拉伸强度达到81MPa，电气强度达到 33kV/mm，耐电弧性为237s。252kV断路器在带压开断大于3243次后方出现闪络。
[0028] 本发明提供的绝缘子，玻璃化转变温度、拉伸强度、电气强度与传统材料相当的同 时，具有更高的耐电弧性，大幅增加高压断路器带压操作次数，提升内部环氧绝缘部件的寿 命，在延长高压断路器服役时间，降低电站维护和大修成本方面具有良好的应用前景。
【具体实施方式】
[0029]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0030]以下实施例中，所述酚醛改性双酚A型环氧树脂为上海雄润树脂有限公司的HE-4776型双酚A环氧树脂;所述聚乙二醇改性双酚A型环氧树脂树脂为美国陶氏化学公司的 ER104型双酚A环氧树脂;所述双酚酸改性双酚A型环氧树脂为长濑精细化工(无锡)有限公 司的CT200M型双酸A环氧树脂。
[0031]固化剂甲基四氢苯酐（912型），购自南通福来特化工有限公司；10~18μπι电工α-Al2〇 3(A-F-3型)购自中国铝业郑州轻金属研究院，200~400nm电工a-Al2〇3(XC-3型)购自宣 城晶瑞新材料有限公司。浇注设备选择德国旭百世公司生产的真空浇注系统。
[0032] 实施例1
[0033]本实施例的高耐电弧性环氧绝缘材料，由以下质量份的原料制成:复合环氧树脂1 份，固化剂甲基四氢苯酐0.51份，氧化铝3.25份;复合环氧树脂为HE-4776型双酚A环氧树 脂、ER104型双酸A环氧树脂、CT200M型双酚A环氧树脂按质量比3.5:3.5:1.5组成的混合物； 氧化铝为10~18μπι电工a-Al2〇3(A-F-3型）和200~400nm电工a-Al2〇3(XC-3型）按质量比 1.6:1组成的混合物。
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