本发明公开了一种高压熔断器用新型产气灭弧材料的制备方法，属于电力设备技术领域。
背景技术：
产气灭弧材料广泛应用于10～35千伏熔断器、产气开关、避雷器等高压电器产品中。这类高压电器产品量大面广，其水平高低与质量好坏对城市和农村的电网能否安全可靠运行，起着举足轻重的作用。
高压电器断开时产生的电弧可以看作是处于热平衡状态下的等离子体，其中含有大量的电子和离子，具有很高温度和能量。在电器触点开断时，高能的电弧作用于灭弧室的产气灭弧材料，使一部分材料瞬间变成气体，促使电弧熄灭。
作为一种性能优异的产气灭弧材料，必须满足以下几个条件：
（1）在电弧热作用下能产生大量去游离气体，这种气体能吸收电子，具有高的耐电强度，从而提高开断后气体间隙的击穿电压，减少电击穿的可能性。或这种气体导热能力强，扩散系数较大，能迅速导散电弧热，从而减少游离而发生热击穿。
（2）在电弧热作用下不会碳化或只是轻微碳化，因碳是电的良导体，其大量存在会使电弧间隙的介电强度大大降低，结果发生重击穿或重燃。
（3）有较高的机械强度，因开断时产生的气压很大，强度不高，易使灭弧材料碎裂喷出。
（4）有良好的耐热性。熔丝通电时会使消弧管受热，有时消弧管温度可达100℃，通过瞬间较大电流时温度还会更高。
（5）耐老化，灭弧材料特别是在户外使用的灭弧材料，长期处于光、电、热、湿的影响之下，若材料易于老化，则试用期会大大缩短，并严重影响产品的运行可靠性。
目前，国内高压电器产品所用的产气灭弧材料仍以红钢纸（反白纸）为主，这种材料是以棉浆纸经氯化锌处理，通过热压或热卷，再脱氯化锌后干燥而成。制造工艺复杂，且材料的耐热性、产气灭弧性能均受到一定限制，特别是红钢纸易受潮而改变尺寸，这对某些配合间隙要求高的高压电器产品来说，是个大忌。
技术实现要素：
本发明主要解决的技术问题是：针对传统以红钢纸为产气灭弧材料存在，易受潮，易被微生物附着腐蚀而改变尺寸，且抗冻性不佳，导致熔断器在户外使用过程中安全系数降低的问题，提供了一种高压熔断器用产气灭弧材料的制备方法，本发明首先将尼龙纤维与沼气液混合发酵活化，经超声清洗后切割成短纤，再与有机硅烷于无氧条件下反应使纤维表面接枝硅氧基团，利用其静电及化学吸附偏铝酸钠水解产生的纳米氢氧化铝微球，经干燥后形成具有超疏水及高度疏油特性的粗糙表面结构，再将其与脲醛树脂等捏合，烘干后热压成片，得到高压熔断器用产气灭弧材料。本发明所得灭弧材料得益于改性尼龙纤维的双疏性，其表面为固体物质和空气组成的复合粗糙界面，可有效使避免水及微生物附着而产生的腐蚀，抗结冰性能得以大大提高，可作为户外熔断器用灭弧材料推广使用。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）称取200～300g尼龙6纤维，用纱布包裹后，浸入盛有2～4L沼气液的发酵罐中，于温度为30～35℃条件下，恒温密闭发酵6～8h，随后分离除去纱布，取出尼龙6纤维，用去离子水洗涤3～5次，再将其浸入盛有600～800mL质量分数为70～75%乙醇溶液的烧杯中，再将烧杯转入超声振荡仪，于功率为200～300W条件下，超声15～20min，过滤，收集尼龙6纤维，并将其转入烘箱中，于75～80℃条件下，干燥2～4h，随后切割成长度为6～8mm尼龙短纤；
（2）在盛有60～75mL无水四氢呋喃的三口烧瓶中，依次加入0.6～0.8g叔丁醇钾，0.3～0.5g二环己基-18-冠醚-6，10～15g上述所得尼龙短纤，随后以3～5mL/min速率向三口烧瓶中通入氮气，直至置换出所有空气为止，再将烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于常温下，以300～400r/min转速搅拌混合45～60min，在搅拌状态下，加入4～6mL3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷，于温度为45～48℃，转速为400～600r/min条件下，恒温搅拌反应4～6h；
（3）待反应结束，过滤，除去滤液，收集滤渣，用质量分数为20～30%甲醇溶液洗涤3～5次后，将滤渣倒入盛有100～200mL去离子水的烧杯中，浸泡12～16h，再将滤渣转入烘箱中，于75～80℃条件下干燥6～8h，得预处理尼龙纤维；
（4）将上述所得预处理尼龙纤维倒入烧杯中，再依次加入45～50mL无水甲醇，120～150mL异丙醇，40～60mL质量分数为15～18%偏铝酸钠溶液，随后将烧杯置于磁力搅拌器上，设定转速至150～180r/min，在搅拌状态下，滴加30～40mL质量分数为10%柠檬酸溶液，控制在10～15min内滴完，待滴加完毕，继续搅拌反应3～5h，抽滤，除去滤液，得滤饼，用去离子水洗涤滤饼3～5次，再将其置于烘箱中，于75～80℃条件下干燥6～8h，得改性尼龙纤维；
（5）按重量份数计，在行星式捏合机中依次加入25～35份上述所得改性尼龙纤维，50～55份脲醛树脂，0.2～0.4份醋酸乙酯，1～3份对甲苯磺酸三乙胺盐，捏合处理30～45min，随后将捏合机中物料转入烘箱中，于105～110℃条件下烘干至恒重，再将干燥后的物料转入平板硫化机，于温度为130～140℃，压力为360～400kg/cm2条件下压制成片，待自然冷却至室温，即得高压熔断器用新型产气灭弧材料。
本发明的物理性质：本发明所得高压熔断器用新型产气灭弧材料单次产气量为12.8～14.6mL，表面电阻为4.8×1014～5.0×1014，击穿强度为12.9～14.0KV/mm，在35KV额定电压下具有连续开断短路电流3.3KA五次以上的开断能力。
本发明的有益效果是：
（1）本发明所用原料易得，生产工艺简便，不需投入特殊生产设备，易于投产；
（2）本发明所得产品在使用过程中不产生毒性或腐蚀性气体，不污染大气，炭化轻微，尺寸稳定，不易软化，灭弧性能可靠，对开关正常操作、线路安全运行有明显的综合技术经济效果。
具体实施方式
称取200～300g尼龙6纤维，用纱布包裹后，浸入盛有2～4L沼气液的发酵罐中，于温度为30～35℃条件下，恒温密闭发酵6～8h，随后分离除去纱布，取出尼龙6纤维，用去离子水洗涤3～5次，再将其浸入盛有600～800mL质量分数为70～75%乙醇溶液的烧杯中，再将烧杯转入超声振荡仪，于功率为200～300W条件下，超声15～20min，过滤，收集尼龙6纤维，并将其转入烘箱中，于75～80℃条件下，干燥2～4h，随后切割成长度为6～8mm尼龙短纤；在盛有60～75mL无水四氢呋喃的三口烧瓶中，依次加入0.6～0.8g叔丁醇钾，0.3～0.5g二环己基-18-冠醚-6，10～15g上述所得尼龙短纤，随后以3～5mL/min速率向三口烧瓶中通入氮气，直至置换出所有空气为止，再将烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于常温下，以300～400r/min转速搅拌混合45～60min，在搅拌状态下，加入4～6mL3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷，于温度为45～48℃，转速为400～600r/min条件下，恒温搅拌反应4～6h；待反应结束，过滤，除去滤液，收集滤渣，用质量分数为20～30%甲醇溶液洗涤3～5次后，将滤渣倒入盛有100～200mL去离子水的烧杯中，浸泡12～16h，再将滤渣转入烘箱中，于75～80℃条件下干燥6～8h，得预处理尼龙纤维；将上述所得预处理尼龙纤维倒入烧杯中，再依次加入45～50mL无水甲醇，120～150mL异丙醇，40～60mL质量分数为15～18%偏铝酸钠溶液，随后将烧杯置于磁力搅拌器上，设定转速至150～180r/min，在搅拌状态下，滴加30～40mL质量分数为10%柠檬酸溶液，控制在10～15min内滴完，待滴加完毕，继续搅拌反应3～5h，抽滤，除去滤液，得滤饼，用去离子水洗涤滤饼3～5次，再将其置于烘箱中，于75～80℃条件下干燥6～8h，得改性尼龙纤维；按重量份数计，在行星式捏合机中依次加入25～35份上述所得改性尼龙纤维，50～55份脲醛树脂，0.2～0.4份醋酸乙酯，1～3份对甲苯磺酸三乙胺盐，捏合处理30～45min，随后将捏合机中物料转入烘箱中，于105～110℃条件下烘干至恒重，再将干燥后的物料转入平板硫化机，于温度为130～140℃，压力为360～400kg/cm2条件下压制成片，待自然冷却至室温，即得高压熔断器用新型产气灭弧材料。
实例1
称取200g尼龙6纤维，用纱布包裹后，浸入盛有2L沼气液的发酵罐中，于温度为30℃条件下，恒温密闭发酵6h，随后分离除去纱布，取出尼龙6纤维，用去离子水洗涤3次，再将其浸入盛有600mL质量分数为70%乙醇溶液的烧杯中，再将烧杯转入超声振荡仪，于功率为200W条件下，超声15min，过滤，收集尼龙6纤维，并将其转入烘箱中，于75℃条件下，干燥2h，随后切割成长度为6mm尼龙短纤；在盛有60mL无水四氢呋喃的三口烧瓶中，依次加入0.6g叔丁醇钾，0.3g二环己基-18-冠醚-6，10g上述所得尼龙短纤，随后以3mL/min速率向三口烧瓶中通入氮气，直至置换出所有空气为止，再将烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于常温下，以300r/min转速搅拌混合45min，在搅拌状态下，加入4mL3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷，于温度为45℃，转速为400r/min条件下，恒温搅拌反应4h；待反应结束，过滤，除去滤液，收集滤渣，用质量分数为20%甲醇溶液洗涤3次后，将滤渣倒入盛有100mL去离子水的烧杯中，浸泡12h，再将滤渣转入烘箱中，于75℃条件下干燥6h，得预处理尼龙纤维；将上述所得预处理尼龙纤维倒入烧杯中，再依次加入45mL无水甲醇，120mL异丙醇，40mL质量分数为15%偏铝酸钠溶液，随后将烧杯置于磁力搅拌器上，设定转速至150r/min，在搅拌状态下，滴加30mL质量分数为10%柠檬酸溶液，控制在10min内滴完，待滴加完毕，继续搅拌反应3h，抽滤，除去滤液，得滤饼，用去离子水洗涤滤饼3次，再将其置于烘箱中，于75℃条件下干燥6h，得改性尼龙纤维；按重量份数计，在行星式捏合机中依次加入25份上述所得改性尼龙纤维，50份脲醛树脂，0.2份醋酸乙酯，1份对甲苯磺酸三乙胺盐，捏合处理30min，随后将捏合机中物料转入烘箱中，于105℃条件下烘干至恒重，再将干燥后的物料转入平板硫化机，于温度为130℃，压力为360kg/cm2条件下压制成片，待自然冷却至室温，即得高压熔断器用新型产气灭弧材料。
本发明所得高压熔断器用新型产气灭弧材料单次产气量为12.8mL，表面电阻为4.8×1014，击穿强度为12.9KV/mm，在35KV额定电压下具有连续开断短路电流3.3KA五次以上的开断能力。
实例2
称取260g尼龙6纤维，用纱布包裹后，浸入盛有3L沼气液的发酵罐中，于温度为32℃条件下，恒温密闭发酵7h，随后分离除去纱布，取出尼龙6纤维，用去离子水洗涤4次，再将其浸入盛有700mL质量分数为72%乙醇溶液的烧杯中，再将烧杯转入超声振荡仪，于功率为250W条件下，超声18min，过滤，收集尼龙6纤维，并将其转入烘箱中，于78℃条件下，干燥3h，随后切割成长度为7mm尼龙短纤；在盛有65mL无水四氢呋喃的三口烧瓶中，依次加入0.7g叔丁醇钾，0.4g二环己基-18-冠醚-6，12g上述所得尼龙短纤，随后以4mL/min速率向三口烧瓶中通入氮气，直至置换出所有空气为止，再将烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于常温下，以350r/min转速搅拌混合50min，在搅拌状态下，加入5mL3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷，于温度为46℃，转速为500r/min条件下，恒温搅拌反应5h；待反应结束，过滤，除去滤液，收集滤渣，用质量分数为25%甲醇溶液洗涤4次后，将滤渣倒入盛有160mL去离子水的烧杯中，浸泡14h，再将滤渣转入烘箱中，于78℃条件下干燥7h，得预处理尼龙纤维；将上述所得预处理尼龙纤维倒入烧杯中，再依次加入48mL无水甲醇，140mL异丙醇，50mL质量分数为16%偏铝酸钠溶液，随后将烧杯置于磁力搅拌器上，设定转速至160r/min，在搅拌状态下，滴加35mL质量分数为10%柠檬酸溶液，控制在12min内滴完，待滴加完毕，继续搅拌反应4h，抽滤，除去滤液，得滤饼，用去离子水洗涤滤饼4次，再将其置于烘箱中，于78℃条件下干燥7h，得改性尼龙纤维；按重量份数计，在行星式捏合机中依次加入30份上述所得改性尼龙纤维，52份脲醛树脂，0.3份醋酸乙酯，2份对甲苯磺酸三乙胺盐，捏合处理35min，随后将捏合机中物料转入烘箱中，于108℃条件下烘干至恒重，再将干燥后的物料转入平板硫化机，于温度为135℃，压力为380kg/cm2条件下压制成片，待自然冷却至室温，即得高压熔断器用新型产气灭弧材料。
本发明所得高压熔断器用新型产气灭弧材料单次产气量为13.6mL，表面电阻为4.9×1014，击穿强度为13.6KV/mm，在35KV额定电压下具有连续开断短路电流3.3KA五次以上的开断能力。
实例3
称取300g尼龙6纤维，用纱布包裹后，浸入盛有4L沼气液的发酵罐中，于温度为35℃条件下，恒温密闭发酵8h，随后分离除去纱布，取出尼龙6纤维，用去离子水洗涤5次，再将其浸入盛有800mL质量分数为75%乙醇溶液的烧杯中，再将烧杯转入超声振荡仪，于功率为300W条件下，超声20min，过滤，收集尼龙6纤维，并将其转入烘箱中，于80℃条件下，干燥4h，随后切割成长度为8mm尼龙短纤；在盛有75mL无水四氢呋喃的三口烧瓶中，依次加入0.8g叔丁醇钾，0.5g二环己基-18-冠醚-6，15g上述所得尼龙短纤，随后以5mL/min速率向三口烧瓶中通入氮气，直至置换出所有空气为止，再将烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于常温下，以400r/min转速搅拌混合60min，在搅拌状态下，加入6mL3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷，于温度为48℃，转速为600r/min条件下，恒温搅拌反应6h；待反应结束，过滤，除去滤液，收集滤渣，用质量分数为30%甲醇溶液洗涤5次后，将滤渣倒入盛有200mL去离子水的烧杯中，浸泡16h，再将滤渣转入烘箱中，于80℃条件下干燥8h，得预处理尼龙纤维；将上述所得预处理尼龙纤维倒入烧杯中，再依次加入50mL无水甲醇，150mL异丙醇，60mL质量分数为18%偏铝酸钠溶液，随后将烧杯置于磁力搅拌器上，设定转速至180r/min，在搅拌状态下，滴加40mL质量分数为10%柠檬酸溶液，控制在15min内滴完，待滴加完毕，继续搅拌反应5h，抽滤，除去滤液，得滤饼，用去离子水洗涤滤饼5次，再将其置于烘箱中，于80℃条件下干燥8h，得改性尼龙纤维；按重量份数计，在行星式捏合机中依次加入35份上述所得改性尼龙纤维，55份脲醛树脂，0.4份醋酸乙酯，3份对甲苯磺酸三乙胺盐，捏合处理45min，随后将捏合机中物料转入烘箱中，于110℃条件下烘干至恒重，再将干燥后的物料转入平板硫化机，于温度为140℃，压力为400kg/cm2条件下压制成片，待自然冷却至室温，即得高压熔断器用新型产气灭弧材料。
本发明所得高压熔断器用新型产气灭弧材料单次产气量为14.6mL，表面电阻为5.0×1014，击穿强度为14.0KV/mm，在35KV额定电压下具有连续开断短路电流3.3KA五次以上的开断能力。