本发明涉及一种非线性复合绝缘材料，具体涉及一种低温环境用树脂基非线性复合材料及其制备方法。
背景技术：
通过超导技术与现代电工/电力技术的有机结合，可以构造电缆、变压器、限流器、储能等先进电力设备，具有容量大、损耗小、载流密度高等特点，具备自控、自愈等功能。超导电力装置工作在液氮环境中，与常规电网电气连接和温度过渡均需要通过高压引线实现。超导引线终端作为超导电力装置的通用部件，是各项超导应用技术发展和最终实现并网运行必须要面对和解决的核心技术之一。
超导引线终端中，绝缘是其核心问题之一，系统电压等级越高，绝缘问题的重要性和困难度越显著。改善绝缘设备或部件整体电场分布均匀程度的传统方法有：改变电极结构、采用均压元件、并联均匀电容等。改变电极结构、附加均压元件等增加了设备制造的复杂度和困难度，而均压效果往往并不能达到理想的程度。并联均压电容方案在设计、制造上更加困难，并且在很多场合无法使用并联均压电容措施，另外引入的高压电容器存在容易发生击穿事故的安全隐患。超导引线终端工作在液氮环境中，其温度梯度大，高压绝缘场合复杂，通过传统方法实现低温高压绝缘达不到理想的效果。
技术实现要素：
本发明的目的在于通过将聚合物(聚烯烃、橡胶、环氧树脂等)与某些功能无机填料(如碳化硅、氧化锌、钛酸钡、石墨、碳纳米管等)复合可制得非线性绝缘材料，具有在不均匀电场中自行均化电场分布的能力，有效抑制空间电荷的产生，提高绝缘结构的电气性能。
为了达到上述目的，本发明提供了采用下述技术方案：
一种低温环境用树脂基非线性复合材料，由下述组份制备而成：环氧树脂基体、固化剂、增韧剂、硅烷偶联剂和功能填料，按质量份数计，各组份含量为：环氧树脂50～60份，固化剂15～25份，增韧剂20～40份，硅烷偶联剂2～5份，功能填料5～10份。
一种低温环境用树脂基非线性复合材料的第一优选方案，环氧树脂55份，固化剂20份，增韧剂30份，硅烷偶联剂3份，功能填料8份。
一种低温环境用树脂基非线性复合材料的第二优选方案，环氧树脂包括双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂其中一种或两种，固化剂为含有苯环结构的液态胺类固化剂，增韧剂为缩水甘油醚类环氧化合物，功能填料包括氧化锌或碳化硅其中一种。
一种低温环境用树脂基非线性复合材料的第三优选方案，碳化硅的粒径为10～100nm，氧化锌的粒径为10～100nm。
一种低温环境用树脂基非线性复合材料的第四优选方案，固化剂包括间苯二甲胺，增韧剂包括间苯二酚型环氧树脂或三羟苯基甲烷型环氧树脂其中一种。
一种低温环境用树脂基非线性复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将功能填料加入硅烷偶联剂的无水乙醇溶液中，搅拌2.5～3.5h后抽滤，100℃下干燥10～12h；
(2)将环氧树脂和改性后的功能填料加入四口烧瓶混合搅拌0.5～1h得混合溶液；
(3)向步骤(2)的混合溶液中依次加入增韧剂和固化剂，搅拌40min～1h得混合物；
(4)将步骤(3)的混合物置于固化模具中，固化，冷却至室温后得所述非线性复合材料。
一种低温环境用树脂基非线性复合材料的制备方法的第一优选方案，环氧树脂为双份F型环氧树脂；固化剂为间苯二甲胺，增韧剂为间苯二酚型环氧树脂；功能填料为氧化锌。
一种低温环境用树脂基非线性复合材料的制备方法的第二优选方案，步骤(4)中的固化包括于40℃下固化1～1.5h，60℃下固化22～24h，150℃下固化18～20h。
一种低温环境用树脂基非线性复合材料的制备方法的第三优选方案，固化包括于40℃下固化1h，60℃下固化24h，150℃下固化20h。
一种低温环境用树脂基非线性复合材料的制备方法的第四优选方案，步骤(4)中的固化模具为经脱模剂处理过的模具。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1)本发明提供的用于液氮环境的树脂基非线性复合材料，实现液氮环境中材料性能参数与空间电场大小的自适应匹配，从而达到改善绝缘介质空间电场分布均匀性的效果。
2)本发明提供的技术方案对常规树脂基非线性复合材料进行增韧改性，提高其机械性能，降低脆裂性能。
3)在液氮环境下低电场作用时，本发明提供的树脂基非线性复合材料类似于绝缘材料，可以保持非常小的电导率或介电常数，因而树脂基非线性复合材料的泄漏电流及介质损耗会相对比较小。高电场作用时，树脂基非线性复合材料拥有非常大的电导率或介电常数，能够对空间电场的分布起到一定的调制作用，空间电场分布越不均匀，树脂基复合材料就越会表现出对高电场更强的抑制效果，从而能对超导引线终端绝缘起到保护作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例作进一步详细说明，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
低温环境用树脂基非线性复合材料的制备过程如下：
(1)首先在烧瓶中加入称量好的功能填料，粒径为10～100nm，再依次加入适量的无水乙醇和硅烷偶联剂，用磁力搅拌机对以上混合物进行搅拌2.5h，待混合均匀后对溶液进行抽滤，放入干燥箱中，100℃左右干燥10h备用。
(2)在四口烧瓶中加入称量好的环氧树脂基体和上述处理的功能填料，用搅拌机对混合溶液进行搅拌0.5h左右，使环氧树脂基体与功能填料充分混合均匀。
(3)在上述混合溶液中依次加入称量好的增韧剂和固化剂，用搅拌机对混合物进行搅拌40min，直到混合物中无气泡呈透明状。
(4)利用差式扫描量热仪对上述混合物以不同速率进行扫描测试，得到非线性复合材料的凝胶温度、固化温度和后固化温度，利用流变仪确定固化时间，得到固化方案为40℃下固化1h，60℃下固化22h，150℃下固化18h后。
(5)将混合物置于经脱模剂处理过的固化模具中固化，冷却至室温后得到非线性复合材料。
实施例2
低温环境用树脂基非线性复合材料的制备过程如下：
(1)首先在烧瓶中加入称量好的功能填料，粒径为10～100nm，再依次加入适量的无水乙醇和硅烷偶联剂，用磁力搅拌机对以上混合物进行搅拌3.5h，待混合均匀后对溶液进行抽滤，放入干燥箱中，100℃左右干燥12h备用。
(2)在四口烧瓶中加入称量好的环氧树脂基体和上述处理的功能填料，用搅拌机对混合溶液进行搅拌1h左右，使环氧树脂基体与功能填料充分混合均匀。
(3)在上述混合溶液中依次加入称量好的增韧剂和固化剂，用搅拌机对混合物进行搅拌1h，直到混合物中无气泡呈透明状。
(4)利用差式扫描量热仪对上述混合物以不同速率进行扫描测试，得到非线性复合材料的凝胶温度、固化温度和后固化温度，利用流变仪确定固化时间，得到固化方案为40℃下固化1.5h，60℃下固化24h，150℃下固化20h后。
(5)将混合物置于经脱模剂处理过的固化模具中固化，冷却至室温后得到非线性复合材料。
实施例3
低温环境用树脂基非线性复合材料的制备过程如下：
(1)首先在烧瓶中加入称量好的功能填料，粒径为10～100nm，再依次加入适量的无水乙醇和硅烷偶联剂，用磁力搅拌机对以上混合物进行搅拌3h，待混合均匀后对溶液进行抽滤，放入干燥箱中，100℃左右干燥11h备用。
(2)在四口烧瓶中加入称量好的环氧树脂基体和上述处理的功能填料，用搅拌机对混合溶液进行搅拌50min左右，使环氧树脂基体与功能填料充分混合均匀。
(3)在上述混合溶液中依次加入称量好的增韧剂和固化剂，用搅拌机对混合物进行搅拌50min，直到混合物中无气泡呈透明状。
(4)利用差式扫描量热仪对上述混合物以不同速率进行扫描测试，得到非线性复合材料的凝胶温度、固化温度和后固化温度，利用流变仪确定固化时间，得到固化方案为40℃下固化1.2h，60℃下固化23h，150℃下固化19h后。
(5)将混合物置于经脱模剂处理过的固化模具中固化，冷却至室温后得到非线性复合材料。
以上各实施例使用的各组份的量如下表1所示：
对以上各实施例制得的低温环境用树脂基非线性复合材料进行测试，交流击穿场强大于84kV/mm，雷电冲击场强大于118kV/mm，无沉淀，脆性小，功能填料在环氧树脂中无明显团聚。
对以上各实施例制得的低温环境用树脂基非线性复合材料，在液氮环境下进行机械力学性能(拉伸强度)和电气绝缘性能(交流击穿实验和雷电冲击实验)测试，所有的性能如下表所述：
对以上数据分析可知，使用本发明的技术方案制得的低温环境用树脂基非线性复合材料具有良好的机械力学性能和电气绝缘性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。